摘要
突变不仅驱动物种进化也是许多疾病产生的重要原因。本论文系统性地分析了后合子突变在健康个体的模式，新生突变在对疾病的贡献以及胚系突变在个体表型中的影响，进一步研究了不同突变与个体健康之间的关系。第一部分研究中先通过分析健康个体的后合子突变，发现了突变在正常细胞中累积产生的一个新的突变以及该突变是由于胚胎低氧环境导致的;第二部分结合病理性近视中新生突变的基本特征，进一步揭示了新生突变对病理性近视的影响;第三部分分析胚系突变在同卵双胞胎家系以及强直性脊柱炎家系中对表型的贡献，发现了与表型相关的胚系突变，为解释对应表型的发生机制提供新的线索。 利用改进后的外显子组测序方法，通过对5个健康个体的后合子突变模式的分析，我们发现在正常细胞中普遍存在两种突变模式。其中一种突变模式(Signature A)的主要特征是在NpCpG三碱基形式上的C＞T突变，该突变模式已报道与胞嘧啶的自发脱氨基相关，且随着个体年龄增加累积。另一种突变模式(Signature B)首次被发现，该突变模式的主要特征是GpCpN三碱基形式上的C＞T突变。在肿瘤样本的配对正常细胞也存在这两种突变模式。数量性状关联分析结果提示这两种突变模式在个体突变谱中全部突变模式中的比例与DNA甲基化相关基因上的多态相关。此外，在19.6％的肾透明细胞癌的肿瘤细胞中存在高比例的GpCpN位点上的C＞T突变，同时这些肿瘤细胞的转录组数据表明其低氧诱导通路活性更高，提示Signature B的产生与低氧诱导通路的活化相关。通过对胚胎干细胞加药处理来激活低氧诱导通路，处理后的细胞基因组中的确表现出GpCpN位点上C＞T突变的显著富集。同时，对一健康个体血液和精子细胞的进行了多时点采样分析，对3年间的多组织样本后合子突变分析发现不同组织间胚胎早期的特异性突变虽然较少但都包含了Signature B，此外Signature B在监测时间段内并不随着年龄增加，提示说明了其主要在胚胎发育早期累积。综上，我们推断胚胎发育早期的低氧环境是导致Signature B在健康个体中累积的因素。 第二部分新生突变研究中，通过对45个散发病理性近视患者全基因组测序数据分析，发现新生突变显著富集在细胞间信号转导、细胞生长以及脂质代谢相关通路的基因上。进一步，蛋白互作网络提示携带新生突变的基因与细胞骨架蛋白调控通路以及胞外基质受体互作通路的蛋白互作显著。这些结果共同提示了新生突变对散发病理性近视的发生发展起到了重要的作用。 第三部分胚系突变研究中，分别对一同卵双胞胎家系以及一强直性脊柱炎家系与表型相关胚系突变的定位来进一步研究胚系突变对表型和疾病的影响。结果发现与同卵双胞胎性状共分离的胚系点突变以及拷贝数变异显著富集在细胞粘附相关通路的基因上，例如FGFR1、TUBB6以及MYH7B等，提示细胞粘附通路以及相关基因与双胞胎形成有关。在强直性脊柱炎家系中发现TREML2基因上的胚系突变与家系的HLA-B27阳性患者共分离，并验证了该基因在散发患者的突变率高于正常个体，提示TREML2对强直性脊柱炎在HLA-B27阳性个体的发生起到了一定的作用。这些结果对进一步了解同卵双胞胎的形成机制以及强直性脊柱炎的发生原因提供了新的线索。
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