Genetics：鉴别疾病基因的新工具

　　

生物通报道  尽管人类基因组测序已经完成，科学家们仍在试图寻找将这一成果应用于帮助人们，例如用于治疗疾病的途径。如麻省大学遗传学家Jacob Mayfield指出的：“大家轻易地就将人类基因组当做了大奖，但我们现在意识到这还只是迈出第一步。”

Mayfield补充说：“我们现在开始了解到我们感兴趣想知道的信息关键在于基因组之间的比较。随着社会向着个体化、基因组医学转变。我们真正掌握我们所知道的东西还有大量的研究工作需要开展。随着我们在DNA水平上揭示新的变异，我们还必须阐明它们的影响。为了了解遗传差异对于整个生物体的意义，我们必须找到新的途径来查询功能。而目前由于基因互作导致的诸如红发之类的性状我们都无法理解，就更不要说它们是如何致病了。”

为了解析这一问题及帮助治疗人类疾病，Mayfield和加州大学伯克利分校的同事们设计了一种新技术通过将各种人类等位基因（单基因的选择性序列）导入到酵母细胞中来检测它们的影响。在导入酵母后，就可通过比较克隆生长来揭示功能性的差异。研究人员将这一技术发布在4月的《Genetics》杂志上。

在新研究中，Mayfield研究小组首次利用DNA序列数据库挑选出了高胱氨酸尿症（homocystinuria）阳性检测的各种基因序列。高胱氨酸尿症是一种代谢性疾病，可引起诸如血凝块、智力发育迟缓和其他一系列轻微或严重的症状。一种称之为胱硫醚β合酶(CBS)的基因缺陷通常是导致该病的原因。由于早期干预可以消除严重症状，从20世纪70年代开始就对该病进行新生儿筛查。

研究人员选择了来自84位患者的CBS基因序列，利用一个称为定点诱变（site-directed mutagenesis）的过程生成了一段匹配患者序列的重组DNA。每个基因在单个DNA位点上都不同于其他的。

随后，研究人员将每个变异转导到一个酵母细胞中，生成了在CBS基因单位点不同的84个酵母菌株。另外作为对照，研究人员还构建出了包含CBS基因全功能主要等位基因的对照菌株。

“一旦我们将等位基因导入到酵母，我们就可以开展实验在培养皿及培养液中生成克隆来检测它们是否具有功能性，”Mayfield解释说。轻微突变的等位基因或可使酵母细胞正常生长，而严重的突变细胞则根本无法生长。大多数变异的功能都介于两者之间。“当你知道两种序列的差异在于何处，你就可以开始鉴别影响生物学功能的改变。

而Mayfield认为这一研究项目真正有趣和令人感到兴奋之处在于了解了如何治疗疾病。一些高胱氨酸尿症患者会对单一的维生素B6补充剂产生反应，而另一些则需要严格的饮食限制才能避免疾病症状。在培养液中对酵母开展一系列实验，研究人员将不同水平的维生素B6添加到84个疾病等位基因中，发现37%的等位基因的功能被维生素B6修复。在临床上，你可以预期具有这些等位基因的患者会对B6治疗产生反应。

Mayfield 说：“这种新方法使我们获得了关于等位基因功能的信息，也可适用于其他的疾病基因。可开展相似的研究针对需要维生素辅因子的代谢性疾病和蛋白。我们的研究结果表明单独基因序列还不足以描述完整的故事。这还只是从获得基因组信息到进入临床治疗的第一步。我们还不能说能治疗这一疾病，但它确实是一个好消息。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Surrogate Genetics and Metabolic Profiling for Characterization of Human Disease Alleles

Cystathionine-β-synthase (CBS) deficiency is a human genetic disease causing homocystinuria, thrombosis, mental retardation, and a suite of other devastating manifestations. Early detection coupled with dietary modification greatly reduces pathology, but the response to treatment differs with the allele of CBS. A better understanding of the relationship between allelic variants and protein function will improve both diagnosis and treatment. To this end, we tested the function of 84 CBS alleles previously sequenced from patients with homocystinuria by ortholog replacement in Saccharomyces cerevisiae. Within this clinically associated set, 15% of variant alleles were indistinguishable from the predominant CBS allele in function, suggesting enzymatic activity was retained. An additional 37% of the alleles were partially functional or could be rescued by cofactor supplementation in the growth medium. This large class included alleles rescued by elevated levels of the cofactor vitamin B6, but also alleles rescued by elevated heme, a second CBS cofactor. Measurement of the metabolite levels in CBS-substituted yeast grown with different B6 levels using LC–MS revealed changes in metabolism that propagated beyond the substrate and product of CBS. Production of the critical antioxidant glutathione through the CBS pathway was greatly decreased when CBS function was restricted through genetic, cofactor, or substrate restriction, a metabolic consequence with implications for treatment.