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团队开发了计算方法来探索进化对早产的影响

人类怀孕很容易被认为是自然的、定期发生的事件,但它是两个身体——母亲和婴儿——复杂协调功能的产物,这两个身体与其他重要的人类适应性一起进化。研究人员首次确定了一种与妊娠相关的复杂疾病——自发性早产(sPTB)——是如何被多种进化力量塑造的。

这篇题为《解释不同进化力量揭示人类早产基因座的马赛克选择模式》的文章发表在7月24日的《自然通讯》杂志上。

早产或早产的医学定义是在妊娠37周或更早(而不是通常的40周)开始分娩,每年影响1500多万次妊娠,是全世界婴儿死亡的主要原因。母亲的相关疾病导致了结核杆菌病,以及结核杆菌病对婴儿健康的影响已经明确。然而,基因因素如何以及为什么会影响sPTB和出生时间,这一点尚不清楚。由Cornelius Vanderbilt生物科学主席兼Vanderbilt进化研究项目主任Antonis Rokas和生物科学副教授Tony Capra领导的一组科学家着手揭开怀孕和人类生命的神秘面纱。

这项研究由博士后学者Abigail LaBella和医学博士共同领导。候选人阿宾·亚伯拉罕(Abin Abraham)开发了一种计算方法来检测进化是如何塑造与复杂基因特征(如身高或肥胖)相关的基因组区域的。“我们的方法整合了世界各地实验室开发的技术,以量化自然选择如何影响涉及复杂疾病的基因组区域,”卡普拉说。“我们假设,与疾病相关的部分基因组可能会经历不同的进化压力,因为它们参与了多个和不同的特征。”

这项工作是与Louis J. Muglia合作完成的,Louis J. Muglia是辛辛那提儿童围产期研究所的联席主任,Burroughs Wellcome基金会的总裁和首席执行官,Ge Zhang是辛辛那提儿童医院医学中心的副教授,也是“十美分早产研究中心”与俄亥俄州合作中心的合作者。Zhang和Muglia最近完成了针对sPTB的最大的全基因组关联研究(GWAS),发现了与这种复杂疾病相关的多个基因组区域。早产是一个全球性的健康问题,在美国有10%的孕妇受到影响。理解与自发性早产相关的基因组区域的进化,对于我们如何理解人类生命的基础,以及为母亲和孩子提供可能的最好的护理,是一个重大的进步。”Muglia说。

利用GWAS,研究人员发现与sPTB相关的基因组区域经历了多种类型的自然选择。根据这些信息,研究人员可以推测为什么这些风险相关的基因组区域仍然存在于人类中,以及它们的潜在功能可能是什么。“虽然我们知道一些选择的例子,比如负选择作用于与自发早产有关的基因,但我们发现,我们测试的每种类型的选择至少作用于一个基因组区域。我们最初的数据看起来就像是由我们测试过的所有不同指标组成的马赛克。

该团队的结果表明,与sPTB相关的基因组区域经历了不同的进化压力,如种群特异性选择,并为这些区域中的一些生物学功能提供了见解。LaBella解释说:“研究人类怀孕是很困难的,我们缺乏良好的实验室研究模型。”“对于引发人类怀孕的机制,我们还有很多需要了解。”例如,研究小组发现了OPRL1基因附近区域的差异,该基因与产妇组织的放松和分娩时的疼痛感有关,这是特定人群特有的。本区域特定人口的差异可能导致不同人口之间患结核的风险不均衡。“这项工作是进化医学这个新兴领域的一部分,这是一种跨学科研究,范德比尔特进化研究计划的许多研究者都参与其中,”Rokas说。

亚伯拉罕和拉贝拉都计划在未来的研究中继续促进医学和进化之间的合作。亚伯拉罕说:“有了这个可供我们使用的渠道,我们就可以提出一系列新的、令人兴奋的问题,比如,涉及两个基因组的妊娠疾病,即母亲和婴儿的基因组,是否比其他复杂的遗传疾病面临着不同的进化压力。”

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