HLA-DQA1，-DQA2基因的多態(tài)性研究和進化分析.pdf

1、人類主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)又稱人白細胞抗原(Human LeucocyteAntigen，HLA)是人類基因組中多態(tài)性最高的區(qū)域，其編碼的糖蛋白分子在人類免疫反應中起到重要的作用。研究HLA基因的進化機制和選擇壓力，有助于增進對該基因生物學功能和表達調(diào)控模式的認識，并有利于探索入類免疫系統(tǒng)為適應復雜環(huán)境所選擇的進化機制。 本文采用“長片段PCR擴增-雜合子

2、克隆-測序后拼接”的策略，分別獲得了漢族個體的HLA-DQA1全基因(7.2Kbp)和HLA-DQA2全基因(6.4Kbp)的SNP圖譜和單倍型數(shù)據(jù)，并對DQA2基因的5’調(diào)控區(qū)、第二外顯子及3’非翻譯區(qū)單獨進行PCR擴增和克隆，獲得這三個區(qū)域的單倍型數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)對HLA-DQA1和DQA2全基因和各區(qū)域的多態(tài)位點進行進化分析和功能探討。 通過群體遺傳學分析發(fā)現(xiàn)HLA-DQA1具有很高的多態(tài)性，平均每9個堿基就有一個SNP

3、位點，其中以5’調(diào)控區(qū)、編碼抗原結(jié)合槽的第二外顯子及3’非翻譯區(qū)的多態(tài)性最高。對這三個區(qū)域進行中性檢驗結(jié)果均為正值且大部分大于1，并在第二外顯子和3’非翻譯區(qū)檢出偏離中性選擇的顯著性差異，頻譜分析發(fā)現(xiàn)其以中高頻的SNPs為主，構(gòu)建系統(tǒng)進化樹呈現(xiàn)跨物種多態(tài)性。這些結(jié)果均表明這三個區(qū)域的SNP位點受到了強烈的平衡選擇。連鎖不平衡圖顯示第二外顯子和3，非翻譯區(qū)之間連鎖緊密，說明二者之間具有相互作用而呈現(xiàn)出一種共適應進化的模式，暗示5’調(diào)控區(qū)和

4、3’非翻譯區(qū)共同調(diào)控免疫基因的表達以適應復雜的外界環(huán)境。 作為與HLA-DQA1有高度相似性的同源基因，HLA-DQA2整體的多態(tài)性水平較低，π值只有DQA1的1/10。通過對這兩個基因進行窗口步移分析，發(fā)現(xiàn)DQA1多態(tài)性最高的地方發(fā)生在第二外顯子，這與其編碼抗原結(jié)合槽的功能相符合，而DQA2多態(tài)性最高的地方出現(xiàn)在第一內(nèi)含子。相對于其內(nèi)含子而言，DQA2基因的5，調(diào)控區(qū)和外顯子都比較保守，這與DQA1的5'調(diào)控區(qū)和第二外顯子的高

5、度多態(tài)性明顯不同。以大猩猩為外類群，比較人和黑猩猩的HLA-DQA2基因的5，調(diào)控區(qū)的相對進化速率，發(fā)現(xiàn)二者有顯著差異，說明相對黑猩猩而言人的DQA2基因5'調(diào)控區(qū)進化速率較慢。構(gòu)建系統(tǒng)進化樹發(fā)現(xiàn)DQA2基因5'調(diào)控區(qū)的單倍型分成兩支，一支包括了21條序列，世系內(nèi)高度保守，其中18條序列完全相同，其它三條序列各發(fā)生了一個突變；另一支包括了3條序列，從頻譜分析來看DQA2基因5'調(diào)控區(qū)發(fā)生的size=2的突變(占群體的頻率為80﹪)大部分

6、發(fā)生于這一支，通過Network分析發(fā)現(xiàn)這一支存在多態(tài)位點的重組，除重組位點之外只存在一個singleton，暗示這個區(qū)域可能存在平衡選擇，同時受到較強的負選擇以去除有害突變。通過對該區(qū)域中國人、日本人、歐洲人和非洲人的SNPs進行Fst分析發(fā)現(xiàn)不同地域存在巨大的差異，而相鄰地域差異較小，推測可能發(fā)生了recent positive selection以適應當?shù)丨h(huán)境。對DQA2基因的外顯子進行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)DQA2基因的外顯子以size