通過生物信息學方法探究家族性成人原發性肌張力障礙中相關基因表達〔〕:

摘要：目的本文擬對原發性肌張力障礙基因芯片數據進展生物信息學分析。方法從GEO數據庫獲取原發性肌張力障礙的標志物芯片表達的差異基因，應用生物信息學方法對差異基因進展功能注釋和通路分析，string-db數據庫進展蛋白互相作用分析。結果經過數據分析，這些在差異性表達的基因被富集到不同的生物學過程，主要富集在serine-type肽酶過程和胰島素受體復合這兩種過程。結論原發性肌張力障礙可能存在較為復雜的生物過程。

關鍵詞：原發性肌張力障礙；基因芯片；生物信息學；生物標志物

本文引用格式：戴冠東,王凱,羅麗丹.通過生物信息學方法探究家族性成人原發性肌張力障礙中相關基因表達[J].世界最新醫學信息文摘,2022,19(92):128-130.

0引言

原發性肌張力障礙〔primarytorsiondystonia，PTD〕是一種主動肌與拮抗肌收縮不協調或過度收縮引起的以異常姿勢和動作為特征的椎體外系疾病。PTD常累及面部，喉嚨及頸部，往往持續保持局灶性或階段性。以成人起病的原發性局限性肌張力障礙中，15%-30%可開展至肢體的其他部位【1】。有學者將原發性肌張力障礙定義為一種由病因-病理和臨床標準，多為"特發性";震顫或"特發性";帕金森疾病【2】。排除標準，包括病理、病史和檢查這些發現對于將原發性肌張力障礙與其他肌張力障礙區分開來一直是至關重要的。奧本海姆于1911年描繪了該疾病的臨床表現：肌肉張力的間歇性變化、有節奏的抽搐、改變攣縮和姿勢[3-4]。同時，他指出肌張力障礙是一個獨立的病態實體。當前較多文獻指出，該病是與很多神經退行性變和神經遞質代謝紊亂相關的病癥群。以較多散發，少數有家族史，該病的發生與遺傳和環境有關[5-7]。有證據說明，不光是家族性肌張力障礙具有一定遺傳根底，極可能很多明顯散發性的病例也有遺傳根底[8]。隨著越來越多致病基因或易感基因的定位、發病機制的逐步說明，臨床醫師勢必可以利用這些信息更好地發現每種遺傳類型的臨床特征，從而進展更有效的治療。

隨著生物信息學開展，本研究通過檢索全球性公共數據庫來尋找與家族性成人原發性肌張力障礙相關基因芯片，并應用生物信息學技術來探究較為顯著的差異基因，并繪制與之相關的調控網絡，研究多個基因之間的互相聯絡。

1材料與方法

1.1數據集的獲取和資料分析

以"Primarydystonia";為關鍵詞對美國國立生物中心的GEO數據庫(:./geo)進展檢索,獲得美國田納西大學安康科學中心公布的相關基因芯片數據集GSE43771。相關研究芯片平臺為GPL10558IlluminaHumanHT-12V4.0expressionbeadchip。該實驗以人類外周血為研究對象，納入對象為成人原發性肌張力障礙家族，共8個樣品，4名攜帶者，4名非攜帶者。

1.2家族性成人原發性肌張力障礙差異表達基因的分析

相關基因差異表達分析，采用R語言程序包，根據統計學方法對基因進展方差分析及相關的t檢驗，來鑒定差異基因。本研究中將4名galpha;〔olf〕家族性成人原發性肌張力障礙攜帶者作為實驗組，4名galpha;〔olf〕家族性成人原發性肌張力障礙非攜帶者樣本作為對照組，分析兩組樣本差異表達的基因。差異倍數閾值設置為logge;1.5且P

通過基因差異表達分析所挑選出的差異個基因進展富集其中，較為顯著的生物過程為RNA聚合酶II啟動子轉錄的正調控，較為顯著的細胞功能為細胞質膜，較為顯著的分子功能為序列特異性DNA結合蛋白，見圖2；相關基因間的交互關系如圖3；較為顯著的離子通路為粘附連接通路。

3討論

原發性肌張力障礙通常為單基因遺傳病，以常染色體顯性遺傳伴不同外顯率為主，無明確的神經病理學改變。隨著遺傳學的快速開展，迄今為止共發現20余種基因與原發性肌張力障礙相關。2022年Tania等[8-11]通過對兩個原發性改變型肌張力障礙家系進展全外顯子測序，將其致病基因定位到GNAL基因。GNAL位于18p11.22-p11.21，共有，12個外顯子，編碼興奮性alpha;亞單位一Galpha;(olf)。Galpha;(olf)有3個異構體：異構體1(NM_182978.3)是GNAL基因編碼的最長蛋白，異構體2(NM_001142339.2)是最主要的蛋白，兩者同時存在于大腦和白細胞中，在大腦皮層和紋狀體含量最多[14]，異構體3在腦中不存在。腦中最主要的興奮性G蛋白亞單位是Galpha;s，但在紋狀體棘狀神經元〔striatalmediumspinyneurons，MSNs)中，Galpha;(olf)取代Galpha;。Galpha;(olf)與直接通路中多巴胺1型受體〔D1Rs)及間接通路中腺苷A2A受體〔A2ARs)結合，激活5型腺苷酸環化酶[11]。GNAL基因突變導致Galpha;(olf)亞單位的合成受阻，出現功能障礙。GNAL基因突變形式多樣，包括無義突變，移碼突變，錯義突變、框內缺失和剪接異常等。Vemula等在760名肌張力障礙患者中發現3個突變位點[11]，MIAO在名中國東北部患者中發現2個突變[12]，Kumar對318名患者中發現2個突變[13]總體來講，目前國際上對GNAL基因尚在初步研宄階段，國內尚缺乏大樣本人群研究。

在肌張力障礙領域，全基因組關聯研究〔genome-wideassociationstudies,GWAS〕第一次發現陣發性運動障礙〔paroxysmalkinesigenicdyskinesia,PKD)DYT10位點，這是一種罕見的偶發性肌張力障礙綜合征，以突然隨意運動引發重復和短暫的不自主發作作為特點。其重疊的表型，包括小二發作性舞蹈手足徐動癥〔infantileconvulsionsandparoxysmalchoredoathetosis,ICCA〕和良性家族性小二癲癇綜合征〔benignfamilialinfantileseizuressyndrome,BFIS〕PKD、ICCA和其他表型相關基因定位在16號染色體上，最近的研究運用全外顯子測序〔wholeexomesequencing,WES〕方法證實Proline-richtransmembraneprotein2(PRRRT2)基因的突變為PKD和ICCA的主要原因[14]，WES是指利用序列捕獲技術將全基因組外顯子區域DNA捕獲并富集后進展高通量測序的基因組分析方法。隨后，同樣的WES方法也陳宮用于識別4個遲發性PTD的新誘發基〔TUBB4a、CIZ1、ANO3、GNAL〕[15]。這證明一樣基因的突變或導致異構表型[15]。全基因組關聯研究旨在通過大規模、發雜疾病人權的研究識別多態變量作為復雜疾病的風險因素。在大群患者和對照組中，不計其數的常見變異〔次要等位基因頻率大于5%〕可同時被基因分型，需要嚴謹的統計分析，從假陽性結果中分辨真實的結果。這種方法已根本適用于PTD，盡管顯著陽性結果的數量出人意料的低，但也發現了幾個藏匿于疾病中關聯變體的基因，例如SNCA、MAPT和LRRK2。到目前為止，沒有關于PTD的GWAS的報道，但是該技術在此領域的潛在奉獻確實顯而易見。大多數成人發病型原發性肌張力障礙的病因仍然不明確。該病具有臨床異質性與遺傳異質性，隨著分子遺傳學的迅速開展，很多肌張力障礙的基因位點被相繼發現，目前報道有25種肌張力障礙的基因位點(DYT1~DYT25〕[16-17]。

在本研究中，從新的角度通過用生物信息學方法對家系內的發病人群和非發病人群，進展比照，結果發現兩組人群中較為顯著的基因為BNIPL、MIR412、TMEM204，這三種基因在水腫和炎性疾病中發揮重要作用，而在蛋白間的交互作用中較為顯著的是ITGAX，挑選出的較為顯著的生物過程為RNA聚合酶II啟動子轉錄的正調控，較為顯著的細胞功能為細胞質膜，較為顯著的分子功能為序列特異性DNA結合蛋白，相關基因間的交互關系，較為顯著的離子通路為粘附連接通路。由此，可見該疾病的發生和開展，與基因的調控有一定的關聯，可能存在新的途徑或通路。同時也從一定程度上驗證了，與全基因組測序一樣的結論，該病的發病與基因調控存在一定的關聯性。

目前對家族性的原發性肌張力障礙疾病的研究較少，該病主要靠藥物和立體定向手術治療，但這些治療只是對癥治療，并有很多局限性，并且肌張力障礙的發病機制仍未完全清楚，也無有效的治療方法；因此還需要進一步對家族性的疾病基因進展的新位點的篩查，對發現新的相關基因及相關蛋白進展深化的研究，提供一定的理論根底。

參考文獻

【1】DeweyFE,ChenR,CorderoSP,etal.Phasedwhole-genomegeneticriskinafamilyquartetusingamajorallelereferencesequence[J].PLoSGenet,2022,7(9):e1002280.

【2】KumarKR,LohmannK,KleinC.GeneticsofParkinsondiseaseandothermovementdisorders[J].CurrOpinionNeurol,2022,25(4):366-474.

【3】Slingsby,C.andG.J.Wistow,Functionsofcrystallinsinandoutoflens:Rolesinelongatedandpost-mitoticcells[J].ProgBiophysMolBiol,2022,115(1):52-6.

【4】Parker,M.,etal.SuppressionofneovascularisationofdonorcorneasbytransductionwithEquineinfectiousanemiavirus-basedlentiviralvectorsexpressingendostatinandangiostatin[J].HumGeneTher,2022,25(5):408-418.

【5】OzeliusLJ,BressmanSB.Geneticandclinicalfeaturesofprimarytorsiondystonia[J].NeurobiolDis,2022,42(2):127-135.

【6】BressmanSB,GreenePE.Dystonia[J].CurrTreatOptionsNeurol,2000,2(3)：275-285.

【7】LeeHY,HuangY,BruneauN,etal.MutationsinthegenePRRRT2causeparoxysmalkinesigenicdyskinesiawithinfantileconvulsions[J].CellRep,2022,1(1):2-12.

[8]FuchsT,Saunders-pullmanR,MasuhoI,etal.MutationsinGNALcauseprimarytorsiondystonia[J].Natgenet,2022,45(1):88-92.

[9]VemulaSR,PuschmannA,XiaoJ,etal.RoleofGalpha(olf)infamilialandsporadicadult-onsetprimarydystonia[J].HumMolGenet,2022,22(12):2510-9.

[10]KullB,SvenningssonP,FredholmBB.Adenosinea(2A)receptorsarecolocalizedwithandaceivateg(olf)inratstriatum[J].MolPharmacol,2000,58(4):777-7.

[11]FuchsT,Saunders-pullmanR,MasuhoI,etal.MutationsinGNALcauseprimarytorsiondystonia[J].Natgenet,2022,45(1):88-92.

[12]VemulaSR,PuschmannA,XiaoJ,etal.RoleofGalpha(olf)infamilialandsporadicadult-onsetprimarydystonia[J].HumMolGenet,2022,22(12):2510-9.

[13]KullB,SvenningssonP,FredholmBB.Adenosinea(2A)receptorsarecolocalizedwithand