精神分裂症和抑郁症等精神疾病是影响人类健康的公共卫生难题，由于该类疾病发病机制尚未完全清楚，对其诊疗常存在困难。近年来，世界范围内的全基因组关联分析（GWAS）报道许多非编码变异与精神疾病相关，这些变异是否存在生物学功能及相关机制仍需探索。例如，GWAS研究发现，染色体16p11.2区域的常见变异（common variant）与精神分裂症的发生风险显著相关，但尚不知其具体的分子机制。
中国科学院昆明动物研究所李明团队通过系统分析公共数据库中16p11.2染色体区域的脑组织基因表达eQTL数据和H3K4me1等甲基化组蛋白的ChIP-seq数据，发现一个常见变异rs4420550所在位点，富集标志着转录调控效应的表观修饰蛋白，提示可能具有功能后果，且该变异与MAPK3基因的mRNA表达显著相关。然而，rs4420550在染色体上距离MAPK3基因有200kb以上，该位点是否存在远端调控作用机制，对于了解精神分裂症的基因调控具有必要性。
李明团队分析脑组织和细胞系的甲基化组蛋白ChIP-Seq数据，发现rs4420550可能位于DNA增强子区域，并利用双荧光报告基因实验证实这一猜想。通过染色质构象捕获技术，发现rs4420550所在区域与MAPK3基因启动子直接经由染色体回环交互作用。同时，在细胞水平针对rs4420550进行单碱基的基因编辑，得到在rs4420550位点分别携带G/G和A/A纯合基因型的细胞群，并通过RNA-seq和ATAC-seq分析，发现包括MAPK3在内的多个表达差异显著的基因。功能表型分析发现，携带rs4420550不同基因型的细胞表现出显著的增殖效率的差异。该研究鉴别一个具有增强调控效应的常见变异，可以影响细胞功能及精神分裂症的遗传风险。研究结果为认识精神分裂症的远程基因调控作用提供范例。相关研究成果以Functional genomics identify a regulatory risk variation rs4420550 in the 16p11.2 schizophrenia-associated locus为题，在线发表在Biological Psychiatry上。昆明动物所副研究员常宏、博士研究生蔡欣和李慧娟为论文的并列第一作者，昆明动物所副研究员肖潇和研究员李明为论文的共同通讯作者。研究得到昆明动物所研究员罗雄剑及姚永刚的帮助。研究工作受到国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项（B类）等的资助。
李明团队早期发现，在染色体10q24.32区域中，精神分裂症的风险变异rs7085104与人类特异的可变数目串联重复序列（VNTR）高度连锁，且在欧洲和非洲人群中都与剪接体AS3MTd2d3的mRNA表达显著相关（Nature Medicine 2016; 22:649-656）。近期，利用体外的微基因剪接系统（minigene splicing assay）证实，该VNTR可直接调控剪接体AS3MTd2d3的表达，并在中国人群脑组织中也与AS3MTd2d3表达显著相关，证实可能是精神分裂症决定性的风险变异。在体外培养的大鼠海马神经元中过表达剪接体AS3MTd2d3，导致蘑菇状树突棘密度的明显下降，这与临床上精神分裂症患者脑中观察到的现象一致，提示该剪接体潜在的生物学机制。相关研究成果以A human-specific schizophrenia risk tandem repeat affects alternative splicing of a human-unique isoform AS3MTd2d3 and mushroom dendritic spine density为题，在线发表在Schizophrenia Bulletin上。昆明动物所博士研究生蔡欣和杨智辉为论文的并列第一作者，常宏和李明为论文的共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金等的资助。
此外，李明团队对抑郁症的遗传易感机制进行探索。通过对前人报道的染色体1p31.1区域与抑郁症相关的遗传变异做进一步研究，证实欧洲人群中的疾病风险变异rs12129573在我国汉族人群中也与疾病相关，并发现该风险变异和人类特异的Alu变异rs70959274高度连锁。鉴于Alu变异片段较长，且多在疾病及表型相关的GWAS位点富集，它们可能发挥重要的功能影响。据此分析rs70959274，发现其位于长链非编码RNA LINC01360的启动子区域。rs70959274的插入变异与LINC01360的mRNA低表达显著相关，由于该插入片段中有多个CpG位点，且大多处于高度甲基化状态，可能是通过表观遗传修饰相关机制对基因表达产生影响。通过报告基因实验，证实rs70959274的插入变异可以抑制转录活性；当利用CRISPR/Cas9删掉该段序列后，LINC01360的表达上调。同时，rs70959274插入序列的删除导致其它抑郁症风险基因（DRD2和FLOT1）的表达变化。进一步蛋白信号网络分析发现，该插入序列的改变影响突触传递、神经发生、学习记忆、PI3K-Akt等生物学过程的基因表达改变。相关研究成果以Identification of a functional human-unique 351-bp Alu insertion polymorphism associated with major depressive disorder in the 1p31.1 GWAS risk loci为题，在线发表在Neuropsychopharmacology上。昆明动物所博士研究生刘伟鹏、蔡欣、杨智辉，新乡医学院副教授李文强为论文的并列第一作者，肖潇、李明和新乡医学院教授吕路线为论文的共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金等项目的资助。
图1.细胞水平针对SNP rs4420550的单碱基编辑
图2.剪接体AS3MTd2d3影响蘑菇状树突棘的密度
