人类淋巴母细胞系中基因与DNA甲基化上位效应对基因表达作用的研究

Epigenetic modifications such as DNA methylation can integrate both genetic and environmental cues and are critical for phenotypic plasticity. Our previous work shows that DNA methylation can mediate genetic risk for rheumatoid arthritis. However, our works, as well as others, still failed to identify any epigenetic changes unrelated to the DNA sequence itself that may lead to diseases. One potential reason is the role of epistasis in which disease susceptibility is controlled by the interaction between genetic and epigenetic variants. In this case, the associations between epigenetic modifications and phenotype are marginal significant and are neglected through a conventional genome-wide approach. In this project, we propose to study potential epistatic interactions between genetic variants and DNA methylation on gene expression in human lymphoblastoid cell lines (LCLs) from 1000 Genomes Project. This project bears substantial significance to reveal the role of epigenetic epistasis on gene expression and human common diseases. Through integrating both genetic and epigenetic information, this will help us towards development of new predictive, preventive and therapeutic strategies.

表观遗传修饰（如DNA甲基化）可以同时受到遗传及环境因素的影响，进而调控个体表型的可塑性。我们的前期工作发现DNA甲基化可以受到基因的调控，进而导致类风湿性关节炎的发生。但是目前的研究工作仍然没能发现那些不受DNA序列调控的，导致疾病发生的表观遗传修饰改变。这可能归因于传统的关联分析忽视了基因型与表观遗传修饰之间的相互作用对疾病表型的影响，即上位效应。本项目计划以国际"千人基因组计划"的淋巴母细胞系为研究对象，通过整合已有的基因变异与表达数据和本项目产生的DNA甲基化谱，研究DNA甲基化与基因序列相互作用对基因表达的调控机制，揭示表观遗传上位效应的模式和规律，发现一批同时受到遗传及表观遗传调控的重要功能基因。通过整合遗传学和表观遗传学的新角度，探索出一条认知人类复杂疾病产生机理机制的崭新道路。

大量研究结果已表明，很多人类常见病的发生同时受到遗传与环境因素的影响。探析基因间、基因与环境间相互作用（即上位效应）对疾病表型产生的生物学机制是目前遗传学领域的一个热点。在这个项目中，我们假设表观遗传修饰(如DNA甲基化)可以同时受到遗传及环境因素的影响，因此可以介导上位效应对个体表型的可塑性。基于这个假设，我们建立并完善了研究基因与表观遗传相互作用，以及基因与环境相互作用影响个体基因表达、疾病表型的统计学模型。通过这个统计模型，我们发现了DNA甲基化可以介导吸烟和遗传间相互作用，从而影响 类风湿性关节炎的产生。这个工作第一次表明表观遗传修饰可以整合环境和遗传的共同作用，从而影响疾病的产生，直接验证了此项目的假设。此外，对于部分DNA甲基化位点，我们还深入研究了一些其对导致疾病表型产生的机理机制。这些工作为我们探索表观遗传调控介导上位效应的调控机制，探索出了一条认知人类复杂疾病产生机理机制的崭新道路。

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