自身免疫性疾病相关基因的进化特征分析

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自身免疫性疾病是一类发病机制尚未清楚的复杂疾病。通过比较自身免疫性疾病基因和其他基因集合在进化速率和蛋白质序列一致性上的差异,有助于我们对于这类疾病相关基因进化特征的理解。本研究中,我们在21个与人类具有1∶1同源基因的物种中,首先比较了自身免疫性疾病基因与全基因组基因在进化速率和蛋白质序列一致性上的差异;接下来,我们参照Tu等人[1]的分类标准,将人类全基因组基因分成四类:自身免疫性疾病基因、必需基因、其他疾病基因以及正常基因,我们分别比较自身免疫性疾病基因与其他三类基因在进化速率和蛋白质序列一致性上的差异;最后,为了更进一步的理解自身免疫性疾病基因的进化模式,我们将比较的范围进一步缩小到整个免疫相关基因集合,我们将免疫相关基因分成三类:自身免疫性疾病基因、除了自身免疫性疾病基因之外的其他免疫疾病相关的基因以及与免疫相关的非疾病基因,我们除了比较自身免疫性疾病基因和其他两类基因集合在进化速率和蛋白质序列一致性上的差异,还分析了它们在基因结构(包括蛋白质编码序列的长度、GC含量以及平均每个基因上发生选择性剪切事件的个数)上的不同。我们发现几乎在所有物种中,自身免疫性疾病基因的进化速率都是显著的高于全基因组基因的,同时蛋白质序列一致性也是显著的低于全基因组基因的,其中结果不显著的几个物种中,除了mdom(短尾负鼠)以外,都是与人类亲缘关系最为接近的类人猿物种。因此随着物种的进化,自身免疫性疾病基因的进化速度与基因组基因的进化速度逐渐接近,所以我们推测:自身免疫性疾病基因在进化的过程中,受到的自然选择压力越来越小,因此它们逐渐趋于保守。同时,我们还发现mdom的进化模式与几个类人猿物种接近,因此从进化的角度上,我们认为它可能更加适合作为研究人类自身免疫性疾病的动物模型。与分类后的基因组相比,我们发现与必需基因和其他疾病基因相比,所有物种中自身免疫性疾病基因的进化速率都是显著高的并且蛋白质序列一致性是显著低的,这说明自身免疫性疾病基因可能比其他疾病受到更大的选择压力;与正常基因相比,自身免疫性疾病基因也是具有显著高的进化速率和显著低的蛋白质序列一致性,但是在几个与人类亲缘关系较近的物种中差异不显著,这样又进一步验证了我们之前关于自身免疫性疾病基因的进化逐渐趋于保守的结论。最后,通过自身免疫性疾病基因与免疫相关基因在基因结构、进化速率和蛋白质序列一致性上的差异,我们发现自身免疫性疾病基因的蛋白质序列编码长度以及平均每个基因上发生的选择性剪切事件个数显著的高于非疾病免疫基因,GC含量显著的低于非疾病免疫基因,说明自身免疫性疾病基因比非疾病免疫基因在基因结构上更加的复杂并且基因的稳定性远远的低于非疾病免疫基因;然而,自身免疫性疾病基因的蛋白质编码序列长度和选择性剪切事件的个数略高于其他免疫疾病基因,并且GC含量也是稍稍的低于其他免疫疾病基因,因此我们认为自身免疫性疾病基因的复杂性可能略微的高于其他免疫疾病基因。但是自身免疫性疾病基因和其他免疫疾病基因的差异都不是显著的,这一结果很好的解释了免疫类疾病之所以能独成一类的疾病分类结果。  我们的研究分析了自身免疫性疾病基因在进化上的相关特征,其结果可以增强我们对自身免疫性疾病基因在分子进化过程中的理解,帮助研究者对自身免疫性疾病候选基因进行初步的判定,从而有助于揭示自身免疫性疾病的发病机制;同时,根据自身免疫性疾病基因在各个物种中的进化特征,我们可以从进化的角度发现更加适合研究人类自身免疫性疾病的动物模型。
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