Nature Genetics：3D基因组分析发现与克罗恩病相关的新基因

　　

遗传风险如何导致疾病，很大程度上仍然是未知的。在许多情况下，与疾病相关的遗传变异并不作用于染色体上的邻近基因，而是影响了距离较远的基因。这是因为DNA在细胞内折叠，使相距甚远的区域发生了物理接触。

对于在疾病中发挥重要作用的免疫细胞来说，捕捉这些长距离的调控关联尤为困难。因此，将遗传风险与驱动疾病的基因和生物学机制联系起来一直是重大挑战。

辛辛那提儿童医院和英国MRC医学科学实验室的研究人员近日采用了一种新的基因组学方法来应对这一挑战。这项研究将3型固有淋巴细胞（ILC3）中相距较远的DNA区域与其控制的基因关联起来，揭示了与自身免疫性疾病相关的此前未知的联系。

这项研究成果于8月4日发表在《Nature Genetics》杂志上。

共同通讯作者、辛辛那提儿童医院的Stephen Waggoner博士表示：“这项研究为探究罕见免疫细胞中的长距离DNA相互作用打开了大门。此前，大多数方法需要数百万个细胞，这限制了我们从相关的细胞类型中获取信息。”

ILC3是组织驻留免疫细胞，在维持屏障完整性和调节炎症方面发挥着核心作用，尤其是在肠道中。它们被认为是炎症性肠病的致病因素，但由于ILC3数量稀少且在体外无法很好地增殖，因此很难进行大规模研究。

现有的基因组结构绘制方法通常需要数百万个细胞。这意味着分析仅限于丰度高或混合的细胞群，如循环血液中的细胞。

研究人员利用低起始量的靶向染色体构象捕获方法来研究人类ILC3细胞中的DNA如何折叠，以及基因启动子如何与基因组中远端的调控元件进行物理相互作用。

他们绘制出一张详细图谱，显示调控DNA元件通常远距离发挥作用，进而影响基因活性。他们还发现，即使潜在的遗传变异相同，这些启动子互作在不同类型的细胞中也可能存在差异。

为了将这些3D相互作用图谱与疾病风险联系起来，研究人员将他们的数据与GWAS数据相结合。他们采用了一种分析框架，该框架考虑了单个基因组区域的多个遗传变异，从而能够将与疾病风险相关的遗传变异与其调控基因联系起来。

之后，他们将这种方法应用在克罗恩病上，从ILC3细胞中筛选出100多个与疾病风险相关的候选基因，其中多个基因此前并未与这种炎症性肠病相关联。

让人意想不到的是，CLN3基因也与克罗恩病相关。该基因的突变会导致巴顿病，一种罕见的神经退行性疾病，而CLN3基因通常很少在免疫系统驱动的疾病中作为研究对象。

利用小鼠模型开展的后续实验表明，当ILC3细胞被激活时，小鼠Cln3基因表达下降。相反，Cln3水平的升高会降低炎症基因的活性和细胞因子的产生。

这些发现并未证实CLN3是炎症性肠病的致病基因。不过，它们让人们重新思考免疫调节与神经发育疾病通路如何相互作用。

辛辛那提儿童医院的Emily Miraldi博士表示：“当你从三维角度观察基因组如何互作时，你就会发现，与罕见病相关的基因（如CLN3）可能在免疫细胞中发挥着意想不到的作用。”

 “现在，我们拥有了新工具，可研究遗传风险如何在罕见细胞类型中发挥作用，而这些细胞以往是无法触及的。”

有了这些工具，研究人员希望阐明CLN3在免疫细胞功能中的作用，包括它如何影响ILC3的炎症活性。

他们还打算探索免疫系统与肠脑轴之间的潜在关联，这些关联或许能将炎症性肠病与神经发育疾病通路联系起来。将这些方法应用于其他的免疫细胞类型，也许能发现新的疾病相关基因。

“研究罕见细胞类型中的遗传调控，让我们能够更深入地探究疾病机制，而不仅仅是停留在关联分析层面，这对于确保遗传学成果在医学领域产生实际影响至关重要，”Waggoner谈道。