精神分裂症易感遗传变异rs12691307远端调控MAPK3转录的分子机制研究

Schizophrenia is a severe mental disorder and a major threat to public health. Successful prevention, diagnosis, and treatment of this disease require in-depth understanding of its onset and pathogenesis. Given the great heritability of this disease, we performed genetic and genomic analyses and identified a schizophrenia risk variant rs12691307 in chromosome 16p11.2. Intriguingly, this variant locates in an enhancer region and correlates with the mRNA expression of MAPK3. However, the fact that rs12691307 locates more than 200Kb away from the MAPK3 gene makes analyzing its regulatory mechanism difficult. In the proposed study, we hypothesize that rs12691307 directly regulates MAPK3 expression via chromosome looping, and therefore affects the transcription of MAPK3 as well as the associated neuronal phenotypes. To prove this hypothesis, we will conduct research combining functional genomics theories with cellular and molecular biology approaches. This study will contribute to our understanding of the roles of rs12691307 in schizophrenia, and provide valuable information of the genetic mechanism of its pathogenesis.

精神分裂症是一种严重威胁人类健康的精神疾病，深入了解该疾病的发生机制对于其预防、诊断及治疗都具有重要意义。鉴于其高遗传率，我们在前期针对该疾病开展了遗传学和基因组学分析，并发现染色体16p11.2区域中与精神分裂症显著相关的易感遗传变异rs12691307位于染色体增强子区域，且该遗传变异与MAPK3基因的表达显著相关。然而，rs12691307与MAPK3基因在染色体上相距200Kb以上，它调控MAPK3表达变化的具体分子机制尚属未知。在本研究中，我们拟结合功能基因组学及细胞分子生物学实验等方法，深入分析rs12691307是否通过染色质回环结构等机制直接调控MAPK3的表达，并初步了解rs12691307对神经细胞表型的影响，从而深入揭示rs12691307在精神分裂症中的生物学功能，促进对精神分裂症遗传机理的认识。

围绕“精神分裂症易感遗传变异rs12691307远端调控MAPK3转录的分子机制研究”这一主题，我们综合利用遗传学，基因组学以及相关分子与细胞生物学技术开展了深度探索。首先，基于染色体16p11.2区域常见遗传变异显著增加精神分裂症发生风险这一前期发现，我们利用人脑组织的转录组测序数据结合体外水平的细胞实验，鉴定到一个具有转录调控功能的风险遗传变异rs4420550；该变异可调控MAPK3基因的表达，但二者在基因组上相距200Kb以上，因此我们通过双荧光报告基因实验、染色质构象捕获、CRISPR/Cas9单碱基编辑和ATAC-Seq等技术分析了它们之前潜在的远端调控机制，证实该变异所在基因组区域与MAPK3基因的启动子存在染色质回环导致的交互作用，而rs4420550的不同等位基因则导致其交互作用区域染色质开放程度的差异；我们进一步分析了rs4420550对细胞生理和表型的影响，发现携带rs4420550不同等位基因的细胞表现显著的增殖能力差异，对其参与精神分裂症的机制提供了一定线索。综上，本研究已按照计划完成项目书中的全部研究内容，相关研究结果发表在生物精神病学杂志《Biological Psychiatry；2021；89(3):246-255》，并被选为封面文章进行了推荐。此外，我们也在此基础上进一步开展了多项相关研究，深度拓展了我们对精神分裂症等精神疾病发病机制的认识，例如发现染色体3p21.1区域内影响多种精神疾病的功能性变异及易感基因，鉴定到数个不同精神疾病的易感基因等，累计发表标注本项目资助的 SCI论文10篇，其中4篇论文发表在影响因子大于9的期刊上。通过本项目的资助，协助培养毕业硕士研究生3名，博士研究生2名。