基于RNA-Seq技术的γ→β珠蛋白基因开关过程中转录组变化的研究

It is an important treatment strategy for thalassemia major and thalassemia intermedia to increase the fetal hemoglobin (HbF) level by reactivate γ-globin gene. It is vital for this strategy to understand the molecular mechanisms of γ- to β- globin gene switching. Because γ- to β- globin gene switching occurs from the time about 30 weeks after conception to birth, the changes in transcriptome of nucleated red blood cells (NRBC) in umbilical cord blood from newborn infants at different gestational age could reflect the differential gene expression during the course of γ- to β- globin gene switching. In this project, NRBCs in umbilical cord blood from tow groups of newborn infants are selected as the erythroid cells in the initial stage and later stage of γ- to β- globin gene switching. Newborn infants of the first group have the gestational weeks no more than 30 with the HbA proporation of cord blood no more than 15.0% (30-week group), and newborn infants of the second group have the gestational week more than 40 with the HbA proporation of cord blood more than 30.0% (40-week group). Transcriptome sequencing (RNA-Seq) assay will be used to compare the changes in the transcriptome profile of NRBCs in umbilical cord blood from the two groups of newborn infants, including differential expressions of common sense gene (mRNA), alternative splice and non-cording transcriptome (miRNA). The biological function and the main biological process of the differencial expressed genes will be explored by bioinformantics sofltwares to provide new research ideas and targets for the further studies on the molecluar mechanisms of γ- to β- globin gene switching.

重新激活患者体内已近关闭的γ珠蛋白基因，增加HbF的表达量是治疗中、重型β-地中海贫血的一个重要策略。这一治疗策略的关键是要明确γ→β珠蛋白基因开关的分子机制。γ→β珠蛋白基因开关发生在孕30周左右至出生前后，不同胎龄新生儿脐血有核红细胞转录组的变化，可反映γ→β珠蛋白基因开关过程中基因表达谱的差异。本项目以孕周≤30周，且HbA＜15.0%（孕30周组），和孕周≥40周，且HbA＞30.0%（孕40周组）新生儿脐血中的有核红细胞，作为γ→β珠蛋白基因开关过程中初期和后期的红系细胞。运用转录组测序（RNA-Seq）技术，比较这两组新生儿脐血中有核红细胞转录组的变化，包括通常意义下的基因表达差异，剪接异构体表达差异，非编码转录本表达差异。采用生物信息学软件，分析差异表达基因的生物学功能及所参与的主要生物学过程，为进一步深入研究γ→β珠蛋白基因开关分子机制提供新的思路和研究靶点。

β-地中海贫血是我国南方常见的一种遗传性慢性溶血性贫血，目前尚无有效治疗方法。重新激活患者体内已近关闭的γ珠蛋白基因，增加HbF的含量是治疗这类疾病的一个重要策略。而提高体内HbF的表达量，关键是要明确γ→β珠蛋白基因开关的分子机制。本项目对γ→β珠蛋白基因开关过程中转录组的变化进行研究，为γ→β珠蛋白基因开关分子机制的研究提供新的线索。. 采集早产组和足月组新生儿脐带血各40例，完成了所有样本的血红蛋白分析和地贫基因检测；建立了免疫磁珠分选法，完成了所有样本有核红细胞的筛选；每组选取了3个样本，采用二代测序方法，完成了RNA-Seq测序，并采用生物信息学软件分析差异表达的小RNA，mRNA和LncRNA及参与的生物学过程。研究结果显示：新生儿脐带血经免疫磁珠分选，有核红细胞纯度达91%。足月组与早产组间共有79个显著差异miRNA，其中表达上调53个，表达下调26个；差异表达mRNA有557个，其中表达上调551个，表达下调6个；共发现差异表达差异表达LncRNA有2166个，其中表达上调2149个，表达下调17个。本项目在贵州省内首次开展α-地贫分子流行病学调查研究，结果显示贵阳市α-地贫的携带率为3.28%。阐明了贵州地区地贫基因突变类型和分布频率，发现贵州地区β-地贫最常见的基因突变类型是CD17(A>T)。鉴定出1例世界首报的β-珠蛋白基因突变类型CD110（CTG>CGG），1例国内首报的β-珠蛋白基因显性突变类型CD121（GAA>TAA）。. 本项目获得了γ→β珠蛋白基因开关过程中转录组变化的数据，从全基因组水平揭示γ→β珠蛋白基因开关过程中的基因表达差异，包括mRNA、miRNA、LncRNA表达差异，并对差异基因进行GO功能和pathway显著性富集分析，探索差异表达基因的生物学功能和所参与的主要生物学过程，为后续的差异基因的功能研究提供了新的线索。本研究初步阐明贵州地区地中海贫血的发生率及常见突变类型，为本地区地贫的防治提供了基础数据，并已在临床地贫筛查和基因诊断及遗传咨询中得到应用。