基于全基因组的基因与基因相互作用研究鉴定肥胖症的新致病基因

Obesity is a common complex disease worldwide. Its molecular mechanism is unclear. Recently, genome-wide association studies (GWAS) based on single nucleotide polymorphisms (SNPs) have identified a number of susceptibility genes for obesity, which collectively explain only a small part of the genetic variations in obesity. This phenomenon is called "missing heritability", which needs finding obesity genes from new aspects and using new methods. Exploring gene-gene interactions is an effective method to find "missing heritability". Therefore, in this project, based on our previous work, we have already successfully genotyped 1600 Chinese subjects using Affymetrix SNP 6.0 arrays. We will perform genome-wide gene-gene interaction analyses for BMI, body fat mass, percentage of body fat mass, and waist. The significant results will be replicated in another independent sample containing 2000 subjects. For the genes successfully replicated, we will conduct next-generation deep resequencing on the target regions in 160 subjects, and we will perform bioinformatics analyses and functional experiments to identify the true functional causal variants. Meanwhile, we will explore the function of identified genes on cellular level. Adipocytes will be selected to investigate the effect of target gene silence and over-expression on adipocytes differentiation. The completion of this project will identify new obesity genes from a new aspect, and find the genetic information which could not be found by traditional GWAS. The results will help to understand the potential genetic determination of obesity. It will be also helpful to apply theoretical bases for early diagnosis, prevention and finding new drug target.

肥胖症是全球化的多基因复杂疾病，分子致病机理不详。近年，先进的全基因组关联研究鉴定出一系列肥胖基因，然而，这些基因的效应累加起来只能解释小部分肥胖变异，即"丢失的遗传力"现象，迫切需要通过新角度、新方法寻找肥胖基因。探索基因间的相互作用是寻找"丢失的遗传力"的一个有效途径。本项目将在原有工作基础上，对全基因组数据进行深度挖掘，在1600例中国人样本中，采用BMI、脂肪比例和腰围等多表型，全面开展肥胖症的全基因组基因与基因相互作用研究；找出的阳性结果在包含2000例个体的独立样本中重复验证；对成功验证的基因，在160例个体中进行目标区域重测序，并通过生物信息学方法和功能学实验鉴定出功能性致病位点；同时，在细胞水平初步探索鉴定的新基因对脂肪细胞的功能影响。本研究将从一个全新的角度鉴定出肥胖基因，发现传统的全基因组关联研究无法检测到的遗传信息，为疾病的早期遗传筛查和防治提供新思路和新靶点。

肥胖症是全球化的多基因复杂疾病，分子致病机理不详。利用分子和统计遗传学方法寻找肥胖致病基因是阐明其致病机理的一种重要手段和热点研究领域。近年来，全基因组关联研究鉴定出一系列肥胖症基因，然而，这些基因的效应累加起来只能解释小部分肥胖变异，即“丢失的遗传力”现象，迫切需要通过新角度、新方法寻找肥胖基因。探索基因间的相互作用是寻找“丢失的遗传力”的一个有效途径。本项目在原有工作的基础上，开展肥胖症的全基因组基因与基因相互作用研究，发现了许多有意义的结果。. 首先，我们结合染色质三维构象的信息开发了一种基于染色质调控环路检测复杂疾病基因互作的方法，利用该方法我们发现两组SNP之间的相互作用与BMI显著相关（rs6808450-rs9813534，P = 2.39 × 10-9；rs6808450-rs3773306，P = 2.89 × 10-9）。功能注释结果显示在肥胖相关细胞系中rs6808450位于增强子区，而rs9813534与rs3773306分别位于CAND2和RPL32基因的强转录区。在人前成脂细胞中，我们发现CADN2基因的表达在细胞分化过程中显著下调。其次，在进行肥胖表型的全基因组互作分析中，我们选取了一些感兴趣的目标区域进行了深度重测序，发现WNT4和WNT5A基因内的SNP互作与中国人BMI显著关联（rs2072920-rs11918967，P= 2.20 × 10-4）。最后，在进行肥胖易感基因鉴定的过程中，我们通过整合表观调控信息，探究了肥胖基因启动子区的调控元件特征，并根据这些特征鉴定出新的肥胖易感基因ESRRG。. 本研究从一个全新的角度鉴定出肥胖基因，发现传统的全基因组关联研究无法检测到的遗传信号，为疾病的早期遗传筛查和防治提供新思路和新靶点。