外显子测序发现新的渐冻人基因

　　

生物通报道：最近，由美国马萨诸塞大学医学院（UMMS）John Landers博士带领的一个国际科学家小组，利用一种创新的外显子组测序策略发现，TUBA4A——编码Tubulin Alpha 4A蛋白质的基因，与家族性肌萎缩性侧索硬化症（ALS，一种致命的神经系统疾病，也被称为葛雷克氏症）有关。相关研究结果发表在2014年10月22日的国际权威学术期刊《神经元》（Neuron）。

外显子组测序与全基因组测序形成对照，只测定基因组中的蛋白质编码基因，可能是确定致病基因突变一种有效而经济合算的策略。然而，外显子组测序的应用可能是有限的，因为所有人都携带许多罕见遗传变异，这些遗传变异并不引起疾病，无非是正常的遗传背景噪声。分离致病遗传变异，需要来自受影响家庭中多个人的DNA才能够成功。对于迟发性疾病如ALS，在一个单独家庭中找到足够的患者进行测序，往往是不可能的。

为了克服这一限制，Landers和他的同事，在363名家族性ALS患者中，进行了全外显子组扫描，每名患者的家庭中都有一名成员患有此病。研究人员对这些患者基因组中的每个编码基因进行了分析，然后他们寻找罕见、有害突变的模式，与一般人群相比，这些突变似乎更频繁地出现在ALS患者中。

UMMS神经学教授Landers称：“我们中的每一个人都携带罕见突变，这些突变使疾病相关基因的识别变得困难。通过分析我们患者中每一个基因的突变率，并将它们与一般人群进行比较，我们能够表明，TUBA4A基因在患者中具有高频率的突变。”

Landers及其同事进一步实验发现，事实上，TUBA4A基因突变与ALS有关。TUBA4A编码Tubulin Alpha 4A蛋白质，存在于所有人体组织，其在大脑中具有最高的表达水平。在神经细胞中，TUBA4A负责将来自细胞一部分的关键构建模块，转移到另一部分。特别是，TUBA4A可帮助构建微管网络——神经细胞的一个最重要结构组件。Landers及其同事发现，突变的TUBA4A蛋白，通过削弱整个微管网络，对神经元是有害的。

Landers说：“这表明了识别可引起ALS的更为罕见突变的重要性，因为它们可能指向常见通路，这些通路改变会引发运动神经元死亡。TUBA4A是与ALS有关的几个细胞骨架基因的其中一个。这使我们更加认识到，细胞骨架的结构和动力学，可能在疾病的发展过程中发挥重要的作用。”

ALS是一种渐进性神经退行性疾病，影响中枢神经系统的运动神经元。当运动神经元死亡时，大脑往身体肌肉发送信号的能力就被破坏。这会导致肌肉自主运动丧失、瘫痪、最终呼吸衰竭。大多数ALS病例的原因是未知的。大约10%的病例是遗传性的。虽然UMMS和其他机构的研究人员已经确定了几个可引起遗传性或家族性ALS的基因，但是这些病例中有近三分之一遗传原因是未知的。

Landers说：“从ALS研究团队，到通过大型国际合作（如本研究）测定数以千计患者的基因组，所开展的不断努力，将是确定新的致病基因和通路的一个宝贵资源，这些新基因和通路可能是治疗性干预的靶标。”

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Exome-wide Rare Variant Analysis Identifies TUBA4A Mutations Associated with Familial ALS
Summary：Exome sequencing is an effective strategy for identifying human disease genes. However, this methodology is difficult in late-onset diseases where limited availability of DNA from informative family members prohibits comprehensive segregation analysis. To overcome this limitation, we performed an exome-wide rare variant burden analysis of 363 index cases with familial ALS (FALS). The results revealed an excess of patient variants within TUBA4A, the gene encoding the Tubulin, Alpha 4A protein. Analysis of a further 272 FALS cases and 5,510 internal controls confirmed the overrepresentation as statistically significant and replicable. Functional analyses revealed that TUBA4A mutants destabilize the microtubule network, diminishing its repolymerization capability. These results further emphasize the role of cytoskeletal defects in ALS and demonstrate the power of gene-based rare variant analyses in situations where causal genes cannot be identified through traditional segregation analysis.