杰青近期3篇Cell子刊解析遗传致病基因

　　

生物通报道，来自中国科学院昆明动物研究所的****博士姚永刚课题组近4个月来在mtDNA突变的界定，及其致病性的研究中去的一系列的新进展，短短4个月的时间内发表了3篇高水平文章，其中近期（12月12日）在The American Journal of Genetics上发表的文章被新一期的Nature（12月18日版）列为研究亮点。

 

第一篇（08年7月）

在人类线粒体疾病研究中，如何有效避免扩增出核DNA中的线粒体假基因，并对偶然扩增的假基因片段予以识别和赋予正确的解释是一个十多年来未完全解决的难题。近期的文献报道中不乏有误将线粒体假基因片段当成真实的线粒体DNA的案例。

 

今年7月，姚永刚课题组通过和国内外学者合作，研究发现线粒体假基因中的突变图谱和真实的线粒体DNA的突变图谱迥异。通过对相关文献报道的案例进行分析，并结合他们自己的实验数据，显示充分的数据库查询和系统发育分析方法对于识别线粒体假基因非常简便有效。同时他们对在研究中如何规避和识别线粒体假基因总结出相关的方针和措施。该工作近期发表在影响因子为5.535的国际知名刊物《医学遗传学 》（Journal of Medical Genetics）上。

 

第二篇（08年9月）

线粒体在细胞的生命活动过程中承担了重要的功能。线粒体DNA突变所导致的线粒体代谢缺陷往往会引发线粒体疾病，症状非常复杂，发病率也较高。由于线粒体DNA编码的基因和核基因存在互作效应，且翻译密码子存在差异，如何有效界定线粒体DNA突变是否具有致病性是一个难题。目前，对病人的线粒体全基因组进行分析，并对检测到的突变做进化保守性分析和数据库查询是现在广泛使用的研究方法。

 

由于种种人为的原因，尤其是未认识到现有的一些数据库的不足，研究者往往仅对MITOMAP数据库进行突变的查新。这种片面的方式导致的结果是越来越多“新的mtDNA突变”被报道，而事实上该突变很可能早在数年或数十年前就已经被发现。基于这种状况，姚永刚博士与德国Hans-Jürgen Bandelt教授、西班牙Antonio Salas博士和英国的Robert W. Taylor教授进行了一项合作研究工作。他们通过对相关文献报道的“新的突变”和人为设定的线粒体DNA区段中各个位点的突变情况进行了大量检索分析，发现单纯采用MITOMAP数据库来确定新突变存在很大的问题。另外，采用系统发育分析方法，他们还对近期报道的一个突变的致病性进行了重新分析和评估，并以此为例细致阐述了数据的分析过程。

 

为避免在以后的研究中继续出现类似错误，他们建议从以下三个方面对“新发现的”线粒体DNA突变进行确证：1） 充分查询现有专业数据库如MITOMAP、mtDB等；2）应用互联网搜索引擎检索相关突变和文献信息；3）结合报道的数据，对发现的突变进行系统发育进化分析，评估其致病的可能性。

 

该研究工作近期在线发表于国际知名刊物《Human Mutation》（2007年影响因子6.273）（http://www3.interscience.wiley.com/journal/121411795/abstract）。在审稿过程中受到国际同行的高度评价，认为“This is a very instructive paper, which addresses a major problem that at the moment is generally restricted to mtDNA studies, but unfortunately could easily become an undesired feature of nuclear DNA studies too”。

 

第三篇（今年12月12日）

在中国科学院“****”、国家杰出青年科学基金（30725044）资助下，中国科学院昆明动物研究所姚永刚课题组与中山大学中山眼科中心张清炯课题组通过合作研究，发现特定线粒体DNA（mtDNA）单倍型类群对 Leber遗传性视神经病变（简称LHON）发病与否有重要影响，结果发表在生命科学领域国际顶尖杂志《美国人类遗传学杂志》（The American Journal of Human Genetics）（2007年影响因子11.092）。据悉，这是迄今我国学者在有关LHON与mtDNA相关研究方面，首次在这类顶尖杂志上发表论文。

 

LHON是导致青壮年突发双目失明的最常见眼病，也是最常见的线粒体基因遗传病，由德国医生Leber于1871年首先报告。1988年美国Wallace研究组首先确定LHON的病因，是由mtDNA突变所致，可以通过母亲传给全部后代。在我国上世纪九十年代，南京、福建和广州的学者相继发现我国LHON患者也是由mtDNA的几个常见原发突变所致。尽管LHON病因早已明确，但发病机制仍有三大难题不明：为什么mtDNA突变携带者只有不到三分之一发病？为什么男性发病率远远高于女性？为什么mtDNA突变携带者要在青壮年发病？这些有关发病风险问题的阐明，是本病预防、早期干预及治疗的关键。遗憾的是，国内部分同行误以为找到LHON的病因后就没有多少值得研究的了，并不支持基于这些关键问题的研究。

 

姚永刚课题组与张清炯课题组及其合作者首先从1369个LHON家系中选择有m.11778G>A原发突变的家系，然后对175个有详细家系资料的家系进行了系统的分析。通过分析每个家系mtDNA不同区域变异类型来确定该mtDNA所属类群，结合每个家系中LHON发病情况进行回归分析，发现线粒体单倍型类群M7b1’2显著增加LHON的发病外显率，而单倍型类群M8a显著降低发病率。在对归属于上述单倍型类群的患者线粒体全基因组序列进行系统发育分析后发现，类群M7b1’2的致病性风险很可能是由于ND5基因上的类群特有性变异（m.12811T>C）和原发性突变之间存在的协同效应引发；相反，类群M8a含有的位于ATPase6基因上的两个类群特异性变异m.8584G>A和m.8684C>T很可能提供一种保护作用，阻止原发突变m.11778G>A的外显，进一步对含有这两个M8a特有变异的ATPase6蛋白二级结构变化的预测结果支持上述推测。该研究是目前东亚人群LHON病发情况和线粒体遗传背景之间关系的首次系统性研究，结果不仅对揭示mtDNA原发突变携带者LHON发病与否的相关危险因素有重要价值，而且为进一步阐明LHON复杂的发病机制等后续研究提供了很好的思路和基础，同时对国人LHON发病的遗传咨询和可能的早期干预提供了重要线索。

 

姚永刚

1975年10月生于安徽省枞阳县。主要从事人类和家养动物相关疾病的研究工作，对mtDNA疾病的进化医学、中华民族源流和家养动物的起源、血液干细胞mtDNA变异和衰老的关系、血管内皮细胞生长因子刺激血管内皮细胞和皮肤角质生成细胞基因表达有较为深入的研究。首次系统地分析了我国民族人群mtDNA遗传多态情况，构建了东亚人群mtDNA的系统发育关系，讨论了分子人类学和mtDNA进化医学中多个重要问题。采用单细胞分析方法，研究了白血病细胞和自然衰老过程中小鼠血液干细胞mtDNA的变异情况，发现白血病细胞mtDNA变异很大，产生机制复杂，作为临床诊断标记作用有限；小鼠血液干细胞在衰老过程中积累的mtDNA突变有品系差异，受核基因影响，与其体外发育潜能以及细胞中活性氧水平没有相关性。血液干细胞中某些mtDNA突变在体内比较稳定，可作为标记示踪移植过程中干细胞的动态。发现VEGF刺激血管内皮细胞DSCR1和 PlGF基因表达通过不同的调控途径。近年来已在American Journal of Human Genetics，Blood，Human Molecular Genetics，PLoS Medicine，Molecular Biology and Evolution，Human Genetics 和Genome Biology等国内外著名杂志发表论文和评述60余篇，其中SCI论文58篇。截止2008年10月份被SCI引用1000多次，具有较为广泛的国际影响。博士论文获得2005年度全国百篇优秀博士论文，研究工作先后获得2005年度云南省科学技术奖一等奖(自然科学类)和2006年度国家自然科学奖二等奖等多项奖项。先后受邀为20多个SCI期刊包括American Journal of Human Genetics, Human Mutation, Journal of Medical Genetics, Stem Cells, Nucleic Acids Research等国际著名杂志审稿。

学历和工作经历

 

2007.12 -  现在    中国科学院昆明动物研究所，疾病机理遗传学和进化医学实验室负责人

2004. 10 - 2008. 01  美国国家健康研究院心脏、肺、血液研究所(National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health), Visiting Fellow

2003. 02 - 2004. 09  约翰霍普金斯大学医学院 (The Johns Hopkins University School of Medicine) 从事博士后研究工作

1997. 09 - 2003. 02  中国科学院昆明动物研究所，获理学博士学位

2001. 05 - 2001. 08  德国汉堡大学从事合作研究

1997. 09 - 1998. 07  中国科学院研究生院学习

1993. 09 - 1997. 07  安徽师范大学生物系，获学士学位