载脂蛋白的单氨基酸多态性与个体性状差异之关系的研究

Single nucleotide polymorphisms (SNPs), resulting from single base variations, particularly non-synonymous SNPs resulting in changes in amino acid sequences of a protein, are recognized as the most common type of genetic variants at the genome-level; these variants are often associated with particular physiological or pathological traits in individuals. Correspondingly, single amino-acid polymorphisms (SAPs) derived from non-synonymous SNPs represent protein variations in a population. Recently, using proteomic approaches, SAPs in the plasma proteomes of an Asian population were systematically identified for the first time. That study showed that heterozygous and homozygous proteins with various SAPs have different associations with particular traits in the population. This study indicates there are two kinds of molecular polymorphisms, SNP and SAP, involving variation of physiological or pathological traits in individuals. Based on this conclusion, we derive an important scientific question whether the association properties of SNPs with particular traits are in agreement with that of the corresponding SAPs with the same traits. We will first analyze the sites and distributions of SAPs in the members of apolipoprotein family in human plasma samples by "shot gun" proteomic approach. Secondly, we will further analyze the absolute concentrations and distributions of SAPs in ApoA IV in thousands of individual plasma by quantitative proteomic approach. Based on these analysis, we will compare the association of ApoA IV SNPs with particular physiological or pathological traits to that of the corresponding SAPs. In addition, we will analyze the possible function of SAP-pair of ApoA IV based on the animal model of ApoA IV knockout rats.

引起蛋白质氨基酸序列改变的非同义单核苷酸多态性（SNP），是导致性状差异的重要分子基础。申请人将非同义SNP导致的改变称为单氨基酸多态性（Single Amino-acid Polymorphism，SAP）。不久前申请人首次在群体水平对SAP进行了研究；发现某一特定SAP与不同生理病理性状有着不同关联。这表明涉及个体性状差异分子多态性有SNP和SAP两种不同类型。由此引出了本项目要解决的科学问题：SNP及其相对应的SAP与个体性状差异的相关性是否一致？申请人将首先采用"鸟枪法"蛋白质组技术，对人体血浆中载脂蛋白的家族成员开展SAP位点和分布的研究。其次，针对大规模汉族人群ApoA-IV，采用定量蛋白质组学技术研究SAP进行分析，同时用基因分型技术对SNP位点进行分析，然后分别比较SAP和SNP与人群生理病理性状的相关性。此外还将通过ApoA-IV基因敲除大鼠研究SAP可能的生物学功能。

人群中蛋白质单氨基酸多态性（Single Amino-acid Polymorphism，SAP）是导致性状差异的重要分子基础。在前期研究工作中，项目申请人首次在中国人群中利用质谱技术对血浆蛋白质组中的SAP进行了研究；发现某一特定SAP与不同生理病理性状有着不同关联。本项目在此前期研究工作基础上计划要进一步分析相关的科学问题，即单核苷酸多态（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）及其相对应的SAP与个体性状差异的相关性是否一致？我们利用质谱技术对1040个中国人进行了SAP “ apoA4_N147S”位点的分析，并对其中的250个个体样本白细胞内ApoA-IV载脂蛋白的相对应于ApoA-4_N147S的SNP位点通过基因型分型技术（Genotyping）分析了在人群的分布频率；在这些数据的基础上对相关的SNP和SAP与个体的生理或病理性状之间的相关性进行了分析。数据分析结果显示，（1）apoA4_147N 和 apoA4_147S 表现出与甘油三酯的相关性趋势相反，说明两者有相反的指示作用，暗示其功能可能是不同的，或者在甘油三酯代谢过程的不同阶段发挥作用。（2）ApoA-4_N147S的SNP和相应的SAP在杂合子中以及在纯合子中与不同生理病理性状表现出不同的相关性。此外，我们制备了apoA4基因敲除大鼠，系统地分析了这些大鼠在正常生长条件和高脂喂养条件下在分子层面和整体层面上的表型变化。我们的研究发现，ApoA-IV的缺失并未影响apoA4-KO大鼠的基本生长状况。与野生型大鼠相比，KO大鼠的体重和体脂都没有显著差异。此外，为了更全面了解ApoA-IV的功能，我们选择了正常饮食条件下，不同年龄的WT和KO大鼠的肝脏、肾脏和白色脂肪组织共54个样本进行转录组测序，并筛选差异基因进行生物信息学分析。结果表明，绝大部分基因的表达量随年龄增长都保持不变，只有很小部分基因一直上升或一直下降。而相比于WT，ApoA-IV缺失后，随着KO大鼠组年龄的增加，越来越多的基因倾向于保持不变。本项目负责人以共同通讯作者身份发表了署有基金资助编号的4篇研究论文；并申请了一个发明专利。