中国人群STAT1基因和WNT16基因外显子测序与骨密度的关联分析

摘要

目标:
　　研究结果表明STAT1基因和WNT16基因与骨密度变化密切相关。位于STAT1基因内的rs11693463位点与腰椎骨密度显著关联。WNT16基因所参与的Wnt信号通路对于骨代谢起着至关重要的作用，有研究表明WNT16基因中的常见变异位点rs2707466位点参与了骨密度代谢。在本研究中，我们旨在通过罕见变异分析来证实STAT1基因和WNT16基因中的罕见功能变异位点对人类骨密度的影响。
　　方法:
　　本研究采取极端采样的方法，从大约2000个来自长沙和西安的随机中国汉族人群样本中抽取50个高骨密度和51个低骨密度样本。所有的骨密度数据通过HologicQDR-4500W双能X射线骨密度吸收仪(DXA)进行测量。髋部骨密度符合分类变量分布，腰椎和腕部骨密度符合数量性状分布。因此，髋部骨密度在本研究以质量性状进行计算，而腰椎和腕部骨密度将按照数量性状进行计算，并根据年龄、年龄平方、身高、和体重进行校正。从个体的外周血提取DNA，并使用NimbleGen2.1MHumanExomeArray捕获外显子组，再通过IlluminaSolexa测序仪进行重测序。可变阈值混合关联分析法用来检验其中罕见变异与骨密度的关联关系。
　　结果:
　　研究中，我们通过外显子捕获测序在中国汉族人群的STAT1基因外显子区域检测到45个变异位点，其中包括6个同义突变位点;在高加索白人人群样本中检测到115个变异位点，其中包括1个同义突变位点。在混合关联分析检验中没有发现STAT1基因有很强的信号显示其与人类骨密度变化存在显著关联。在WNT16基因中，我们在中国汉族人群中发现了10个变异位点，其中3个位点位于内含子区域，4个位点为非同义突变位点，2个为新发现的变异位点chr7:120969389(C＞A，氨基酸:Leu15Met)与chr7:120969708（G＞C，氨基酸:Lys61Asn），以及2个常见变异位点rs2707466(MAF=0.218)和rs2908004(MAF=0.168)。通过SIFT和PolyPhen功能预测工具，两个常见变异位点对蛋白功能影响为耐受和良性，两个罕见变异位点为损伤突变位点。我们在高加索白人人群样本的WNT16基因中检测到65个变异位点，其中6个位点为编码氨基酸的变异位点，其中位点rs55710688为插入位点，会引起开放阅读框的移位，两个错义突变位点为rs2707466和rs2908004。所有的非同义突变位点与腕部骨密度(P=0.0009)、髋部骨密度(P=0.0009)和腰椎骨密度(P=0.0009)存在显著关联。在5％阈值混合关联分析中，我们仍然可以检测到WNT16基因与腕部骨密度相关联，这说明其中的罕见变异会对人类腕部骨密度表型产生影响。在白人样本中，我们没有发现Leu15Met与Lys61Asn两个罕见变异位点，但两个常见的错义突变位点rs2908004和rs2707466与髋部骨密度存在显著关联（P=0.017）。这两个常见位点的等位基因频率高度一致，但在东亚人群、欧洲人群和非洲人群中呈现显著差异。
　　结论:
　　本研究没有发现STAT1基因中的罕见变异位点与人类骨密度表型存在显著关联。发现WNT16基因中的常见变异位点rs2707466和罕见变异位点对于人类骨密度变化起重要作用。本研究首次鉴定了WNT16基因中的罕见变异，并揭示其在不同人群中对骨密度的效应。

目录

摘要

第一章 人类骨质疏松研究综述

1．1 骨质疏松疾病的定义及其遗传机制

1．2 罕见变异与骨质疏松

1．3 罕见变异关联分析方法

第二章 基于外显子测序数据的STAT1基因与骨密度的关联分析

2．1 材料和方法

2．1．1 样本征集

2．1．2 骨密度测量

2．1．3 基因分型

2．1．4 混合关联分析方法

2．1．5 其他统计分析方法

2．1．6 人群模拟

2．2 结果

2．2．1 样本信息

2．2．2 罕见变异分析

2．2．3 人群模拟检验统计功效

2．3 讨论

第三章 基于外显子测序数据的WNT16基因与骨密度的关联分析

3．1 材料和方法

3．2 结果

3．2．1 WNT16基因变异位点情况

3．2．2 罕见变异分析

3．2．3 单位点检验

3．3 讨论

参考文献

附录 已发表的论文

后记

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