《Molecular and Cellular Biology》：Frequent Functional Orthology of Characterized Long Noncoding RNAs and Genomic Loci Associated with Complex Traits and Disorders
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全基因组关联分析(GWAS)已经鉴定出许多与广泛复杂人类性状相关的单倍型块，包括智力、神经精神疾病和免疫疾病等。这些单倍型块中大约有四分之一缺乏蛋白质编码序列，但大多数表达长非编码RNA。研究人员在此展示，与涉及神经或免疫功能的哺乳动物lncRNA同源的人类位
全基因组关联分析(GWAS)已经鉴定出许多与广泛复杂人类性状相关的单倍型块，包括智力、神经精神疾病和免疫疾病等。这些单倍型块中大约有四分之一缺乏蛋白质编码序列，但大多数表达长非编码RNA。研究人员在此展示，与涉及神经或免疫功能的哺乳动物lncRNA同源的人类位点，通常与报道的lncRNA功能相称的人类性状相关。研究人员还表明，对于许多神经、自身免疫和癌症复杂性状，绝大多数(> 90%)相关的单倍型块表达一种或多种lncRNA。研究人员提出了一个数据库，其中包含从与GWAS性状相关的人类单倍型块中表达的lncRNA及其推定的直系同源鼠类基因，作为功能分析的原始数据资源。研究人员的分析为调查复杂性状的分子病因学建立了一个框架，并表明对于诊断和治疗许多复杂疾病的挑战，可能存在一个通用的解决方案。
在过去二十年中，全基因组关联分析(GWAS)已被广泛用于识别支撑人类复杂性状和疾病的遗传因素。GWAS依赖于病例组与对照组之间存在连锁不平衡(LD)的单倍型块内的哨兵单核苷酸多态性(SNP)分布差异。GWAS鉴定出的绝大多数性状和疾病相关SNP位于非编码的内含子或“基因间”序列中，其致病变异被认为具有调控性质。目前，研究人员在将基因变异与性状联系起来的研究中遇到了瓶颈：尽管表达式数量性状基因座分析等技术揭示了一些相关通路，但与SNP相关性最强的往往不是邻近的蛋白质编码基因，而是长非编码RNA(lncRNA)，且这种关联高度依赖于特定的发育环境或观察组织。由于GWAS相关位点常映射至控制基因表达时空模式的增强子区域，且有确切分子证据表明增强子的作用依赖于其转录产生的lncRNA作为支架引导染色质重塑复合物，因此lncRNA被视作这些复杂性状和疾病的主要分子候选基础。为了进一步验证这一假说并克服在人类身上进行遗传操作的伦理与技术限制，研究人员开展了这项研究。该工作通过分析具有已知功能的哺乳动物lncRNA在人类基因组中的同源位点，探讨其与人类GWAS性状的关联，并构建数据库，为探究复杂性状分子病因学及后续在啮齿动物模型中介入研究提供了通用框架。本论文发表在《Molecular and Cellular Biology》上。
研究人员主要使用文献检索汇总了88个哺乳动物神经相关lncRNA和89个免疫相关lncRNA，并利用UCSC基因组浏览器将这些小鼠lncRNA映射至人类同源位点。通过比对NHGRI-EBI GWAS目录，鉴定这些位点与人类性状的关联。同时，研究人员基于1000 Genomes Project数据，利用PLINK等生物信息学工具生成人类连锁不平衡单倍型块，跨越蛋白质编码基因和lncRNA基因进行分类注释，并利用liftOver工具将人类区块映射至小鼠同源基因组区域，建立了一个涵盖各类GWAS性状相关单倍型块及其对应lncRNA的数据库。
实验验证功能的lncRNA频繁与相称的GWAS性状相关联
通过整理文献中报道的影响大脑发育和功能的哺乳动物lncRNA，研究人员将其同源位点映射到人类基因组上。结果发现约70%的位点包含与神经表型（如脑形态、智力、神经疾病）相关的GWAS关联。反向分析表明，约66%的功能已验证的免疫lncRNA映射到与免疫性状相关的GWAS位点上。为了测试相关性特异性，研究人员从人类基因组中随机抽取了数量和大小匹配的对照组序列，结果显示随机序列虽然也有部分重叠，但实验验证的lncRNA在数量和富集倍数上显著高于对照组，证明特定功能的lncRNA与相称的GWAS性状存在显著且非随机的关联。
表达与GWAS性状相关的人类单倍型块中的lncRNA及其鼠类直系同源物数据库
基于功能同源性的发现，研究人员利用1000 Genomes Project生成了高LD的单倍型块，并结合NHGRI-EBI GWAS目录数据，鉴定出与特定性状关联的区块。将这些区块与人类基因坐标和Ensembl注释文件比对后，结果显示在脑测量、认知、人格、神经精神疾病及成瘾等复杂性状中，超过90%的GWAS相关单倍型块表达一种或多种lncRNA。利用liftOver工具，研究人员进一步鉴定了这些区块的小鼠同源位点及可能的直系同源lncRNA。研究还发现部分人类基因间“空白”GWAS区块在小鼠同源区域有明确的lncRNA表达，提示潜在未被注释的人类直系同源物。
在讨论部分，研究人员强调，虽然GWAS鉴定了许多复杂性状相关位点，但具体的驱动分子一直难以确定。由于许多神经精神及其他复杂性状相关单倍型块特异性表达lncRNA而不编码蛋白质，这些lncRNA极有可能是GWAS SNP-性状关联的分子基础。通过敲除小鼠中对应的人类GWAS单倍型块所表达的lncRNA直系同源物，能够观察到与人类性状相称的表型，这直接证明了是lncRNA本身介导了该性状效应。这一结论为复杂性状的变异是由lncRNA序列变化导致其与DNA、RNA及蛋白质相互作用发生改变的观点提供了支持。研究结论表明，许多复杂性状的变异可通过lncRNA的序列变异来解释，且许多啮齿动物的lncRNA在功能上与人类同源。尽管在人类中进行因果遗传操作受限，但这种跨物种的功能同源性使得借助现代在小鼠中通用的基因操作与高通量表型分析技术来间接研究人类性状成为可能。研究人员提出，若在小鼠中观察到相称表型，下一步应在受影响的人类群体队列中进行高分辨率PCR扩增测序，寻找lncRNA序列或结构的变异，并可利用CRISPR-Cas13或ASO介导的敲低技术在脑类器官中分析这些变异的神经发育效应。总之，针对变异调控序列的共显性，ASO靶向 knockdown 提供了一条通向早期诊断及治疗复杂疾病的一般途径。
