HMOX2基因的序列多态性与藏族人群高原低氧环境适应的遗传机制研究

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藏族群体是研究高海拔极端低氧环境遗传适应机制的一个良好范本。藏族群体进化出了很多重要的应对低氧环境的适应性性状,如较低的血红蛋白含量,较高的通气量水平,较高的血氧饱和度以及较少发生的低氧下肺血管收缩和婴儿出生体重的减少。这些特异性遗传性状的产生是由于藏族人群在高海拔环境下长时间受自然选择,从而引起全基因组上基因发生遗传变化。  之前的研究工作中,通过比较生活在高海拔的藏族群体和低海拔的汉族群体,人们已经发现了很多存在明显等位基因频率差异的候选基因。其中,EPAS1和EGLN1这两个基因是位于低氧代谢通路上游的关键调控基因,它们可能在藏族的高原适应中起着关键作用。PAS1和EGLN1这两个基因都跟藏族群体较低的血红蛋白含量相关,它们可能是通过调控促红细胞生成素(EPO)的转录来调节血红蛋白含量。然而,是否存在其它可以调节血红蛋白代谢的基因参与藏族的适应还需要进一步的探究。  在我们的研究中,发现了一个可以调节血红素代谢的下游基因HMOX2,它在藏族人群中存在适应性的序列变异。HMOX2基因属于血红素加氧酶家族(HO)。血红素加氧酶是血红素代谢的关键限速酶,可以将血红素代谢为一氧化碳、亚铁离子和胆绿素,胆绿素接下来快速地被胆绿素还原酶转化成胆红素,从而实现将体内多余的血红素代谢掉。HMOX2是血红素加氧酶家族的组成性表达亚型,在体内很多器官中都高表达。但是,HMOX2基因的突变位点是否对藏族人群的高原低氧环境适应性有贡献还不清楚。  首先对全长为45.6kb的HMOX2基因进行了重测序,发现该基因在藏族群体中存在正选择信号。接下来在两个独立的藏族群体(共1250个个体)中对HMOX2基因相关性分析的结果表明,序列多态位点rs4786504在藏族男性群体中存在与血红蛋白浓度的相关性。在这个位点中携带突变型C的个体比祖先型T个体的携带者有更低的血红蛋白含量。我们的体外实验进一步地表明,当多态位点rs4786504为C时,对应的HMOX2表达量增加,从而可能加速体内多余血红素的代谢,在高海拔条件下保持较低的血红蛋白含量。综合这些证据,认为HMOX2作为一个修饰基因可以调节低氧代谢通路的下游血红蛋白的代谢,实现藏族人群对高原低氧环境遗传适应。
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