ASD是一組以社會功能、溝通障礙、興趣受限和重複行爲爲特徵的神經發育障礙。遺傳因素是導致自閉症的主要病因，雙胞胎研究估計遺傳率在50-90%之間，家族複發率約爲20%。已知超過100個基因和位點與ASD 的可能性增加有關，然而，這些遺傳因素只在20%的ASD病例中發揮作用。基因組測序是目前最先進的變異檢測技術，但即使它的應用也使大多數自閉症病例“遺傳學上無法解決”。雖然普通變異可能是ASD的重要遺傳傾向，但“遺傳缺失”可能部分歸因於難以解決的複雜變異，如來自短讀下一代序列數據的DNA重複序列的變異。

串聯DNA重複序列約佔人類基因組的6%，因每個單元(基序)的大小和序列而異。當擴增時，它們與40多種單基因疾病有關。它們參與複雜疾病的程度和異質性的程度都是未知的。

近日，來自加拿大多倫多兒童醫院的Brett Trost等人在《Nature》上在線發表了一篇題爲“Genome-wide detection of tandem DNA repeats that are expanded in autism”的文章，對來自自閉症家庭和人羣對照的17231個基因組中帶有2-20bp基序的串聯重複序列進行了全基因組特徵分析，表明串聯DNA重複擴增對自閉症的遺傳病因和表型複雜性有很大的貢獻。

圖1. 串聯重複序列的基因組分析。串聯重複序列的廣泛變異性

從人類基因組的31793個不同區域鑑定出37865個串聯重複序列，揭示了一個特定的區域可以有多個基序，每個區域有大約1.2個不同的基序。將包含串聯重複序列的區域定義爲一個基因組位點，其中檢測到的串聯重複序列與一個或多個不同的基序相互重疊至少1bp。每個區域的基序數目在染色體上以明顯的非隨機方式變化。有2,529個區域（8%）有一個以上的基序，在一個區域有多達92個不同的基序。

圖2.罕見串聯重複擴增的功能分析。

儘管WHen可以檢測到高達20 bp的基序，但大多數（72.2％）重複序列的基序<7 bp。最常見的基序大小爲2bp，見於27.7%的重複區。在最小的大小範圍內，偶數的基序大小（2、4和6 bp）明顯超過奇數的大小（3和5 bp），而較大的基序中沒有這種趨勢。ASD中的罕見串聯重複擴增

將在小於0.1%的人羣對照組中發現的串聯重複擴增歸類爲罕見的串聯重複擴增，有2588個串聯重複區（3339個基序）歸爲其中。通過對來自SSC（Simons Simplex Collection）中歐洲血統的個人進行負擔分析，發現這些罕見的串聯重複擴增會增加ASD風險。罕見的串聯重複擴增在ASD(N=1，812)兒童中比其未受影響的兄弟姐妹(N=1，485)更普遍(OR=1.37；p=3×10-3)。

按性別分別分析X連鎖串聯重複位點，患ASD的兒童與其未受影響的兄弟姐妹之間沒有顯着性差異。罕見重複串聯擴增的檢出率在ASD患兒中爲23.3%，在正常患兒中爲20.7%，提示2.6%的ASD風險可能與罕見串聯重複擴增有關(Wilcoxon檢驗，p=0.03)。罕見擴增的功能效應

爲了評估罕見的串聯重複擴增的可能功能效應，檢查了它們與基因內不同特徵的接近性。研究發現在外顯子和剪接區域中，與ASD相關的罕見串聯重複序列擴增增加。與ASD相關的串聯重複序列擴增的基因接近性可能暗示了它們的調控作用。例如，與已知的簡單序列重複序列和EHdn檢測到的串聯重複序列相比，罕見的串聯重複序列擴展位於基因最接近的轉錄起始位點和剪接點附近。此外，在轉錄起始位點或剪接連接附近具有罕見串聯重複擴增的基因比其他基因受到更大的限制，提示轉錄或剪接的改變可能是ASD相關串聯重複擴增的重要機制。

圖3. ASD患者罕見串聯重複擴增的臨牀分析。

鑑於 ASD 患兒中罕見的串聯重複擴增是由父母的大串聯重複擴增而來，評估了MSSNG和SSC中來自歐洲祖先父母的大串聯重複擴增的傳遞率。發現在ASD 患者中，這些大串聯重複序列更容易被傳播，並且在外顯子和剪接位點更爲普遍; 神經系統發育和心血管系統或肌肉也屬於最豐富的基因組。

此外，串聯重複擴增與臨牀結果之間的實質性關聯表明，它們參與了自閉症認知和行爲表型的形成。例如，DMPK，在ASD患者中發現罕見的SNVs和 CNVs，之前並沒有確切地與ASD相關，因爲大多數ASD相關的改變直到擴增的串聯重複序列在該研究中被分析後才被發現。

綜上所述，這個發現是ASD遺傳學的一個重大進展，因爲該研究發現了許多之前未被常規基因組分析識別的串聯重複擴增基因。除了對自閉症的影響外，串聯重複序列之間的變異性遠比人類基因組中所認識到的更廣泛，8%的串聯重複序列檢測到一個以上的基序，這表明一些基因可能傾向於用不同的重複序列進行擴增。該研究所使用的在ASD全基因組範圍內檢測串聯重複序列擴增的策略也爲其他複雜疾病提供了一個尋找遺傳缺失的模型。

文章信息：

Trost B, Engchuan W, Nguyen CM, et al. Genome-wide detection of tandem DNA repeats that are expanded in autism [published online ahead of print, 2020 Jul 27]. Nature. 2020;10.1038/s41586-020-2579-z. doi:10.1038/s41586-020-2579-z

編譯作者：Pika（brainnews創作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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