北京時(shí)間1月28日凌晨，《自然》（Nature）雜志發(fā)表了西北大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部功能基因組學(xué)研究組嚴(yán)健教授團(tuán)隊(duì)及其合作者的最新研究成果《系統(tǒng)解析非編碼DNA突變對(duì)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的影響》，在國(guó)際上首次公布了該團(tuán)隊(duì)成功利用SNP-SELEX技術(shù)，分析人類基因組中近10萬個(gè)常見的非編碼位點(diǎn)突變對(duì)270個(gè)轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)結(jié)合的影響。
研究成果為揭示2型糖尿病等復(fù)雜疾病的遺傳機(jī)制提供了重要的理論依據(jù)，是后基因組時(shí)代的一項(xiàng)突破性研究進(jìn)展。SNP-SELEX技術(shù)為全面、快速解析代謝疾病、癌癥等遺傳疾病的分子機(jī)理，尋找診斷、治療的靶標(biāo)提供了新的思路與策略。
從HT-SELEX到SNP-SELEX技術(shù)8年的沉淀與改進(jìn)。2013年，嚴(yán)健在JussiTaipale教授指導(dǎo)下發(fā)明了HT-SELEX技術(shù)，通過在體外表達(dá)純化DNA結(jié)合蛋白，與人工合成的長(zhǎng)度為40bp隨機(jī)序列DNA片段結(jié)合，再經(jīng)過多輪緩沖液的清洗去除非特異性結(jié)合，最后洗脫結(jié)合力強(qiáng)的DNA，經(jīng)過高通量測(cè)序計(jì)數(shù)，定量分析轉(zhuǎn)錄因子的DNA序列結(jié)合特異性。
由HT-SELEX技術(shù)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以用于生成位置權(quán)重矩陣模型（PWM），該模型被廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子能否與某DNA序列片段相結(jié)合。但經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在預(yù)測(cè)SNP對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合力影響時(shí)，PWM的效果并不理想，尤其是一些位于低親和力結(jié)合位點(diǎn)的SNP。
為了擺脫對(duì)預(yù)測(cè)模型的依賴，在實(shí)驗(yàn)水平直接分析SNP對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的影響，嚴(yán)健、任兵、Jussi Taipale教授于2015年再次聯(lián)合提出改進(jìn)HT-SELEX方法：在合成長(zhǎng)度為40bp配體DNA時(shí)，不再使用隨機(jī)序列的DNA，而以包含待研究的SNP及其附近的基因組序列取而代之，再利用HT-SELEX實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。研究團(tuán)隊(duì)利用該方法，定量分析了270個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，在與95,886個(gè)非編碼SNP結(jié)合時(shí)，不同等位基因序列（allele）與其結(jié)合強(qiáng)弱的差異，并記錄了量化這些差異的大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)為解釋疾病機(jī)理提供了重要的理論依據(jù)。
類似的研究手段可以進(jìn)一步擴(kuò)展到其他遺傳疾病的研究中。以2型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)SNP rs7118999為例，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)可以影響轉(zhuǎn)錄因子HLF結(jié)合，并通過染色質(zhì)長(zhǎng)距離相互作用參與APOC3基因的表達(dá)調(diào)控，調(diào)節(jié)血脂水平。
“之前的類似研究都是以單個(gè)或幾個(gè)突變作為對(duì)象，這樣要完全了解2型糖尿病這樣同時(shí)受到幾百上千個(gè)突變影響的復(fù)雜疾病，在短時(shí)間內(nèi)是無法完成的，大大阻礙了開發(fā)治療手段的進(jìn)程。而這項(xiàng)研究一下子就解決了近10萬個(gè)突變的分子機(jī)制問題，是一項(xiàng)重大突破。”嚴(yán)健說道。
該研究所產(chǎn)生的這些數(shù)據(jù)在后GWAS時(shí)代，對(duì)于揭示突變位點(diǎn)，尤其是非編碼突變的分子機(jī)理，以及疾病的遺傳模型有著重要的意義。
任兵表示：“目前我們的研究只包含了270個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的SNP-SELEX數(shù)據(jù)，相比人類基因組中存在的1200-2000個(gè)轉(zhuǎn)錄因子還僅僅是一小部分。因此，我們的研究還會(huì)繼續(xù)，期待能夠全面了解非編碼SNP的分子功能。”
嚴(yán)健介紹到：“以此為基礎(chǔ)，我們相信類似的研究手段可以進(jìn)一步擴(kuò)展到其他遺傳疾病的研究中，包括腸癌、前列腺癌等，將對(duì)解釋這類疾病的遺傳特性，找到臨床診斷的分子標(biāo)記物等工作都具有建議和指導(dǎo)作用。”
嚴(yán)健帶領(lǐng)的功能基因組研究團(tuán)隊(duì)自2018年建立以來，在非編碼基因組功能方向的研究取得一系列重大突破。此前，嚴(yán)健還以通訊作者身份在《自然方法》（Nature Methods）、《自然通訊》（Nature Communications）、《核酸研究》（Nucleic Acids Research）等國(guó)際知名期刊發(fā)表論文多篇。
為了方便其他研究人員使用這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，文章中的所有SNP-SELEX結(jié)果可以通過GVAT網(wǎng)頁(yè)公開訪問（https://renlab.sdsc.edu/GVATdb/ ）。研究人員在該網(wǎng)頁(yè)內(nèi)輸入感興趣的轉(zhuǎn)錄因子名字或者SNP的rsID，便可快速找到與其相互作用的SNP或者轉(zhuǎn)錄因子，以及它們之間的量化影響。
該成果是西北大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部自成立以來的首篇Nature雜志論文，也是以西北大學(xué)為第一作者單位在Nature和Science正刊發(fā)表的第16篇論文，是學(xué)校科學(xué)研究多點(diǎn)突破的標(biāo)志性成果。
近年來，西北大學(xué)在持續(xù)推進(jìn)“一院一策”改革的基礎(chǔ)上，逐步打破學(xué)科邊界，圍繞學(xué)科交叉融合，促進(jìn)學(xué)術(shù)協(xié)同創(chuàng)新，加快論證推進(jìn)相關(guān)學(xué)科大部的建立。生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部作為學(xué)校首家學(xué)部制試點(diǎn)單位，立足“大健康”學(xué)科集群，凝練和突出生物與醫(yī)學(xué)學(xué)科優(yōu)勢(shì)特色，構(gòu)建跨學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，建設(shè)大平臺(tái)、承擔(dān)大項(xiàng)目、產(chǎn)出大成果，逐步形成了面向國(guó)家需求、服務(wù)區(qū)域發(fā)展、彰顯西大特色的“大健康”學(xué)科內(nèi)涵式發(fā)展新路徑。
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