基因组不稳定性和印记基因甲基化状态与神经管畸形关系的初步研究

摘要

出生缺陷(birthdefects)是指胚胎或胎儿在发育过程中所发生的结构或功能的异常，它是婴儿死亡、儿童和成人残疾的主要原因之一。神经管畸形(NTDs)是一类常见的出生缺陷，包括无脑和脊柱裂等，在世界范围内的平均发生率为1/1000。无脑胎儿通常死产，或产后不久即死亡，脊柱裂胎儿能幸存下来，但他们可能带有终生缺陷，生活质量也会因此受到极大的影响。有关NTDs的研究已经进行多年，主要包括两个方面：一、寻找NTDs的相关基因；二、研究环境因素在NTDs发生中的作用。研究人员一直致力于寻找NTDs候选基因，通过生物化学和发育途径研究，NTDs动物模型的建立以及定位候选基因等，获得了100个以上的候选基因。然而，在人群中的病例-对照研究和基于家系的关联研究表明，单个基因的功能缺陷并不足于解释全部NTDs的发生机理。影响NTDs的环境因素较多，主要包括孕妇营养因素，感染以及一些理化因素等，孕妇营养因素在其中起重要作用。维生素B12，叶酸的缺乏是NTDs的风险因子，孕妇适量补充叶酸能够降低NTDs的发生率达50％-75%。叶酸是机体内甲基供体，参与DNA合成，DNA甲基化等多个重要生理进程。叶酸缺乏增高小鼠DNA中尿嘧啶的错误掺入，这可能导致基因组不稳定；同时，叶酸缺乏也是引起全基因组低甲基化的原因之一。因此，基因组不稳定和DNA甲基化水平紊乱可能是NTDs的发生机制之一。然而，有关NTDs与基因组稳定性和DNA甲基化关系的报道目前仍然甚少。
　　 微卫星不稳定性(MSI)是基因组不稳定的表现之一，它是DNA复制过程中由于链滑动导致的重复单位增加或缺失未被DNA错配修复系统(MMR)修复所致。因此，MSI一方面提示MMR可能存在功能缺陷，另一方面，微卫星序列也是一个基因表达调节子，微卫星序列长度的变化可能影响其相关基因的表达，例如转录率、RNA稳定性、剪接效率以及RNA-蛋白质的相互作用。
　　 表观遗传学是研究没有DNA序列改变，经减数分裂和／或有丝分裂后可遗传的基因表达改变。DNA甲基化是其中的重要组成部分，它是一种基因转录调控机制。在一些基因启动子区的高甲基化是导致该基因表达下降的原因之一；而印记基因的表达受相关DMRs(differentiallymethylatedregions)的影响，它们甲基化状态的改变与一些先天性生长障碍疾病相关。
　　 虽然NTDs的相关研究取得了一定进展，但其发生机制有待于进一步研究。因此，从基因组不稳定性和表观遗传学改变方面进行研究有利于进一步探索NTDs的发生机制。
　　 研究目的：
　　 1．通过MSI实验观察NTDs中是否存在基因组不稳定现象。
　　 2．观察NTDs中hMLH1，hMSH2启动子区甲基化模式是否存在变化。
　　 3．观察NTDs中印记基因H19DMR1和IGF2DMR0甲基化状态是否发生改变。
　　 4．探索遗传稳定性及印记基因甲基化异常与NTDs发生的可能联系。
　　 研究方法：
　　 1．使用PCR-尿素变性聚丙烯酰胺电泳和Genescan分析NTDs中MSI，选择6个微卫星位点Bat25,Bat26，Bat34C4，D2S123，D2S119，D3S1611为检测目标。
　　 2．使用甲基特异性PCR(MSP)分析NTDs中hMLH1，hMSH2启动子区甲基化状态。
　　 3．使用亚硫酸酸盐克隆测序分析H19DMR1和IGF2DMR0甲基化状态和hMLH1，hMSH2启动子区甲基化模式。
　　 结果：
　　 1．使用PCR-尿素变性聚丙烯酰胺电泳和Genescan分析50例NTDs中MSI现象，MSI阳性例数为23例，总MSI阳性率为46%。
　　 2．MSP结果显示hMLH1，hMSH2启动子区未发生甲基化；亚硫酸盐克隆测序显示：hMSH2启动子区为非甲基化状态，hMLH1启动子区出现特异性的第4,5CG位点部分甲基化，但与对照组相比未见明显差异。
　　 3．NTDs中66.7%的样品出现H19DMR1高甲基化，对照组H19DMR1高甲基化比例为28.6%，NTDs中高甲基化率为对照组2.33倍。
　　 4．NTDs组和对照组中IGF2DMR0均为低甲基化状态，两者之间无显著性差异。
　　 结论：
　　 NTDs中存在MSI以及H19DMR1的高甲基化现象，它们可能与NTDs相关；同时也发现IGF2DMR0在本研究的胚胎脑组织标本中是低甲基化的，其甲基化状态并未发现与H19DMR1甲基化水平高度相关。

目录

声明

前言

材料与方法

一、标本及来源

二、试剂及仪器

三、实验方法

结果

一、临床资料的描述

二、微卫星不稳定性实验的初步分析

三、神经管畸形中表观遗传学改变的初步分析

讨论

一、微卫星不稳定性与NTDs的关系

二、H19 DMR1甲基化状态与NTDs的关系

三、IGF2 DMRO甲基化状态与NTDs的关系

结论

参考文献

综述

英文缩略词对照表

致谢