新品速递 | 基于捕获测序的HLA分型

2017-05-19    编辑:诺禾致源

什么是HLA?

主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC),由一群紧密连锁的基因群组成,呈高度多态性。其编码的分子参与抗原递呈,制约细胞间相互识别及诱导免疫应答。人的MHC就称HLA(human leucocyte antigen),为6号染色体短臂一段约3.6M的参与免疫反应的多态性区域,是迄今已知基因中等位基因多态性最高的基因复合体。

图1 人类MHC区域

为什么关注HLA?

与HLA相关的疾病多达100多种,涉及自身免疫性疾病、免疫缺陷性疾病、过敏性疾病、感染类疾病、代谢性疾病等,如糖尿病,类风湿性关节炎,银屑病、强直性脊柱炎、重症肌无力和哮喘等。同时,HLA在器官和骨髓等移植中起到至关重要的作用,也与许多药物的严重不良反应相关。因此,进行HLA分型,有利于免疫相关疾病的研究、疫苗和药物靶向人群筛选、种族进化的研究、组织和器官移植等。

如何进行HLA分型?

HLA分型研究方法有细胞学(流式细胞术)、血清学、基因组学(一代测序、二代测序、基因芯片),通过二代测序数据分析进行HLA分型,可小至单个SNV 基因型的多态性,大至单体型信息。诺禾致源通过捕获测序技术,可针对MHC区域进行捕获,使得测序深度和准确性更高。HLA分型的分辨率可以分为以下四类(图2):
a. 2位为等位基因;
b. 4位为特定HLA 蛋白质;
c. 6位为特定HLA 编码序列(CDS);
d. 8位特定的HLA 基因序列包括未翻译区和内含子。

图2 HLA分型分辨率类别

HLA分型技术原理

基于液相DNA探针杂交捕获技术,通过生物素标记的DNA探针与HLA区域基因DNA序列进行液相杂交捕获及高效富集,经PCR线性扩增后进行文库质检,合格即可在Illumina平台上进行高通量、高深度测序,通过生物信息学分析完成HLA分型,详细步骤如图3所示。

图3 HLA分型技术原理展示图及流程图

HLA分型技术流程及参数

• 捕获试剂盒:NimbleGen HLA捕获试剂盒
• 捕获率: 60%-70%(不含侧翼区);95%(包含侧翼区)
• 覆盖度:97.22%
• 推荐测序深度:≥100x
• 起始DNA量要求:≥1µg

HLA分型信息分析流程

HLA分型技术优势

针对性强:针对HLA区域DNA序列进行捕获测序,无需通过全基因组测序或外显子测序进行HLA分型,更高效。

精准度高:分型精度一般为4位,最高可达8位精度分型。

捕获率高:捕获效率60%-70%(不含侧翼区)/捕获效率95%(包含侧翼区)。

覆盖度高:覆盖度达97.22%,且覆盖均一性好,推荐测序深度≥100x。

案例分享

中国人群MHC区域的深度测序有助于复杂疾病研究

发表杂志:Nature Genetics | 发表时间:2016.03 | 影响因子:31.616

研究背景

人的组织相容性复合体(MHC) ,即HLA,位于第6号染色体短臂上6p21.3区域,已显示其与许多疾病相关,
由于该区域极其复杂,因此研究HLA与疾病的关系仍然是一个挑战。

研究方法

研究结果

1. 确定了银屑病显著相关HLA-C*06:02风险等位基因,且发现了新的易感位点HLA-C*07:44和一个位于基因间区的SNP(rs118179173)。
2. 发现HLA-B 基因上的3个氨基酸HLA-B AA9,HLA-B AA67,HLA-B AA116与银屑病相关,前2个为已被报道与欧洲人群银屑病易感性相关位点,另外1个则为新发现的位点,HLA-B蛋白三维模型显示3个氨基酸均位于肽结合槽。
3. 发现一个新的银屑病易感基因HLA-DPB1*05:01和已被报道与免疫疾病相关的BTNL2 基因,值得注意的是HLA-DPB1*05:01和BTNL2 中的Lys281在单变量分析中并无实质效果,但考虑HLA-C*06:02后有显著差异。

图1 汉族人群中29个MHC基因的多态性

图2 MHC区域中与银屑病相关的基因突变

图3 中国汉族人和欧洲人HLA等位基因频率比较

研究结论

1. 建立了中国汉族人群MHC遗传变异数据库, 为单体型研究和复杂疾病机制研究提供参考。
2. 利用GWAS分析,关联出MHC区域与银屑病相关的致病位点,极大地推进了整个银屑病研究的发展。
3. 发现MHC区域遗传变异靶标,将为免疫相关疾病的预测、诊治效果和靶向治疗的精准医学研究等提供重要的参考数据。

参考文献

Zhou F, Cao H, Zuo X, et al. Deep sequencing of the MHC region in the Chinese population contributes to studies of complex disease[J]. Nature Genetics, 2016, 48(7):740. 阅读原文>>