摘要: 随着组学技术的发展，复杂疾病的致病机制研究进入了大数据时代。基于转录组测序、DNA甲基化测序、CRISPR/Cas9基因编辑、染色质构象捕获等技术对脊索瘤及2型糖尿病的疾病分子机制进行了解析。 脊索瘤是一种罕见的骨肿瘤，是由胚胎时期退化不完全的... 展开 随着组学技术的发展，复杂疾病的致病机制研究进入了大数据时代。基于转录组测序、DNA甲基化测序、CRISPR/Cas9基因编辑、染色质构象捕获等技术对脊索瘤及2型糖尿病的疾病分子机制进行了解析。 脊索瘤是一种罕见的骨肿瘤，是由胚胎时期退化不完全的脊索组织恶性癌变而来，但其致病机制尚不明确。由于对传统的放疗、化疗手段都不敏感，缺乏靶向治疗药物，目前脊索瘤的主要治疗手段是手术切除。但脊索瘤多发生于颅底和脊柱等重要组织器官附近，手术风险极高。因此，解析脊索瘤的致病机制，寻找有效的分子治疗靶点是脊索瘤研究中迄待解决的重要问题。本研究以胎儿脊索组织为癌旁对照，从转录组和miRNA组水平上对脊索瘤的致病机制进行解析。发现与胎儿脊索相比，TGF-β信号通路在脊索瘤中显著被抑制，该通路的上游基因TGFB3在脊索瘤样本中普遍低表达。在TargetScan软件预测的靶向调控TGFB3的microRNA中，miR-29家族的三个成员miR-29a，miR-29b和miR-29c在脊索瘤样本中都显著上调。通过双荧光素酶报告实验，在脊索瘤细胞系UM-Chor1中验证了miR-29b对TGFB3的直接调控作用，揭示了TGFB3在脊索瘤样本中下调的机制。另一方面，对TGF-β3在脊索瘤发生发展中的作用做了进一步探索。发现外源的TGF-β3能够抑制脊索瘤细胞UM-Chor1的增殖，并通过上调表达CDKN2B基因将细胞周期阻滞在G1/G0期。TGF-β3还能够抑制脊索瘤细胞的侵袭和转移，这与以往报道的TGF-β促进肿瘤细胞侵袭转移的功能不同。这是由于在A549等肿瘤细胞中，外源的TGF-β会上调miR-182的表达，进而抑制TGF-β信号通路的负反馈调控因子Smad7;而在脊索瘤细胞中，外源的TGF-β3能抑制miR-182的表达，从而激活Smad7蛋白，抑制细胞的侵袭和转移。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在斑马鱼胚胎中敲除了tgfb3基因，发现脊索细胞增生异常，并向周围组织浸润。Brachyury蛋白的高表达与维持脊索瘤的细胞活性和肿瘤干细胞特性密切相关，是目前脊索瘤治疗的主要研究靶点。我们的研究结果表明，外源的TGF-β3能够显著抑制脊索瘤细胞中Brachyury的表达。综上所述，认为TGF-β3在脊索瘤中扮演着抑癌基因的角色，是一个非常有前景的临床治疗靶标。 此外，基于450K甲基化分型数据，对脊索瘤的发病机制及其亚分类进行了初步探索。发现与胎儿脊索相比，脊索瘤中差异甲基化基因也显著富集在TGF-β信号通路。基于分子水平的亚分类对于肿瘤的临床治疗和预后都有重要的指导意义，但脊索瘤在这方面的研究尚属空白。结合临床影像学和细胞病理资料，将经典型脊索瘤分为两个亚类，它们之间的差异甲基化基因主要富集在血管生成相关的通路上。 2型糖尿病是一种遗传和环境共同作用导致的复杂疾病。目前，全基因组关联性研究(GWAS)已鉴定出200多个与2型糖尿病相关的风险位点，但这些位点多位于基因组的非编码区，缺乏功能注释。发现9号染色体上有一段10Kb的连锁不平衡区，包涵5个2型糖尿病相关的风险位点。组蛋白修饰及物种间的保守性提示在这段非编码区域上可能存在2型糖尿病相关的增强子调控元件。通过双荧光素酶报告实验，鉴定出了一段120bp的核心增强子区域，并发现该增强子的活性与其在质粒上的插入方向有关。通过环状染色质构象捕获(4C)技术、CRISPRR/Cas9基因编辑技术和转录组测序，找到了该增强子所调控的基因集。该基因集的通路富集结果提示该增强子参与葡萄糖代谢及细胞周期调控等生命过程。我们的研究对非编码区的疾病风险相关位点进行了解析，并为2型糖尿病致病机制的研究提供了线索。 收起