背景
單倍劑量不足指一個等位基因突變或者缺失后后，另一個等位基因能正常表達，但這種基因表達翻譯后的蛋白水平只有正常的50%，不足以維持正常的生理功能，導(dǎo)致特定表型出現(xiàn)。導(dǎo)致單倍劑量不足的原因有多種，比如一個基因的拷貝發(fā)生缺失，或者突變導(dǎo)致不能產(chǎn)生正常的mRNA，或者特殊情況下mRNA或蛋白質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致降解等。單倍劑量不足現(xiàn)象是導(dǎo)致遺傳病發(fā)生的一個原因。哪些基因會發(fā)生單倍劑量不足呢？目前單倍劑量不足數(shù)據(jù)來源主要有3個方面：基于疾病的研究、生信軟件預(yù)測和高通量篩查。
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一、基于疾病的研究
最直接的數(shù)據(jù)來源便是基于疾病的研究，典型的數(shù)據(jù)庫為OMIM數(shù)據(jù)庫。研究報道中顯示，在篩選出的299個人類單倍型劑量不足的基因中，有88個基因只在OMIM數(shù)據(jù)庫中顯示；94個基因只在文獻中進行了報道；另外117個基因在OMIM與文獻中顯示了一致的結(jié)果。此外，有多個疾病數(shù)據(jù)庫都對單倍劑量不足有所記載（表1）。
表1. 搜集單倍劑量不足的數(shù)據(jù)庫
二、生信軟件預(yù)測
基于疾病的研究獲得的數(shù)據(jù)庫記錄范圍有限，為了滿足基因檢測的需要，使用一種覆蓋更全面的方法很有必要，因此從生物信息學(xué)的角度便產(chǎn)生了相應(yīng)的預(yù)測軟件。
最早單倍劑量不足預(yù)測工作的文獻發(fā)表于2010年，基本流程為：從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)基因及其特性；根據(jù)數(shù)據(jù)庫中搜集的存在單倍劑量不足的基因信息構(gòu)建訓(xùn)練模型；使用該模型掃描基因組中蛋白編碼基因預(yù)測單倍劑量不足基因（圖1）。
圖1. 單倍劑量不足基因預(yù)測模型
目前，已有多種單倍劑量不足預(yù)測方法，通過這些方法發(fā)現(xiàn)了很多潛在的相關(guān)基因（表2）。
表2. 單倍劑量不足基因預(yù)測模型
HIPred軟件的作者比較了7款相關(guān)軟件，結(jié)果顯示，該軟件各項指標都顯示了最好的性能（表3）。
表3. 七款單倍劑量不足基因預(yù)測軟件性能比較
三、高通量篩查
模型預(yù)測的方法可以發(fā)現(xiàn)一些單倍劑量不足的基因，但是也存在一定的不足：預(yù)測結(jié)果受訓(xùn)練模型數(shù)據(jù)庫信息的影響。因此，高通量篩查的方法得到了廣泛應(yīng)用，常用技術(shù)手段為CRISPR。已有研究單位通過此方法對所有人類已知的基因進行了研究。基本流程為：通過CRISPR對單倍體細胞文庫的指定基因進行敲除；敲除后的細胞文庫與另一個未進行敲除的單倍型細胞文庫融合；進行細胞培養(yǎng)并檢查細胞活性（圖2）。
圖2. 基于CRISPR的單倍劑量不足基因鑒定流程
通過篩查，共篩選出650個比較重要的單倍劑量不足基因，包含之前已有的基因與新發(fā)現(xiàn)的基因，并且用于軟件預(yù)測模型建立的基因列表也存在于650個基因中，表明此方法具有較高的可靠性（圖3）。
圖3. 基于CRISPR方法篩選出來的650個單倍劑量不足基因
結(jié)論
單倍劑量不足現(xiàn)象是導(dǎo)致遺傳病發(fā)生的一個原因，我們可以通過數(shù)據(jù)庫查找、軟件預(yù)測、高通量篩查的方法判斷基因是否為單倍劑量不足，選擇合適的方法可以對基因及其致病性進行解讀，判斷基因型對個體的影響。
參考文獻
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