现代遗传学
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2023年3月19日发(作者：易用软件)7q11.23dosage-dependentdysregulationinhumanpluripotentstemcellsaffects
transcriptionalprogramsindisease-relevantlineages
在人体多功能干细胞中的7q11.23剂量依赖性失调会影响疾病相关谱系中的
转录程序
本文刊登于2015年2月47卷第2号的naturegenetics期刊上，作者包括Antonio
Adamo，SinaAtashpaz，Pierre-LucGermain等。文章主要内容是细胞重编程很
可能通过发育相关的人类细胞系的基因型与表型的架桥，实验性地对健康和疾
病两种人类遗传变异的表征产生影响。在这里这种模式适用于由7q11.23对称的
拷贝数变异造成的，表现为共享对称的对立的表型Williams-Beuren综合征和
7Q-microduplication综合征两种疾病。通过对来自无转基因患者的诱导多能干细
胞和它们的分化衍生物的分析，我们发现7q11.23剂量不平衡在扰乱疾病相关的
转录途径是从细胞的多功能阶段就开始了。这些改变接着选择性地扩增分化的
多能细胞并成为疾病相关谱系。而且有相当大比例的转录失调，特别是GTF2I
的剂量不平衡造成的，其编码关键转录因子与LSD1表达染色质复合物相关联，
并且沉默其剂量敏感靶标。
使用诱导多能干细胞（iPS细胞），来建立疾病模型需要依赖基因病变到临
床数据的对比，这是通过体外分子表型的方法。对于这一点，所面临的挑战是
双重的：（ⅰ）来定义哪个早期发育谱系是因为遗传突变而对疾病相关代谢通
路产生重大意义，（ii）在以iPSC的为基础的方法中，评估超出可靠的背景完
全已知的的变异遗传资料的代谢通路的可能性。
在这里，他们通过关注一对在7q11.23处由基因拷贝数对称变异（CNVs）
造成的范式基因遗传病症来解决上述问题。在7q11.23处分别多二十六至二十八
个基因或者相应地减少了二十六至二十八个基因便产生Williams-Beuren病症
（WBS）和Williams-Beurenregionduplication病症（也称为萨默维尔-范德了Aa
综合征）包括孤独症谱系障碍。WBS的特点是心血管症状和面部异形，以及结
合社交紧张症与相对保存完好的语言能力，但同时被严重损害视觉空间处理，
计数，规划标志行为的认知特征。7dupASD，在相比之下，具有ASD不同程度
的特征，从严重的经典自闭症造成的语言障碍，以及颅面病症。值得注意的是，
其中的一些功能都类似于在WBS，而有些是对称相反。这两种症状都与焦虑和
注意力缺陷多动障碍（ADHD）有关。不论小鼠模型中的潜在发展，7q11.23拷
贝数变异导致疾病相关的人类细胞系的分子途径还有待发现。
在这里，我们提出了一个大样本的WBS和7dupASDiPSC系和差异化的衍生
物，在其中我们发现7q11.23用量，早在多能状态便会影响疾病相关的转录程序。
这些转录的差异被划分成共享和对称地相对改变，和经多能细胞分化被进一步
加速形成疾病相关谱系。最后，我们解剖转录因子GTF2I（也称为TFII-I）中，
一个关键7q11.23基因的具体作用，以研究在两种条件下的早期发展时期的分子
表型。
他们选择了范式对所造成的对称7q11.23拷贝数变异来测试潜在的利用iPS
细胞来定义基因的剂量如何影响处于早期发育阶段中遗传综合征的疾病相关途
径。我们的研究结果具有广阔的WBS和7dupASD的分子发病机制的相关性，以
及对疾病建模领域的全过程。
主要结果包括：7q11.23用量不平衡改变疾病相关途径。为了确定是否能状
态代表的意义在哪个阶段探测的7q11.23用量的影响，我们首先要求7q11.23基因
的表达是否具有相关的基因剂量。两个RNA测序和Nanostring定量表明，在间隔
内的所有基因的表达镜像基因剂量。我们接下来通过免疫印迹中，是由于WBS
和7dupASD19-24的关键性状相关的基因编码的确定既GTF2I和BAZ1B的蛋白质
表达水平。GTF2I蛋白水平明显地反映基因剂量。虽然BAZ1B水平表现出了非
常类似的趋势，基因型之间差异不在这个实验统计学显著。其次，评估基因型
之间的差异表达，我们评测的通过RNA-SEQ病例和对照来源的iPSC系和补充从
文献附加控制线数据这个数据集（以下称为外部控制;在线方法），进一步排除
分析从我们的队列控制和外部控制之间的差异表达的基因。的3种基因型甲成对
比较确定757个差异表达的基因（DEGS）。引人注目的是，基因本体论（GO）
DEGS的联合分析显示显著富集的明显相关的各标志表型和这两个条件的靶器
官系统的生理过程。排名靠前的类别被相关一方面与细胞粘附，迁移和运动，
显示在光的大范围的结缔组织表征WBS特别相关的，和在另一方面的神经系统，
提供了一个分子上下文对于这两个条件的限定神经功能。此外，进一步富集了
与这两种疾病的显着的特定功能，包括：（i）细胞钙离子稳态，一个类别跨越
疾病领域潜在相关性，但是，其获取特定突出给出高钙血症WBS25的患病率较
高；（ⅱ）内耳形态，与在WBS26的听觉过敏和神经性听力损失一致，以及与
平衡和在ASD27发现感觉加工改变；（ⅲ）数量的通过几类，如骨骼肌器官发
育，移民代表相关的颅面表型类别，和神经嵴细胞分化；（ⅳ）血管发育和心
血管系统的发展，这反映了一系列的WBS心血管问题；（v）肾上皮细胞的发
展，与高度流行的肾脏异常WBS28线。
值得注意的是，除去外部控制的并没有导致在富集我们获得的指示显著的
更改的我们在内部-重新编程线已经够捕捉7q11.23依赖性转录失调的关键特性的
队列。此外，为了排除这种可能性，这种富集可能出现偶然的机会，我们进行
洗牌将会导致测试样品的随机分配组之间的比较。这些试验证实，与除了细胞
外基质的组织和应对的机械刺激，我们发现所有的富集是专门由不平衡7q11.23
用量所致。
大部分的DEGS要么呈对称相反在这两个条件表达式变更图案或过表达的
倍数变化超过在相同的方向的控制，这表明对称不平衡剂量主要影响的相同的
转录程序，无论是在相同或相反的对称方式。在166度的视角（占总数的22％），
这些对称失调中富集了突触传递的单个类别，也与特征表型相关的基因包括的
两个条件，如PDLIM1和MYH14，其中前者与ADHD29，轴突outgrowth30，心
血管缺陷和听觉过敏相关联，后者是参与听力受损。
另一个结果是：GTF2I用量有助于转录失调。非典型案例和实验models7
指向通用转录因子基因GTF2I作为对认知行为赤字WBS和7dupASD的发病机制
中的关键收敛的证据。因此，他们提出什么7q11.23转录失调的比例可能是由
于GTF2I，利用慢病毒介导的RNA干扰（RNAi）至（i）恢复的GTF2I剂量
7dupASD控制水平，（二）模型GTF2I单倍剂量不足GTF2I在控制和选择的克
隆，其残余GTF2I水平类似于在WBS线和（ⅲ）加剧GTF2I依赖调节由WBS线
撞倒GTF2I。由两个细胞系每基因型拦截稳定GTF2I（连同表达各自扰频短发
夹对照细胞系）的RNA-SEQ分析，我们发现，GTF2I负责对7q11.23依赖性转
录失调的10-20％。有趣的是，归咎于GTF2I所述DEGS表明在与大多数疾病相
关谱的类别显著富集，证实为GTF2I在两个条件7,35更宽的作用。
第一，可变性，是公认的一个关键问题的iPSC系疾病建模，在结果的解释
时，需要很谨慎地从几个遗传系中不充分的样品中检验变异性，无论是个人之
间或跨越来自同一个体的重新编程的遗传系。通过展示迄今为止无任何单个基
因条件下iPSC系最大的人群特点，结合第一次大规模使用基因为基础，整合无
重新编程，我们的研究基准检测强大的剂量依赖性改变转录程序的可能性即使
这些是由在剂量微妙的不平衡引起的。
第二，我们的iPSC队列的大小和质量允许两个关键意见的7q11.23的CNV的
分子的影响：（ⅰ）这些在疾病相关的途径已经在多能状态和（ii），该失调引
起显著转录失调选择性扩增在一个谱系特异性方式，与疾病相关的途径优先且
逐步更多影响分化谱系匹配特定疾病域。的这些观察对于iPSC的建模场的相关
性在于以下事实：该多能状态是迄今为止最佳表征和体外拍摄的人的发育阶段
中最标准化。值得注意的是，它也是最适合于高通量的升频。因此，该多能状
态是在其中测量遗传改变的疾病相关的转录作用不仅是一个可行的阶段，但这
些作用，可以在分化谱系理由预测的进一步失调观察中等高通量的可行性IPSC
的表征功能注释人类基因，选择线和化验更多的劳动密集型的差异化的课程了。
共享对称相反的表型在WBS和7dupASD的分子发病机制方面，我们的研究
结果提供了第一个切入点突出特点刻画这两个条件，即共存的分子解剖，在对
称相反的拷贝数变异的面孔。通过对多个样本来自两个条件，我们定义DEGS
的子集对称在分化相反的剂量依赖的趋势显著保留。这一发现表明，对称相反
patternsof基因种子已经在多能状态，可能的直接控制下的7q11.23用量，日益突
出的疾病相关差异化的谱系，从而提供了充分的理由来研究这些疾病的（并且
通过言下之意，其他CNV-基于对称疾病对）在一起。值得注意的是，我们的分
析对称失调的目标还发现下列基因作为主要候选用于中介定义的两个条件方面
的分子发病机制：（ⅰ）PDLIM1，已与ADHD，神经突增生，心血管缺陷和听
觉过敏相关联；（ii）MYH14，这是涉及听力障碍；和（iii）BEND4，编码转
录因子窝藏区分一个最近的特点的家庭BEN域神经阻遏那就是既GTF2I剂量敏
感，其LSD1介导的镇压活动，这一发现也引起共鸣与GTF2I和BEND4表达在人
脑中的负相关的图案。
第三，通过挽救GTF2I的水平，并分析其全基因组入住，我们提供其贡献
的机械清扫，发现GTF2I账户，主要是间接的，对于一个显著和的7q11.23剂量
依赖性转录影响特定比例。值得注意的是，我们发现，GTF2I组装一个复杂的
镇压与LSD1和HDAC2，并优先与二价染色体，其定时分辨率已经显示出我们
和其他人是发展的必要条件，特别是沿神经lineage62-65。这项工作提供了通过
发展的表观遗传和转录的影响来探讨GTF2I剂量依赖性的目标，并对此搭建了
理论和实验的框架。