介绍
尽管二代测序技术在发展，仍旧有大约30-40%的遗传性视网膜病的患者没有获得分子学诊断。这可能是由于罕见的新的致病基因或者是突变属于以往难以检测到的类型，例如深度内含子区变异，结构变异，或者是位于调节区域的变异。
遗传性视网膜病的最常见类型是视网膜色素变性，这种疾病的发病率大约为1/，具有遗传异质性。常染色体显性遗传的视网膜色素变性大约占总体的25-40%，涉及30个基因的突变，其中包括位于chr17q23.1(RP17[MIM:])的CA4。在南非有常染色体显性遗传的视网膜色素变性家系报道由CA4变异致病，但是这个变异在南非和瑞士的人群中有4%的携带率。
在此研究中，作者报道了WGS在chr17q22发现的复杂结构变异，并分析了这些结构变异对此区域的染色质3D结构，拓扑结构域（topologicallyassociatingdomains，TADs）的影响。TADs是基因组内的染色质结构，在核内组成3D空间促进增强子和启动子的接触。TADs结构的破坏可导致调控区与其靶基因之间的染色体失去接触；或形成新的活性结构域，调控区与新基因之间形成异位接触，导致基因表达发生致病性的改变。
作者证明了RP17发生的TADs改变导致视网膜增强子-基因异位接触，与显性遗传的gain-of-function一致。此研究强调了致病性结构变异可能通过TAD结构重排影响基因表达，并且需要重新审视在既往队列研究中发现却没有证实的孟德尔遗传病基因的罕见变异。
结果2个常染色体显性遗传的视网膜色素变性家系的RP17区域（chr17q22）荷兰家系（NL1）的单体型被定位到RP17区域的一个7.18Mb的区域，之后通过SNP单体型分析将之精确到5.16Mb（图1D）。WES在此区域没有发现存在病人共有的MAF0.的罕见编码或剪切杂合变异。之后进行了WGS检测，仍旧没有发现候选的编码，剪切，深度内含子区或基因间区变异。图1常染色体显性遗传的视网膜色素变性家系的单体型一个英国家系（UK1）也进行了WES和WGS检测，没有发现候选变异，但在17号染色体发现了和疾病相关的单体型。在英国基因组数据库中发现了其他常染色体显性遗传的视网膜色素变性先证者有同样的单体型，提示存在奠基者效应。疾病相关区域由此精确到chr17q22的4.4Mb大小（图1E）。并且这个区域和荷兰家系（NL1）及既往报道的南非（SA）区域有重叠（图1F）。RP17区域的结构变异随后作者分析了拷贝数变异和结构变异。在荷兰家系NL1中WGS发现了1个kb的重复：chr17:57,,_57,,dup(NL-SV1)。这个结构变异涉及2个基因（GDPD1和YPEL2）1个基因间microRNA（MIR），部分SMG8基因和longnon-codingRNALINC重复。在实验室内部的大约个不是常染色体显性遗传的视网膜色素变性个体WES数据库中没有RP17区域的与病人重复区域相重叠的结构变异。在英国家系中WGS发现了一个倒位重复：chr17:57,,–57,,delins57,,_57,,inv(UK-SV2)。这个结构变异包括4个编码基因（PRR11,SMG8,GDPD1,YPEL2）和2个非编码RNA基因（MIR和LINC）。这个结构变异在包含58，人的英国基因组数据库中没有收录。之后作者分析了2个定位于RP17区域的南非家系（SA1，SA2）和1个加拿大家系（CA1）是否存在结构变异。WGS在所有患者中均发现了倒位重复。南非2个家系（SA1，SA2）和1个单独的南非病人（SA-SV3）中存在相同的结构变异，提示存在奠基者效应。之后在另外两个南非家系（SA3，SA4）中也发现了这个结构变异，确定了奠基者效应存在。加拿大家系携带不同的结构变异，CA-SV4。结构变异和表型在家系中符合家系共分离。[注：奠基者效应（foundereffect）是遗传漂变的一种形式，是由少量的基因频率决定了他们后代中的基因频率的效应，是一种为数不多的几个个体所建立起来的新群体所产生的一种极端的遗传漂变作用。]这些证据提示RP17区域的结构变异是常染色体显性遗传的视网膜色素变性的重要病因。作者在4个不相关的荷兰和英国家系中找到了另外4个独特的复杂结构变异。所有的结构变异都符合家系共分离，并且断裂点经过PCR验证。所有的RP17区结构变异都有相同的11.5kb重复，包含不同的断裂点，影响从YPEL2到LINC(chr17:57,,–57,,)的区域。这些结构变异的形成机制各不相同，包括微同源介导修复和非同源末端连接。[注：文中结构变异（SV）编号的命名方式为地区-SV+数字，每一个数字代表一种SV]RP17区域的拓扑结构域（TADs）结构和表观遗传学环境所有的RP17结构变异都打乱了从YPEL2到LINC区域的结构。结构变异的类型和范围以及基因组区域环境决定其是否会对基因调控产生明显影响。拓扑结构域（TADs）的边界是低染色质相互作用的区域，隔离了相邻TAD的调控活动。转录因子CTCF（CCTC结合因子）通常结合在这些区域，对维持边界起关键作用。结构变异可以通过切断增强子与靶基因的连接而导致loss-of-function。而TAD结构和边界的破坏也可能导致gain-of-funtion。例如缺失可以导致两个TAD融合（TAD-fusion），倒位可以导致TAD之间的调节物质交换（TAD-shuffling），而重复可以产生新的结构域（neo-TAD）。结构变异导致增强子与新靶基因启动子的异位接触即可以导致异常的基因激活。没有现成可用的人类视网膜Hi-C①数据，因此作者首先绘制了人类视网膜类器官的Hi-Cmap,并发现了一个包含YPEL2（YPEL2TAD）的结构域（图2A）。此结构域的两端均有CCTC结合因子。ATAC-seq数据库数据提示YPEL2TAD区域的染色质是开放的②，H3K27AcChIP-seq数据提示YPEL2TAD区域由数个有活性的增强子，并可能驱动视网膜YPEL2的表达（图2B）。重要的是，YPEL2TAD区域含有两个活性增强子区域，其中包含已知的光受体功能所需的转录因子（TFs）结合位点，包括NRL、CRX和OTX2（图2B）。NRL是一种在杆状光感受器中优先表达的TF。这些TF结合位点与视网膜中H3K27Ac和ATAC-seq峰相关。已发表的GeneHancer数据集显示，这些调控元件与YPEL2启动子相互作用（图2C）。这些分析共同揭示了YPEL2位于含有视网膜特异性增强子的区域。[注：①Hi-C技术源于染色体构象捕获（Chromosomeconformationcapture,3C）技术，以整个细胞核为研究对象，利用高通量测序技术，结合生物信息分析方法，研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系，通过对染色质内全部DNA相互作用模式进行捕获，获得高分辨率的染色质三维结构信息。②DNA的复制和转录都需要将染色质紧密结构打开，从而允许调控因子结合DNA。这部分被打开的染色质，就叫开放染色质（Accessible-Chromatin）。开放染色质允许调控因子结合的特性称为染色质的可及性（ChromatinAccessibility）]图2YPEL2位于含有视网膜特异性增强子的区域RP17结构变异造成了新的拓扑结构域(TAD)和视网膜增强子-基因异位接触上文作者绘制了野生型视网膜类器官Hi-Cmap，在这一部分作者对在病人中发现的RP17结构变异进行分析，定位其TAD边界，CCTC结合因子和TF结合位点。NL-SV1的重复包含了一部分YPEL2TAD和临近的GDPD1区域的边界，形成了一个含有YPEL2增强子和GDPD1的新结构域（neo-TAD）。为了直接研究结构变异在视网膜细胞中的作用，作者将UK-SV2患者的皮肤成纤维细胞诱导为iPSC并重新分化为视网膜类器官，从而建立体外模型。在这种情况下，重复的区域也会反转。Hi-C显示产生了两个新的拓扑结构域（neo-TAD）。由结构变异引起的CTCF位点重排为两个新结构域（neo-TAD1和2）创建了边界（图3）。通过增强子RNAq-PCR作者证实UK-SV2的视网膜增强子显著升高，证明neo-TAD中这种具有转录活性的视网膜增强子可以驱动GDPD1的视网膜表达。图3RP17结构变异造成了新的拓扑结构域(TAD)和视网膜增强子-基因异位接触讨论既往的常染色体显性遗传的视网膜色素变性病研究将致病基因定位到RP17区，并发现CA4的错义变异与发病相关。在此研究中，作者描述了在大量家系中发现RP17基因座的结构变异是常染色体显性遗传的视网膜色素变性的病因，提示这是一个以前未被认识的常染色体显性遗传的视网膜色素变性的主要位点。此研究的结果显示了复杂的重排如何导致基因组3D结构的破坏，增强子-启动子相互作用的重新连接，以及随后的基因错误表达。张梦娜zmn
