• By Sharon Theimer

妙佑医疗国际(Mayo Clinic)的研究人员精准确定可能影响COVID-19病程的基因变异

2022 年 8 月 25 日
男性研究人员移取基因样本进行测试

罗切斯特,明尼苏达州— 妙佑医疗国际个体化医学中心的研究人员已经发现了助于解释为何COVID-19在一些患者中引起重症而在另一些患者中引起轻症的关键人类基因组特征。在分析了全球大量不同的DNA序列数据后,科学家们在两种人类蛋白质中发现了可能影响SARS-CoV-2(即导致COVID-19的病毒)感染病程的突变。 

他们的研究表明,ACE2TMPRESS2的基因变异可导致蛋白表达增多或减少。蛋白表达增多可致COVID-19的易感性增高并加重病情的严重程度,蛋白表达减少则可能起到预防病毒的作用。蛋白质在体内发挥着许多关键作用。在这种情况下ACE2TMPRESS2为SARS-CoV-2侵入和感染人体细胞提供了关键的切入点。 

这些研究结果发表在《人类分子遗传学》期刊中,根据这些研究结果有望开发出一种基于宿主细胞变异而非不断进化的病毒本身的新型诊断方法。

“COVID-19以一种惊人的频率改变其基因序列,但这并非事实的全貌。我们的研究结果表明,病毒与人类基因组编码的蛋白质的相互作用也可能是影响患者疾病结局的因素之一。”这项研究的主要作者兼个体化医学中心药物基因组学项目的研究人员Lingxin Zhang哲学博士说道。

“现在可以将这些结果应用于SARS-CoV-2感染患者的DNA序列数据,以尝试确定该疾病的易感程度。”Zhang博士补充道,“我希望这种方法可以扩展用于其他与COVID-19相关的基因,世界各地的科学家和临床医生可利用这些信息使其患者获益。”

在这项研究中,Zhang博士和她的团队深入研究了全球近7.1万人的DNA测序数据,其中近3万人为少数民族和种族,以识别ACE2和TMPRESS2基因的序列变异。随后,该团队分析了由这些基因编码的数百种蛋白质变体,并识别出具有高表达水平和低表达水平的变异基因。为此,Zhang博士设计了能够表达蛋白质变体的细胞,然后,她和她的团队采用颜色标记法分析了这些变体,以观察哪些变体的稳定性高和哪些变体的稳定性低。

这项研究使用了近100万个生成的细胞,生成了数十亿个数据点,并采用包括细胞分选、现代基因组学、高通量DNA测序技术和计算机算法在内的一系列技术进行了分析。 

“据我们所知,这是第一次有人将这种方法应用于COVID-19。”该研究的合著者兼个体化医学中心以及分子药理学与实验治疗学系的药理学家Richard Weinshilboum医学博士说道,“如果没有DNA测序技术的巨大进步,如果我们仍无法有效测试DNA序列中各种变异的功能和医学意义,以及无法有效测试由这些变异基因编码的各种蛋白质变体的功能和医学意义,那么这项研究是不可能完成的。”

Weinshilboum博士表示,这项研究之所以能够完成,还得益于现已公开的大量人类DNA序列信息,这些基因数据得到严格保护,这些数据的使用必须经过审批,以避免任何隐私侵犯。 

截至2022年7月11日,自大流行开始以来,全球已有630多万人死于COVID-19。

鸣谢

这项研究由美国国立卫生研究院(NIH)基金 U19 GM61388(药物基因组学研究网络)、R01 GM028157、R01 GM125633、R01 AA027486、K01 AA28050和妙佑医疗国际个体化医学中心资助。

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