本周分享文献：Systemsgeneticsanalysisidentifiescalcium-signalingdefectsasnovelcauseofcongenitalheartdisease，于年8月28号发表在GenomeMedicine(IF=10.)上。现小编就带大家一起来揭开这篇文章的面纱。
先天性心脏病(Congenitalheartdisease，CHD)是一种复杂疾病，在新生儿中的发病率接近1%。尽管大部分CHD患者的具体致病原因未知，但遗传因素在CHD的发病中具有重要作用。
研究人员利用外显子测序鉴定了丹麦32个CHD家系中90个参与者(79个患者和11个携带者)的罕见遗传变异，应用系统生物学方法来研究罕见变异的累积对发育机制的影响，还通过一个独立队列(个CHD病例vs4,个对照)进行重复验证，并使用斑马鱼作为体内模型进行功能研究，揭示CHD家系中的病理机制。
候选疾病基因
◆对32个家系中90个参与者进行了外显子测序，发现1,个候选疾病基因上的3,个罕见突变。
◆每个家系的候选疾病基因数量为56~个，其中个候选致病基因在两个及两个以上的家系中发现罕见突变，在七个以上的家系中没有发现相同候选疾病基因的罕见突变(见图1B)。
详见原文Figure1B：家系间候选致病基因的分布
候选疾病基因中富集已知的致病基因
◆研究者认为这1,个候选疾病基因中存在一部分先天性心脏病的致病基因，通过富集分析发现在发生罕见突变的候选基因里，显著富集了一部分已知的致病基因(见图2)。19个家系中的候选致病基因显著富集了CHD已知致病基因(p0.05)。
◆在单个家系中发现一个及以上已知CHD基因的罕见突变，表明观察到的心脏缺陷很大一部分可以通过家族内遗传的罕见突变的组合进行解释。
详见原文Figure2：CHD基因在候选疾病基因中的富集
罕见变异影响蛋白互作网络中的功能模块
◆为了判断CHD是由于系统水平的互作蛋白功能受损引起而非单个基因水平引起的，研究者应用网络互作的方法，发现发生罕见变异的基因富集在一个钙信号传导的功能类中，确定了由罕见变异积累影响钙信号传导的发育机制(见图3)。
详见原文Figure3：CHD家系中受罕见变异影响的钙信号网络
重复验证CHD与钙信号传导有关基因的关系
◆使用一份独立队列的WES数据(例CHD患者和4,例对照)对富集在钙信号传导通路中的基因进行重复验证，发现这些基因在CHD患者中存在更高的罕见突变负荷：CHD患者和对照组在这些基因上罕见变异(MAF0.)的CADD得分和MPC得分分布存在显著差异，证实了CHD患者中与钙信号有关的致病基因的突变负担显著增加(见图4)。
详见原文Figure4：例CHB患者和4,例对照者的MPC和CADD评分分布
敲低编码钙信号蛋白的基因会导致斑马鱼的
心脏畸形
◆使用斑马鱼模型研究编码钙信号蛋白的基因(adcy2a、itpr1b、plcb2)功能缺失与心脏发育的功能相关性，这些基因是人类ADCY2、ITPR1和PLCB2的同源基因，其在心脏发育中的作用仍不清楚。
◆研究结果发现，这三个基因中任意一个缺失都会导致心脏发生异常的形态或者侧边缺陷，包括异常房室管形成、房室管环形结构受阻、心脏错环化、心房或心室变窄。
详见原文Figure5：候选致病基因在斑马鱼模型上的功能验证
本研究鉴定了1,个CHD候选疾病基因，其中个基因在多个家系患者中均发生罕见突变。这些基因富集在已知的心脏发育基因中，同时富集在钙信号传导通路上；通过富集分析证实了CHD患者钙信号基因的罕见突变负荷显著增加；斑马鱼模型证实了三个参与钙信号传导的基因(ITPR1,PLCB2,和ADCY2)的失活影响了斑马鱼的心脏发育，确定异常钙信号是CHD的一种新的病理生理机制。
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