[发明专利]多组学标记在预测糖尿病中的用途

说明书

本文公开了利用基因组标志物预测人类对象中糖尿病发生的方法，以及利用多组学数据确定此类标志物的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月12日提交的美国临时专利申请第61/811,639号的优先权，为所有目的将其内容以引用的方式整体并入本文。

发明背景

特别是在亚洲，存在2型糖尿病(T2D)和肥胖的流行，其影响越来越多的年轻群体[1,2]。2型糖尿病是由遗传与环境因素之间的相互作用而导致的复杂疾病。对病例对照组(cohorts)的大规模基于家庭的连锁分析[3-6]以及全基因组关联研究(GWAS)已经确定了与T2D相关的多个染色体区域和遗传性变型[7-9]，包括中国人特异的遗传性变型[10]。β细胞的发育、结构和功能涉及大部分GWAS-T2D基因座位或附近的基因。尽管它们在多个种群中复制，这些SNP的低比值比(1.5-2)解释了T2D少于10％的遗传度。最近的研究表明，表观遗传学在T2D中也发挥作用。利用FAIRE技术，TCF7L2内含子中的GWAS SNP rs7903146显示与胰岛特异的开放染色质强相关。rs7903146的杂合子携带者显示出显著的等位基因失衡，T等位基因在胰岛染色质中更开放，并且在功能性荧光素酶活性分析中显示更高的增强子活性[11]。类似地，FTO基因的内含子SNP rs8050136的赋予风险的A等位基因是另一T2DGWAS基因，其与包含具有调节活性的已知保守非编码元件的7.7Kb区域内的DNA甲基化增加有关[12]。利用全基因组方法，研究者最近已经确定出了在与T2D相关的FTO第一内含子中的差异甲基化的CpG[13]，支持了DNA甲基化在T2D中的重要性。

下一代测序的研究进展使得能够通过全基因组重亚硫酸盐测序来确定全部DNA甲基化位点[14,15]。在用于解释T2D的遗传度(heritability)缺失的概念验证(proof-of-concept)研究中，我们从收集自从由受影响的母亲和女儿以及用作对照的未受影响的父亲组成的中国三人家庭的外周血单核细胞(PBMC)中分离了DNA和RNA。我们应用全基因组重测序、重亚硫酸盐测序以及RNA测序，以获得该三人家庭的基因组、甲基化组、转录组以及微RNA(miRNA)的表达特征(图1)。我们利用配对比较研究了甲基化组、转录组、微RNA表达与SNP的相关性，从而确定具有最一致特征的基因。我们还利用并入了基因的集成网络分析来发现最有关联的基因，所述并入的基因具有差异表达和甲基化并且是差异表达的微RNA的靶标。这些发现在GWAS元分析数据集[10]和独立病例对照组中被复制，伴随着来自65个对照和65个T2D病例的PBMC中的基因表达和DNA甲基化分析(图2)。利用该多元方法，我们发现了具有多组学特征的新的T2D相关基因，其涉及染色质修饰和T2D中的蛋白代谢通路。

由于2型糖尿病以及相关并发症如心血管疾病和肾脏疾病的巨大社会和经济影响，存在对开发新的有效手段以用于准确诊断或早期评估患者未来发展为这些疾病的风险明确且紧急的需求，以便可以实施早期干预以使与这些疾病相关的有害影响和/或发展为该疾病的风险最小化。本发明满足了该需求以及其它相关需求。

发明概述

本文提供了用于确定和利用糖尿病的遗传标志物的方法、步骤以及系统。可从个体以及个体之间的比较获得包括基因组、转录组或甲基化组数据的多组学数据。然后可将这些数据中的差异如单核苷酸多态性、DNA甲基化的不同模式或基因表达的不同模式进行整合，并将其与糖尿病表型进行关联。在一些实施方案中，个体是有相关的，如在父亲-母亲-女儿的三人家庭中。在一些实施方案中，利用网络分析来实施整合和相关联。确定多组学标记(包括此前与糖尿病不相关的基因)，以预测糖尿病在个体中的发生并研发糖尿病的治疗。