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全基因组关联研究已经确定了超过200个基因座与炎症性肠病有关。我们和其他人最近表明,除了在蛋白质编码基因变异,大部分的相关位点DNA相关监管元素(dre)。这些发现一个维度添加到已IBD的复杂的遗传背景。在本文我们总结现有证据在IBD服饰业的作用。我们将讨论如何使用表观遗传研究候选基因的方法,考虑到非编码变异和可以帮助确定的基本途径和细胞在炎症性肠病的发病机制。尽管遗传复杂性水平的增加,这些发现有助于小说治疗选项目标转录因子结合,增强活动。最后,我们总结了这一新兴领域的未来发展方向和挑战。
- 炎症性肠病,遗传学
- 基因调控
- 遗传多态性
- 胃肠道病理
- 基因打靶
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炎症性肠病
炎症性肠病是一组的胃肠道疾病的特点是间歇性的,慢性或进行性炎症。主要有两个组的炎症性肠病:克罗恩病(CD)的透壁的肠壁的炎症发生在整个肠道补丁,和加州大学的粘膜炎症仅限于结肠和直肠。1炎症性肠病的发病机制是多方面的,包括遗传易感性的主要因素。与越来越多的IBD发病的遗传变异,越来越多的知识的作用和功能之外的许多不同的元素,经常居住的人类基因组蛋白质编码区域。这种影响作用的解释,这些变异在IBD发病机制。在本文中,我们将介绍DNA监管区域的概念,阐明非编码DNA监管的可能角色在IBD发病机制,并讨论如何创建小说治疗的可能性。
遗传易感性在IBD发病机制
它已经知道了几十年,CD和加州大学显示家族聚类,尽管没有一个明确的孟德尔遗传模式。因此,这两种疾病通常被认为是多基因疾病表型外显率与变量。报道风险比率的兄弟姐妹CD和UC患者与普通人群相比7 - 17和15 42之间的不同,分别。2三个全国性的双胞胎研究在瑞典、丹麦和英国显示增加IBD的一致性在同卵双胞胎和异卵双胞胎相比,从而阐明家族集群不仅仅是基于共享的环境因素,而是在一个共享的遗传背景。3 - 5在CD,一致性的差异更明显比在加州大学,意味着更大的遗传影响比加州大学CD的发病机制。瑞典的研究进一步揭示了明显高于同现的表型特征在同卵双胞胎和异卵双胞胎相比,尤其是对疾病发病的年龄和位置,这表明疾病和炎症性肠病的表型表现是可遗传的。15疾病表型和临床过程是受IBD-associated基因变异的影响。6 7
基于这些观察,做出大量努力来识别基因元素参与IBD发病机制。在这方面,多个全基因组关联研究(GWAS)是近年来执行。8日至13日这些研究化验常见遗传变异(单核苷酸多态性(snp))横跨整个基因组寻找snp的席位在患者与健康对照组相比。单核苷酸多态性,更频繁地发生在病人因此被称为疾病有关的变异。
许多基因位点和变异,并排放置在减数分裂期间同时继承了(也就是说,有一个非常小的改变他们之间发生重组网站)。由于这种现象,相关snp通常被认为是标记为其他变异位于附近基因的编码区。这种方法导致了众多重要的识别基因和通路参与IBD发病机制和允许发展的新型治疗方法。14GWAS荟萃分析发现了超过200个基因座与IBD和帐户相关联的风险增加疾病的发展。8 15 16因为寻找候选基因关联位点已经证明困难,大多数位点尚未功能与炎症性肠病。有迹象表明CD和加州大学之间的致病过程收敛和分享大部分的相关位点(如IL23R轨迹)。8日17
总的来说,炎症性肠病包括一系列与独特的发作,对胃肠道炎性疾病的严重性,本地化和并发症。虽然遗传易感性起到了很大的作用在IBD发病机制已被确定通过多个,这些研究结果转化为患者受益是有限的。大多数的单核苷酸多态性与IBD相关被发现位于非编码DNA。因此,这些snp不能诱发,他们直接导致氨基酸在蛋白质水平变化。8 - 12 21页值得注意的是,知识在人类基因组功能的非编码元素已经大大增加了。现在可以使用这些知识来更好的解释GWAS的发现。这里我们回顾新方法的注意力从人类基因组编码序列的其他功能部分,如何进一步提高我们的知识诱发炎症性肠病的基因突变和等待治疗的观点。
DNA监管元素
基因组DNA的功能载体的信息决定了主要的基因序列。除了这一重要功能,非编码DNA包含元素参与转录调控。22根据2013年的加州大学圣克鲁兹UCSC基因组构建(GRCh38。p12, 2013年12月,最后更新2018年1月),人类基因组包含3 609 003 417个碱基对和20 376个编码基因。23基因的编码序列只占整个基因组的2%,指定98%三十亿个碱基对的非编码DNA。24在过去的几年,一些函数的非编码DNA被发现,以及监管的作用在转录调控序列,发展、疾病和细胞类型特异性测定现在广泛赞赏。25 - 28多个不同的元素已经被识别,每个显示特定的特点和在转录调控中扮演不同的角色(图1)。
DNA调节元素。(一)启动子元素直接位于上游的基因。通过结合转录因子和招聘RNA聚合酶II,启动子转录调节。(B)增强子元素位于远侧地从基因(s)调节(s)。活性增强剂元素增加转录水平,通过转录因子介导的绑定。RNA聚合酶II, RNA聚合酶II;TF,转录因子。
增强剂
从基因调节和增强剂位于远端可以找到几个megabases远离转录开始网站。29日它们参与加强调控基因的转录图1 a, B)。这些远端监管元素可以调节多个基因和一个基因可以由多个增强剂。增强器函数的机制研究在分子(增强转录)和细胞(细胞分化和发展)的水平。从启动子的转录增强调节的机制已被广泛讨论。30.提出了多个模型,“循环”模式获得支持后一种方法的发展被称为染色体构象捕获(3 c)。循环模型指出,增强子的作用依赖于物理增强器之间的交互和报告基因的启动子。各种3基于c的方法已经开发出来,使基因组区域的识别相互身体接触。通过使用这些技术,远程增强剂和促进剂之间的相互作用已经被发现了。31日在遥远β-globin轨迹的研究及其轨迹控制区域,特定enhancer-bound和promoter-bound转录因子之间的相互作用(TFs)被发现。32 33通过这些和其他的研究现在普遍接受的是,增强器函数建立了TFs结合转录因子结合位点(TFBS)和随后的TFs,必将促进剂之间的相互作用在一个站点,助教会增强剂在其他网站。31日
增强剂扮演着一个关键角色,建立复杂的表达模式,确定空间和时间的多样性在生物体基因表达。22增强活动高度细胞特定类型,可以与基因表达模式。一些增强剂可以在集群中找到驱动细胞特定类型基因的表达。这些集群的增强剂称为super-enhancers和已被证明在疾病有关的变异丰富。34 35组蛋白修饰组蛋白的结合3赖氨酸4 monomethylation (H3K4me1)和27 3组蛋白赖氨酸乙酰化作用(H3K27ac)主要是活性增强剂,而H3K27乙酰化或独自H3K4me1主要是发现“泰然自若”或不活跃的基因。36-38有趣的是,许多监管元素可以增强剂和促进剂的特点和因此可以显示不同的组蛋白标记,在细胞和细胞状态。39-43通过调查H3K4me1分布,确定了000年24至36 000增强剂/细胞系。令人惊讶的是,只有少数的这些位置(大约5000年)两者之间的重叠细胞类型检查,显示增强剂表现出细胞特定类型的模式。表观遗传特征的贡献发展建立的进一步发现胎儿内脏显示不同的DNA甲基化模式和动力学从儿科和成人肠组织。44通过识别增强活动的不同模式在不同的细胞类型在一个生物体,增强活动显示在分化和发育起着重要的作用。45 46
启动子
启动子是监管元素,可以发现在一个基因的5 '端,参与转录起始。启动子序列包含TFBS,招募(TFs)和组装指南RNA聚合酶II的转录始发前复杂的转录起始站点。47相对于基因启动子的位置,通常位于上游的基因,促进了他们的识别和注释(图1一个)。48尽管积极推动者是典型的3组蛋白赖氨酸4 trimethylation (H3K4me3)组蛋白修饰,37最近的研究表明,一些元素可以表现出一个基因启动子活动,增强活动的另一个基因。39 41 43如上所述,一个DNA监管元素(DRE)可以由不同的组蛋白标记修改,这反映了潜在的元素执行多个监管职能。40启动子和增强子可能因此不再被视为单独的实体,而是作为衣服的频谱活动。41
增强剂和促进剂,多个其他非编码元素参与基因表达的调控。例如消音器和绝缘子元素主要是参与负调节基因的表达。因此,表达水平受到各种元素的组合沿着染色体。与细胞增强器元素的特定类型的活动,其他的活动元素在不同的细胞类型是一致的,反映在他们的染色质状态稳定。49
机制通过变异在DRE引起人类遗传学疾病
自从服饰业知识增加了,它已成为明显,服饰业参与决定细胞类型和分化。可以位于整个基因组序列变异,包括服饰业,诱发变异在编码和非编码元素重要的球员在复杂的遗传疾病,如炎症性肠病的发病机制。
有多种方法通过服饰业的序列变异可以导致一种遗传性疾病的发展。拟议的机制之一是通过TFBS的变更。在这个模型中,一个序列变异的TFBS改变一个特遣部队的亲和力特定的序列。这可以随后改变服饰业的监管活动。图2显示了一个示例的一个改变核转录因子k B (NFKB)绑定网站的增强剂调节PTGER4基因的表达。结合位点的破坏导致更少的绑定NFKB随后IBD-associated基因的表达减少(PTGER4)。50另一种机制,通过变异有助于致病过程是通过他们的影响力DRE活动和相应的组蛋白修饰和DNA甲基化配置文件5152-55。最近,发现这些理论模型支持的等位基因差异导致allele-specific活动的监管层。序列变异是影响转录水平,绑定的TFs, DNA甲基化、组蛋白修饰和组蛋白定位轨迹的变体。56-58此外,这个序列的变化管理模块可以传播从父母到孩子,表明转录调节改变可能是一种遗传致病过程的基础。59 60
序列变异蛋白表达水平的影响。存在一个SNP的TFBS积极增强器使增强剂来增加或减少基因的转录。(A)的SNP与克罗恩病相关(rs4495224)和位于TFBS增强器元素管制PTGER4的表达。在硅片的分析证明了C-allele NFKB rs4495224多态性使绑定的。50(B) rs4495224多态性的等位基因被认为改变TFBS的增强剂,这将导致NFKB的亲和力下降。这可能导致更少的增强器活动和后续PTGER4表达水平下降。NFKB,核因子k B;RNA聚合酶II, RNA聚合酶II;SNP(单核苷酸多态性;TF,转录因子;TFBS,转录因子结合位点。
除了在服饰业变体,在non-protein-coding DNA变异导致表型通过不同的机制。导致可变剪接变体,从而影响蛋白质结构描述。61年此外,变异基因代码小分子核糖核酸或长非编码rna可以影响这些非编码rna的功能,从而导致IBD发病机制。62 63
几种致病机制的非编码DNA可能导致疾病表型被划定在单基因疾病。例如,上肢内侧的多指趾畸形被发现在一份监管元素单一突变引起的声波刺猬基因发现1 Mb上游的基因。29日这个研究和其他研究64年展示的可能性,即使是一个有害的序列变异在一份监管区域可以导致疾病。不太常见的基因变异的机制(例如,删除,易位等)改变增强活动,为遗传疾病都进行了广泛的研究进展。65年
综上所述,这些数据建立在非编码DNA序列变异可以影响监管的活动元素和这样的序列变异通常与人类遗传疾病相关。
大多数IBD-associated变量映射到服饰业
理解IBD的发病机理,主要贡献者应该确定水平的蛋白质,RNA转录,因此基因。炎症性肠病的遗传背景已成功通过GWAS研究,但不幸的是提取的主要球员和诱发基因却并非易事。最初,GWAS数据转化为重点候选基因变异可能与基因通过本地化接近相关的变体(图3 a, B)。11日19日20然而,协会的许多变体基因之外的身体不能与错义突变。
候选基因对疾病有关的变异方法。在全基因组关联研究(A),在多个基因位点序列变异进行了研究。在这个例子中,在一个C-allele IBD-associated轨迹揭示了学习序列变异被发现更频繁的患者人群;因此,该疾病相关变异等位基因决定。(B)的经典模式候选基因的方法。疾病相关变异被认为是诱发的标记编码变异的基因传递给后代在同一段DNA,即在同一haploblock继承。这个基因被认为是一个可能的候选基因。例如,IBD-associated SNP rs630923 (A / C)位于CXCR5附近。CXCR5因此被认为是一种炎症性肠病候选基因。8(C)小说模式候选基因的方法。在这个模型中,DNA中的疾病相关变异是调节元素。苏格兰民族党在这个元素导致目标基因的表达变化。目标基因可以位于haploblock之外,因此不会被发现通过使用经典的模型。例如,IBD-associated SNP rs630923坐落在一个被发现的增强剂调节IL10RA基因存在于另一个haploblock。因此,IL10RA被认为是一个候选基因。87年SNP(单核苷酸多态性。
超过80%的人类基因组包含功能性监管的元素,这是假设,非编码协会snp IBD可能是由于他们的影响监管元素。Maurano等确定大重叠GWAS-associated snp对多种疾病和开放的染色质(DNase过敏症网站(DHS)所定义的)。国土安全部是染色质的代理访问TFs等蛋白质,因此积极监管元素通常映射到国土安全部。本研究显示显著富集的变异snp国土安全部和显示,这些假定的监管元素可以与体内长基因启动子的距离。52图3 c显示新方法会导致小说IBD候选基因的识别(如IL10RA)在以前相关的位点。变异单核苷酸多态性也发现富含DNase足迹,TFBS和组蛋白修饰。66年染色质景观在IBD的作用进一步建立的发现患者的结肠组织CD可以再细分成两个临床相关亚型根据染色质易访问性资料。67年
地址是否特定位点IBD本土化DRE,我们异形积极监管与IBD相关的元素在细胞类型。我们发现,56%的IBD-associated snp能与肠道上皮特异性免疫或监管区域(如确定基于组蛋白修饰的存在)。18这colocalisation IBD-associated snp中经常发生大约三倍相比,随机的snp。此外,浓缩的本地化IBD-associated snp的增强剂和促进剂激活活跃的加州大学和CD上被发现。68年这些数据表明,很大一部分IBD-associated位点序列变异可以解释在服饰业。
个体非编码IBD变异改变DNA监管职能
相关的单核苷酸多态性的绝大多数位于非编码DNA,努力进入识别候选基因的特定变体与基因组的监管职能。描述个人的识别位点导致致病性监管机制和受非编码的基因变异。
IRGM轨迹
协会的IRGM基因轨迹通过多个GWAS IBD已经建立。69 - 71IRGM是极大的兴趣,它参与了自噬的早期阶段,这一过程与IBD发病机制。69 72深入的该基因编码序列的测序不能透露任何非同义突变。69年这意味着因果变异必须位于非编码序列。的确,一个常见的20 kb缺失多态性和两个小插入被发现上游的IRGM基因的身体和被证明是强大的连锁不平衡(LD)和最强烈CD-associated SNP。随后,删除和插入的效果进行了研究。69 71风险等位基因被发现扰乱IRGM表达水平,随后操纵IRGM表达细胞自噬的影响。71年microrna的最后,一个家庭参与IRGM表达和被发现的规定保护等位基因表达下调,但不是风险等位基因。73年
PTGER4轨迹
一个由Libioulle GWAS等发现了一个异常的染色体5 p13.1 IBD-risk轨迹。相关风险变量映射到1.25 Mb基因沙漠,这复杂的候选基因识别。测试管理潜在的轨迹,单核苷酸多态性的影响邻近基因的表达水平是异形。这种方法显示两个单核苷酸多态性显著增加PTGER4的表达。12在硅片分析表明,这可能是由于两个TFBS的变更(NFKB和XBP1 [x - box结合蛋白1],分别)。这些TFs的增加亲和力的轨迹可以解释PTGER4表达的增加有关。50支持的作用位点的易感性增加Ptger4突变小鼠全身的葡聚糖硫酸酯钠(DSS)结肠炎和既定的角色NFKB XBP1的IBD发病机制。74年此外,在相关的位点变异系统筛查lymphoblastoid细胞异常的监管能力。这显示单个SNP在远端增强剂影响的表达PTGER4体外,可能被基因组编辑CRISPR / Cas9获救。75年
TRIB1轨迹
有两个单核苷酸多态性与CD位于上游的编码序列在开放,因此有可能活跃的染色质。52发现这两个单核苷酸多态性改变T-Bet绑定图案和导致减少体内T-Bet绑定。这是相关的,因为T-Bet特遣部队,参与T细胞分化,在T细胞介导结肠炎中发挥着关键作用。76年此外,直接联系T-bet TRIB1成立,表明T-bet−−/老鼠显示减少TRIB1表达式。77年这些数据表明,CD-associated snp改变转录监管过程与TRIB1表达式。
IL18RAP轨迹
在GWAS从2010年一个IBD-associated变种2 12号染色体上。这种变体研究通过信使rna在全血样品分析。这表明小等位基因与IL18RAP基因的表达改变有关。78年其他相关的单核苷酸多态性在同一地点被发现改变T-bet TFBS, IL18RAP微分表达式的结果。
监管的角色元素IBD研究通过系统化的方法
上述研究关注协会的例子单一IBD-associated位点与假定的DNA监管功能。然而,有一个强大的新方法需要系统地识别基因调节通过元素进行IBD变异(图4一)。
候选基因识别通过eQTLs和4 c。(一)识别基于邻近基因的候选基因的增强剂携带IBD变体是一种有偏见的方法。从DNA的线性组合,它是不可能确定的基因受相关的增强剂。(B) eQTLs用于识别不同等位基因携带IBD-associated变体之间的微分表达式。被认为是候选基因的差异表达基因。(C) 4 C是用于研究的三维构象染色质和识别候选基因与IBD-associated增强基于物理交互。4 c,圆形染色质构象捕获;eQTLs,表达数量性状位点。
IBD-associated变体重叠eQTLs和影响转录水平
监管元素的一个共同特征是对RNA表达的影响。因此,单核苷酸多态性有助于疾病表型预计将影响allele-specific RNA表达水平。这种机制用于概要eQTLs(表达数量性状位点),也就是说,包含序列位点变异影响特定基因的表达,从而识别与转录调节的单核苷酸多态性(图4 b)。管理活动是细胞特定类型、序列变异的影响仅限于细胞重叠DRE的活跃。因此,eQTL已研制出许多细胞类型的数据库。78 83 - 85eQTL的细胞可能参与了IBD发病机制是用来给IBD-associated候选基因单核苷酸多态性影响表达水平。这种方法是现在常用的补充候选基因的方法是基于基因组单核苷酸多态性和基因之间的距离。8 9 13日15使用eQTLs和监管信息能够识别候选基因的位点,不可能是之前完成的。这是一个以GWAS 38小说中只有3个snp在LD与已知的错义突变,而14个snp显示eQTL效果。13
除了allele-specific影响RNA表达,单核苷酸多态性可以影响染色质景观和TF绑定。IBD-associated snp被发现影响DNA的可访问性,从而可能影响服饰业的程度可以执行它们的功能在个人携带风险变异。52此外,IBD-associated snp TFBS是丰富的本地化16 18 52 68和导致allele-specific TFs的亲和力。77 86最后,DNA甲基化影响DNA可访问性确认显示allele-specific模式。53因此,各层和机制被发现,使更好的理解复杂的基因变异可以发挥作用,最终通过DNA(叛逃)监管相关IBD-related基因的转录。
候选基因上与DNA相互作用的监管区域
许多研究具体分析相关的单核苷酸多态性影响基因的表达是否位于附近的SNP。克服这种偏见的方法识别的候选基因,我们开发了一个小说,公正的方法,补充了古典候选基因方法识别(图4 c)。87年这种方法依赖于物理相互作用增强器元素和他们的基因调节。使用4 c-seq(圆形染色质构象捕获测序),我们研究每个基因与一个增强92活跃元素,携带一个IBD-associated SNP。我们这种技术应用于肠上皮细胞(iec)、单核细胞和淋巴细胞,发现902假定的候选基因平均距离300公斤碱基对交互。这些结果强调,基因为IBD发病机制可以从相关的SNP比位于进一步假定在经典候选基因方法和最近被应用于其他复杂的遗传疾病。88 89这种方法识别包括ATG9A值得注意的基因,90年一个基因参与自噬与IBD发病机制,和IL10RA基因已被证明在单基因形式的炎症性肠病中发挥作用。91年
基因的优先顺序
随着知识大多数IBD-associated位点的监管职能,炎症性肠病的遗传背景的复杂性似乎不断扩大。因此,在硅片方法正在开发,集成所有的监管、染色质、编码和非编码信息来识别关键IBD的监管机构。92 93彼得斯等应用预测模型来识别基因网络,在炎症性肠病中发挥作用,随后验证12 IBD发病机制的关键因素。我们的方法,通过系统分析的染色质交互,帮助确定共同的上游IBD候选基因的监管机构。87年因此,我们的结果显示一个重要的角色HNF4A属于核激素受体(TF super-family)在肠上皮细胞和免疫细胞。这些在硅片的方法翻译至关重要的扩展数量IBD-associated基因主要监管机构的主要致病途径,最后确定新的治疗目标。
监管信息在细胞类型创建新的见解和疾病状态
一方面,DRE活动可以复杂的细胞类型特异性基因变异的研究监管元素,作为每个SNP可能存在相关的功能的影响只在特定的细胞。相反地,这种现象可以帮助我们确定细胞参与炎症性肠病发病机制的积极监管元素从这些细胞丰富IBD-associated变体。因此,衣服的特点似乎复杂起初铺平了道路识别的细胞类型,在IBD发病机制中发挥作用。研究首次应用这一策略显示,T辅助17和辅助T 1细胞累积最高访问染色质的snp。52研究IBD-associated snp在细胞特定类型的浓缩活动DRE加州大学和CD显示明显差异。
我们和其他人已经表明,在加州大学iec和免疫细胞似乎是重要的球员,而在CD iec发现比免疫细胞发挥更重要作用。16 18 68 94这意味着有不同的病理过程潜在的CD和加州大学,这些都是局限于免疫细胞CD,尽管在UC肠道组织本身就是一个主要参与者。
服饰业不同活跃细胞和细胞之间的国家之一。研究单核细胞的激活通过与脂多糖(LPS)刺激或干扰素γ(IFNγ)许多特定于上下文的eQTLs透露。这意味着一些snp只会影响致病性,例如,期间炎症或感染。这些特定于上下文的eQTLs现在用于搜索GWAS的致病基因。15最近的研究已经确定了eQTLs回肠活检的患者在不同阶段的CD(健康、complication-free疾病和疾病进展与狭窄或穿透疾病)。通过这种方法,疾病stage-specific eQTLs已确定。IBD-associated SNPs,形成这些eQTLs因此可能stage-specific和可以用来预测疾病进展。
服饰业作为治疗靶点
大多数IBD-associated snp已经被证明能够影响转录监管通过改变衣服的顺序。这就产生了新的治疗策略的可能性。共同的特征的基础上参与的单核苷酸多态性DNA监管、制药可以定义目标。
SNP的变异位点的存在会导致TFBS和染色质景观的变化。虽然是一个相互作用的沉积组蛋白修饰和转录因子的亲和力TFBS,他们可以通过不同的机制的目标。在这里,我们将讨论如何染色质景观和关键IBD TFs目标,我们将回顾在这方面已取得进展。
针对染色质景观
服饰业的活动强烈与组蛋白修饰的同现,DNA甲基化和TF绑定。95年组蛋白共价修改之一的转录后修饰四组蛋白尾巴包括乙酰化和甲基化(图5)。组蛋白H3和H4的反面是重要的转录调节许多基因。修饰的组蛋白乙酰化作用被削弱化学核小体组件之间的吸引力,使DNA展开核小体和允许访问重要的转录,蛋白质的RNA聚合酶II和TFs等。组蛋白乙酰化作用的“作家”的酶称为乙酰转移酶是增加的基因的表达受乙酰化增强剂。96年添加一个甲基酶介导的作家被称为组蛋白甲基转移酶(HMT)。97年这种酶可以进一步激活或抑制转录,根据组蛋白尾巴,和随后的氨基酸甲基化和其他甲基的存在或乙酰基附近。96年乙酰和甲基可以被“橡皮擦”的酶称为组蛋白去乙酰酶抑制剂(hdac)和组蛋白demethylases,分别。97年此外,“读者”的酶,如bromodomains能够识别组蛋白修饰和直接的一个特定的转录结果通过修改染色质结构或招聘机械参与基因表达。98年由于影响染色质结构和转录,药物靶向酶能够添加(作家),删除(橡皮)和识别(读者)主要enhancer-associated组蛋白修饰可能是一种有前途的治疗逆转异常DRE活动出现在疾病的上下文。其中一个组蛋白修饰已经显示出巨大的希望在炎症性肠病的治疗是组蛋白乙酰化作用。表1介绍了化合物与临床潜在可用。
组蛋白的修改。属于一个组蛋白尾巴四子组的组蛋白的共价连接你可以修改(等)乙酰甲基。这些修改是沉积和被特定的酶。对转录活动的每个修改都有不同的影响。(A)的组蛋白修饰导致DNA转录因子密集,难以接近。(B)激活组蛋白修饰在访问DNA被发现,从而导致转录激活基因的基因组区域。帽子,组蛋白乙酰转移酶;HDAC,组蛋白脱乙酰酶;组蛋白demethylase HDMT;HMT,组蛋白甲基转移酶。
HDAC抑制剂
第一个hdac潜在目标。研究在小鼠和人类免疫细胞和结肠粘膜显示缺乏DRE乙酰化作用的免疫基因参与炎症性肠病的发病机制。99年hdac抑制剂增加乙酰化的水平,政府导致小鼠结肠炎的改进,减少促炎细胞因子和减少迁移在结肠粘膜炎症细胞。One hundred.有11个亚型的hdac,每个可以被特定的化合物(表1)。101年HDAC抑制剂已经显示有多个不限于HDAC基质。HDAC抑制剂的影响因此不可以自动完全归因于他们影响染色质景观。102 103在这里,我们将回顾HDAC抑制剂影响染色质景观和随后在IBD导致公认的有益效果。许多这些抑制剂已经被应用于临床,主要作为抗癌治疗。104年HDAC抑制剂,短链脂肪酸丁酸,已经用于治疗炎症性肠病。105年假定的机制是抑制HDAC9,提高组蛋白H3乙酰化NOD2的启动子区域。106 107在体外研究在人类iec和体内小鼠实验性结肠炎模型,这种药物增加Nod2表达式与核TF NFKB信号降低,减少炎症和改善了肠上皮的完整性。106 107丁酸对IEC扩散的影响是由于它影响HDAC活性和独立于其潜在目标G protein-coupled受体。108年
Suberoylanilide异羟肟酸和丙戊酸HDAC抑制剂通过先进的抗癌治疗临床阶段。109年这些抑制剂导致剂量依赖性增加H3乙酰化在炎症和与宏观和组织学减少疾病的严重程度,以及显著抑制促炎细胞因子表达在结肠。100 109这种抗炎效应可以解释的HDAC抑制树突状细胞,导致炎性细胞因子的表达下降。110 111此外,HDAC抑制剂givinostat正在研究在临床试验中对systemic-onset幼年特发性关节炎和取得良好的安全性。112 113
KAT2B是赖氨酸乙酰转移酶表达下调的发炎的CD和UC患者结肠组织。抑制的KAT2B anacardic酸了5组蛋白H4赖氨酸乙酰化水平降低(H4K5ac)的白细胞介素- 10”(il - 10)启动子区域与剂量依赖性降低il - 10的表达。99年HDAC1-selective抑制剂如tacedinaline和quisinostat促进H4K5乙酰化作用,恢复il - 10的转录。99年il - 10与IBD的减少有害突变患者il - 10, IL10RA IL10RB患有严重的infantile-onset IBD。114年
总的来说,许多研究已经证明,这些小分子可以针对炎症性肠病的发病机制的重要途径,及其功效目前正在进行临床试验。
押注抑制剂
打赌(bromodomain和extraterminal)蛋白质是“读者”蛋白质识别乙酰化赖氨酸残留监管元素和影响表达式通过招募TFs和染色质重塑等因素开关/蔗糖Non-Fermentable(瑞士/ SNF)复杂。115年打赌蛋白质可以在super-enhancers专门发现的特点是大量的赖氨酸乙酰化组蛋白H3在27和增加绑定TFs。Super-enhancers非常特定类型细胞和细胞具体由各州完成的,因此可能是一个目标针对疾病的过程116 - 119毕竟,健康对照组和IBD患者可能包含相同的单核苷酸多态性的增强剂,但增强器可能只是由于组织或细胞活跃context-like炎症和细胞因子的存在。因此,增强剂,只有成为活跃在某些情况下更有可能影响疾病的发病机制,因此是有益的押注抑制剂的上下文中研究了炎性疾病。有证据表明,抑制打赌导致减少炎症反应的基因表达和蛋白质可以调节适应性免疫细胞的促炎的活动。120年例如,押注抑制剂JQ1, I-BET762和I-BET151显示减少促炎细胞因子的生产在单核细胞和巨噬细胞体外刺激有限合伙人,老鼠。120年人类发炎的关节滑液的研究显示,治疗与JQ1 CD4 +内存/优先效应T细胞抑制基因的表达参与促炎和受super-enhancers cytokine-related进程。121年虽然押注抑制剂没有在IBD的背景下,学习他们immune-modulating潜在指向承诺为炎症性肠病的治疗效果。
针对关键监管机构
炎症通路在炎症性肠病的发病机制中发挥作用可以通过细胞因子抑制剂成为目标。这种方式,级联,结果从cytokine-receptor绑定可以封锁,之后是抑制炎症。几个单克隆抗体开发并已成为常见的疗法用于炎症性肠病。大多数的临床批准抗体目标肿瘤坏死因子α,一个细胞因子,可以由许多细胞类型和在IBD发现调节。123年包括IFNγ在内的其他细胞因子il - 6,转化生长因子β(TGFB)和il - 12 / p40作为治疗目标正在研究在炎症性肠病不同程度的成功。124 125然而,这些目标可能不完全代表共同通路,通过集成遗传和表观遗传数据已确定。
如上所述,最近,已经做了很多尝试来识别关键监管者在炎症性肠病的发病机制。这些方法的目的是识别单个玩家最好是影响多个IBD基因在同一时间。87 92许多这些关键监管者是助教。这可以解释许多相关的位点都包含相同的绑定图案数量有限的TFs和参与的途径是由有限数量的助教。改变TF活性因此可以在IBD发病机制中发挥核心作用,并针对这些因素似乎是一个有效的方法。然而,TFs已被证明是具有挑战性的目标,经常被称为无药可治”的。97年然而,几个TF针对正在开发策略(表1)。
HNF4A
我们和其他人认为HNF4A IBD干扰途径的一个重要关键调节器在多个相关的细胞类型。87 92HNF4A提供了一个有趣的目标,有多个层次,HNF4A有助于炎症性肠病:浓缩的IBD-SNPs HNF4A结合位点,改变DNA结合,93年监管IBD候选基因的表达87年和微分表达式HNF4A本身。值得注意的是,Hfn4a基因敲除小鼠容易开发DSS-induced结肠炎。126年目前没有HNF4A受体激动剂可以进行临床研究。相反,使用多个HNF4A抑制剂体外。127年然而,HNF4A似乎在IBD的保护作用;因此,受体激动剂而不是对手感兴趣的公认的治疗性化合物。识别HNF4A受体激动剂被证明是困难的,目前没有上调HNF4A化合物可用。然而,HNF4A体内配体的研究表明,碳链和长链脂肪酸HNF4A的天然配体和催化剂。128 - 130
NFKB
至于HNF4A受体激动剂,找到特定的拮抗剂IBD的关键调节器,NFKB,一直是一个挑战。特遣部队针对NFKB,另一种方法在这种情况下显示成功。通过使用诱饵寡核苷酸,NFKB-DNA绑定是通过竞争性抑制作用降低。诱饵寡核苷酸短,双链DNA分子包含绑定特定TF的主题。当TFs结合诱饵寡核苷酸,他们的可用性为绑定服饰业减少。这种技术的主要限制是诱饵寡核苷酸是容易被核酸酶降解。然而,最近的事态发展已经增加了他们的稳定性和nuclease-resistant更大。政府NFKB诱饵寡核苷酸的大鼠促炎通路的表达有限,显示增加了诱导DSS-induced结肠炎的存活率。131年另一个NFKB抑制剂,dehydroxymethylepoxyquinomicin块核易位NFKB和改善实验TNBS-induced DSS-induced结肠炎小鼠。132年最后,自然NFKB抑制剂姜黄素对炎症性肠病的治疗已经显示出积极作用在第一阶段II和III试验。133年
结论和讨论
虽然GWAS IBD揭示了许多相关的序列变异和一些相关的基因,这些研究只解释一个轻微的炎症性肠病的遗传背景的一部分。8日19因此,洞察这些复杂的遗传疾病的基因组成。我们有了越来越多的证据关于序列变异的贡献在服饰业IBD的发病机理。这个贡献是由许多研究支持,正在采取措施将这些研究结果转化为新的诊断,预防和治疗措施。
研究基因变异在监管元素及其影响复杂遗传疾病的发病机理仍然是具有挑战性的。DRE的上下文相关的活动使他们识别和注释DRE困难。的影响有限,单核苷酸多态性与变异的影响相比,DRE改变基因编码序列的识别进一步复杂化致病性监管变体。过去一年,多个高通量技术已经开发出来,使有效allele-specific DRE注释和评价效果。这些技术都是建立在表观遗传签名,染色体构象,基因组编辑和self-transcribing活动监管元素和被Elkon彻底审查和阿加密。139年来检测遗传变异的影响活动的监管区域,细胞特定类型的活动增强剂需要考虑的表型是由一个SNP可能只存在于有限数量的细胞类型。分析一个SNP在错误的细胞类型或发展阶段不会透露有害的影响。这是进一步复杂化的发现一些基因的表型变异是依赖于细胞状态(例如,激活细胞与非活性细胞)。84年类似于eQTL研究、细胞类型、发展阶段和细胞依赖snp对衣服的影响导致假阴性检测的可能性很高。增加抵抗疾病snp检测,化验应该执行在多种细胞类型和条件。为了解决这个问题,eQTL数据库包含大量的细胞类型和发展阶段,现在正在开发。140年
治疗炎症性肠病的新措施包括针对组蛋白作家、读者和橡皮擦以及IBD网络的主要监管机构。针对组蛋白修饰的一个可能的缺点和关键监管机构是化合物的效果将不会局限于组织受到疾病的影响。然而,预测值IBD-associated snp的致病性细胞类型可以是一个导致开发可以送到特定细胞的疗法。这可能是相关的副作用被认为对许多疗法,目标一般流程,包括免疫调节剂和化疗。不利影响的程度,这些假定的新化合物的疗效目前正在进行临床试验。尽管大多数试验关注恶性疾病,试验的结果可以为IBD高度相关(至于安全剂量范围和副作用)。在表1我们回顾了多个化合物显示有效的体外和体内,已经被用于人类疾病。
我们相信,最近在IBD见解DRE的角色将导致新的治疗策略的发展。新技术如CRISPR / Cas9,现在广泛用于科学目的,遗传疾病最终可能被恢复遗传缺陷。虽然我们回顾了遗传变异的贡献IBD的发病机理,我们没有讨论的治疗潜力基因组编辑。因为病人携带多个snp导致炎症性肠病的发病机制,治疗的病人通过针对这些常见的变异基因编辑似乎不是一种有效的方法,甚至比这还要接近,因为位点而不是致病变种已确定。然而,分析个体病人的疾病有关的单核苷酸多态性可能是有用的在预测治疗反应,从而在定义一个个性化治疗策略。因此我们建议包括SNP概要文件在临床试验的分析建立预测治疗结果的变异。141 142
在本文中,我们表明,序列变异在服饰业参与炎症性肠病的发病机制。大多数IBD-associated colocalise序列变异与活跃的服饰业,和这些snp导致致病过程的机制已经深入研究了在过去的十年里。这导致新的治疗目标的识别包括染色质景观等监管层监管TFs和关键。
确认
我们要感谢Jorg van Loosdregt阅读手稿,并提供宝贵的意见。
引用
脚注
贡献者凸轮进行文献搜索和参与写作手稿。ACJvdL进行文献搜索和参与写作手稿。EESN监督项目并参与撰写和编辑的手稿。MM监督项目和参与写作和编辑稿件。
资金这项工作是支持的Alexandre Suerman奖学金(2014)通过凸轮和WKZ基金(2012)毫米。
相互竞争的利益没有宣布。
病人的同意不是必需的。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。