疾病相关基因研究的“三板斧” 对疾病相关基因的研究是生命医学研究领

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作者：荷叶

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对疾病相关基因的研究是生命医学研究领域的主流，科研狗们对此肯定都有自己的套路，今天荷叶捋一捋自己的套路，共三招，给大家参考一下。

第一板斧筛选候选基因

常用的筛选方法有：基因芯片、RNA测序、筛选公共数据库等。但是这样常会得到一大堆数据，成百上千的差异基因，为了减少差异基因的数目，可以采用多种方法进行筛选，取其交集。接着对数据进行生物信息学分析，挑选可能有意义的基因进行深入研究。

荷叶觉得挑选候选基因可以参考如下标准：①差异显著的基因；②疾病相关但文献研究不多、不深入的基因；③未知功能的基因；④与该疾病无关但是在其他生理、病理过程中发挥重要作用的基因。

下图来源于2017年11月《Nature》上的一篇研究心脏纤维化的文章，作者分离培养了人原代心肌纤维母细胞，给予TGFβ1处理，通过RNA测序筛选差异表达基因，挑选差异变化显著的IL11进行研究。

第二板斧验证候选基因的表达

筛选出候选基因后首先要验证筛选结果的准确性。按检测水平通常可分为细胞学水平和组织学水平，按检测的分子可分为蛋白质水平和RNA水平。除此之外，还要验证候选基因表达的特异性：候选基因是否在特定细胞中、特定的功能状态下表达。

荷叶在此推荐单细胞RNA测序的方法，该方法不仅能检测不同组织器官中各类细胞多种基因的表达，还能反映细胞在不同功能状态下多种基因的变化趋势，比以往一个一个候选基因去验证更方便、有效。如下图所示，作者对纤维化心脏中各群细胞进行单细胞RNA测序，发现IL11主要表达于产生ECM的纤维母细胞（粉红色圆点）。

第三板斧基因功能研究

接着就是在细胞水平、动物水平和临床研究三个层面对基因功能进行研究。细胞实验建议采用原代细胞进行，若难于实现建议采用多种细胞系进行实验。动物实验建议建立2种以上的疾病模型。

总的来说基因功能研究主要是通过增强或抑制候选基因的方法，观察增强或抑制后对细胞、组织、疾病表型和功能的影响。常用增强基因功能的方法有：过表达、外源补充、激活剂等；常用的抑制基因功能的方法有：基因敲除、敲低、拮抗剂等。疾病相关基因功能研究常需要加入临床研究，有临床样本的分析和临床干预实验等。

在基因功能研究中荷叶推荐目前大热的CRISPR技术，实现细胞、动物基因敲除，速度快、技术先进。

举例：在细胞实验中作者通过添加IL11或IL11的抗体增强或抑制候选基因的功能，然后分析细胞的表型（胶原分泌）变化；在动物实验中作者建立3种疾病模型——心肌缺血MI模型、AngII和TAC心脏纤维化模型。

通过注射IL11或IL11转基因小鼠过表达IL11增强其功能，通过纤维母细胞特异敲除IL11RA（IL11受体）来抑制其功能，观察心脏纤维化的表型（Masson染色）和功能变化（心脏射血分数等指标）。

不知这“三板斧”对你的研究是否有用呢？当然基因功能的研究不止这“三板斧”，还有分子机制、信号通路等等，但是筛选出能够影响表型和功能变化的候选基因，你的研究就已经成功了一大半！！！

参考文献：

Schafer S, Viswanathan S, Widjaja AA, Lim WW, Moreno-Moral A, et al. IL11?is a?crucial?determinant?of?cardiovascular?fibrosis. Nature. 2017 Nov 13. doi: 10.1038/nature24676. [Epub ahead of print]

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