HLA經(jīng)典基因調(diào)控區(qū)的分子進(jìn)化、功能及其與疾病相關(guān)性研究.pdf

1、HLA基因編碼的蛋白在免疫應(yīng)答中起關(guān)鍵作用，Ⅰ類基因遞呈內(nèi)源性抗原肽給CD8殺傷性T細(xì)胞識別，Ⅱ類基因遞呈外源性抗原肽給CD4輔助T細(xì)胞識別，由此啟動適應(yīng)性免疫應(yīng)答。正常機(jī)體中Ⅰ類基因呈遍在性表達(dá)，Ⅱ類基因則呈時空特異性表達(dá)。蛋白的表達(dá)水平通過多種方式影響免疫應(yīng)答的能力，例如調(diào)節(jié)T細(xì)胞分選等。因此，HLA基因的表達(dá)調(diào)控在正常免疫應(yīng)答中至關(guān)重要。基因的非編碼區(qū)對基因本身表達(dá)的調(diào)控功能，尤其是5'promoter及3’UTR的功能機(jī)制一直是

2、熱點。通常存在于這些區(qū)域的功能元件被認(rèn)為是保守的，但近年來在經(jīng)典Ⅱ類基因及某些非經(jīng)典Ⅰ類基因5'promoter中發(fā)現(xiàn)的高度多態(tài)性的存在，打破了這種常規(guī)認(rèn)識。不少體內(nèi)外實驗已證明，存在于經(jīng)典Ⅱ類基因5'promoter功能元件(如W／X／Y box)內(nèi)的多態(tài)性于轉(zhuǎn)錄水平影響基因的表達(dá)。功能性多態(tài)位點在Ⅱ類基因5’調(diào)控區(qū)的發(fā)現(xiàn)，突破了之前HLA多態(tài)性研究只針對編碼區(qū)的瓶頸，促使我們研究HLA非編碼區(qū)的多態(tài)性維持及其功能機(jī)制，以期揭示其對整

3、個免疫應(yīng)答過程中的宏觀調(diào)控作用。 基因的表達(dá)調(diào)控除了表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控也不容忽視。那么，HLA基因的3’UTR區(qū)域會表現(xiàn)什么樣的多態(tài)性模式呢?本論文利用13個中國漢族無關(guān)個體對HLA經(jīng)典Ⅰ，Ⅱ類基因全長多態(tài)性作了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)Ⅰ，Ⅱ類基因的3'UTR之間呈現(xiàn)不同的進(jìn)化模式。Ⅰ類基因3’UTR的核苷酸突變率與全長基因其它區(qū)域相比(包括內(nèi)含子以及基因間區(qū)域)，顯著下降；而Ⅱ類基因3’UTR的核苷酸突變率較之內(nèi)含子及其它

4、非功能性區(qū)域卻顯著上升。通過多方位提呈兩類基因的3'UTR群體遺傳學(xué)分析證據(jù)，我們得出結(jié)論，Ⅰ類基因3’UTR的低多態(tài)性受到負(fù)選擇作用，而Ⅱ類基因3'UTR的高度變異率受平衡選擇驅(qū)使。負(fù)選擇傾向于不斷去除隨機(jī)產(chǎn)生的有害突變，而平衡選擇傾向于保留不同的有益突變。這兩種選擇作用均表明，HLA基因的3'UTR行使功能，同時，選擇作用的不同又暗示它們行使功能的機(jī)制不同。通過對兩類基因在免疫應(yīng)答過程中表達(dá)模式的鑒定和分析，我們將兩種不同的選擇作用

5、與兩類基因的表達(dá)模式相互聯(lián)系，認(rèn)為Ⅰ類基因3'UTR的負(fù)選擇作用可能保證其遍在性表達(dá)，而Ⅱ類基因3’UTR的平衡選擇作用則增加其時空特異性表達(dá)的彈性。另一方面，平衡選擇保留下來的多個變異位點，促使我們?nèi)ニ伎?，這些變異位點發(fā)揮的直接功效是什么?它們通過何種方式來調(diào)節(jié)基因的表達(dá)?特別是，由Ⅱ類基因介導(dǎo)的免疫應(yīng)答精細(xì)而具有時空性，這種時空性體現(xiàn)在當(dāng)病原微生物入侵時，既要保證快速有效地進(jìn)行抗原提呈，又不能太激烈而產(chǎn)生長期的自身免疫反應(yīng)。所以必然

6、存在基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控。而近來研究發(fā)現(xiàn)，microRNA是特異以3’UTR為靶標(biāo)來負(fù)調(diào)控基因表達(dá)的反式作用因子。于是我們利用miRanda軟件提供的算法，加上我們自己編寫的程序，對Ⅱ類基因3’UTR中可能存在的microRNA的靶位點進(jìn)行預(yù)測，得出41種可能性較大的“microRNA-target duplexes"。我們進(jìn)一步對其中分值較高的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行體外實驗驗證，證明了Ⅱ類基因確實受到某些microRNA的調(diào)控作用。更為奇特的是，靶

7、標(biāo)位點上顯示出來的多態(tài)性會通過影響其與microRNA的結(jié)合能力而產(chǎn)生不同的報告基因表達(dá)水平，這個結(jié)果促使我們提出一個有關(guān)Ⅱ類基因3’UTR多態(tài)性維持機(jī)制的完整模式(意即平衡選擇所體現(xiàn)的功能模式)：即microRNA參與的雜合子優(yōu)勢。這種雜合子優(yōu)勢與存在于HLA基因編碼區(qū)以及Ⅱ類基因5’promoter內(nèi)的作用類似。那么對于編碼區(qū)及調(diào)控區(qū)參與的整個免疫應(yīng)答過程，可能的解釋是，免疫系統(tǒng)依靠編碼區(qū)的雜合子優(yōu)勢來抵抗多種外來抗原，而同時又依靠

8、調(diào)控區(qū)的雜合子優(yōu)勢來實現(xiàn)其時空特異性免疫應(yīng)答。而特異地對于3'UTR，可能由microRNA來操縱其功能的雜合性。 此外，Ⅰ類基因的3’UTR受到負(fù)選擇的作用暗示其中重要功能元件的存在。另一方面，由于處在HLA高度多態(tài)性背景下，某些新近隨機(jī)產(chǎn)生的突變還是有可能受編碼區(qū)“hitchhiking"的作用存留下來而沒有及時被清除，這些位點有可能是“輕微有害突變”，因而給我們提供了很好的疾病相關(guān)研究靶標(biāo)位點。宮頸癌通常被描述與Ⅰ類基因的

9、表達(dá)缺失有關(guān)，因而我們研究了Ⅰ類基因3'UTR中在人與黑猩猩分化后新產(chǎn)生的一些突變位點與它可能的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)HLA-A基因3’UTR的154位核苷酸(G)很有可能與宮頸癌易感相關(guān)，與之緊密連鎖的還有其它三個位點，猜測它們可能通過影響基因表達(dá)發(fā)揮易感功效。最后，HLA分子在免疫調(diào)節(jié)方面的復(fù)雜性及重要性，致使其與眾多復(fù)雜疾病相關(guān)。但是高密度繁復(fù)的多態(tài)性又使得疾病相關(guān)進(jìn)一步機(jī)制的闡明遇到了極大困難，因為復(fù)雜疾病常常是多個位點共同作用的結(jié)果，因