【前沿资讯】GWAS4D：针对人类复杂疾病/性状的组织细胞特异性调控性变异的多维分析在线软件

全基因组关联研究（GWAS）已经鉴定了数千个人类复杂性状的易感基因座，然而，由于大多数GWAS风险基因座位于基因组非编码区，因此鉴定和解释这些基因座中的变异如何调控基因表达以便解释疾病易感性仍然是一个挑战。

越来越多的研究表明，特定性状/疾病的相关变异显著富集在相关组织/细胞类型的某些调节信号中。因此，将GWAS信号与特定组织/细胞类型中的基因组/表观基因组图谱整合，为精细定位因果调控性变异提供了有希望的方向；另外，动态细胞环境下将调控性变异关联到它们的靶基因的实验成本是昂贵的，并且需要更精确的预测计算方法。

最近的国际功能基因组项目，如ENCODE和4D Nucleome计划，不断产生广泛分布于人体不同器官和发育阶段的组织/细胞类型的染色体构象捕获数据，例如Hi-C和ChIA-PET， 为研究调控性变异在时空层面的影响提供了机会。

4D Nucleome计划

指从三维空间和时间（第四维度）角度来研究细胞核结构形成原理，探索细胞核组织对基因表达、细胞功能以及发育和疾病发生发展的影响，详见：Dekker J, Belmont A S, Guttman M, et al. The 4D nucleome project[J]. Nature, 2017, 549(7671):219.

此前，作者开发了网络服务器GWAS3D，通过对GWAS、染色体互作和组蛋白修饰数据进行整合分析来检测人类调控性变异，该服务器已成功应用于调控性变异的功能精细定位和注释。与其他广泛使用的数据库（如HaploReg和RegulomeDB）相比，该网络服务器对连锁不平衡（LD）的所有相关SNP进行优先级排序，并提供全面的功能注释以解释变异的调控效应。

在过去的几年中，已经开发了一些工具和资源来注释调控性变异（做完GWAS发现很多变异在非编码区的老师们，可以看过来，从以下数据库或GWAS4D中查找分析其可能的作用机制，或者结合转录组测序进行eQTL分析，或结合Hi-C数据鉴定其调控的靶基因）：

rSNPBase（http://rsnp.psych.ac.cn/)
Enlight（http://enlight.wglab.org/）
3DSNP ( http://cbportal.org/3dsnp/)
HUGIn（https://yunliweb.its.unc.edu/HUGIn/）
FUMA（http://fuma.ctglab.nl/）

然而，仍然缺乏可将组织/细胞类型特异性基因组/表观基因组信息纳入疾病因果调控性变异优先级排序的在线工具。

通过利用最近的大规模功能基因组学/表观基因组学数据，作者开发了一个直观的网络服务器GWAS4D，系统地评估GWAS 信号并识别特定的调控变异。GWAS4D具有以下6个特征：

i

用新算法更新调控性变异优先级排序方法；

ii

包含127种组织/细胞类型特异性表观基因组数据；

iii

整合来自13个公共数据库中1480个转录调控因子的基序；

iv

统一处理Hi-C数据并在5 kb分辨率下产生60个组织/细胞类型特异的显著互作；

v

添加全面的非编码变异功能注释；

vi

为SNP-靶基因互作提供高度交互式的可视化功能。

作者通过分析GWAS精细定位的161个冠状动脉疾病风险位点集，证明了GWAS4D能够有效区分疾病因果调控性变异。

GWAS4D在线分析网址：

http://mulinlab.tmu.edu.cn/gwas4d 或 http://mulinlab.org/gwas4d。

GWAS4D工作流程：

 目前GWAS4D在“无LD扩展”模式下支持输入> 10 000个显著变异，在“LD扩展”模式下支持输入2500个显著变异。 通常，GWAS4D可以在大约10分钟内完成传统的GWAS工作。打开主页后，点击右上角的GWAS4D按钮进入提交数据分析界面，截图如下：

选填项分别为Variant Linkage Option、Tissue/Cell type-specific Epigenomes、Tissue/Cell type-specific Chromosome Interactions和Regulatory Elements Option，若有这些信息，刚勾选相应内容后点击submit，若无这些信息直接点击submit提交。

提交后分析结果页面如下：

注：（A）GWAS4D的最终优先级排序表; （B）变异基因座与其靶向区域之间最显著的Hi-C互作的虚拟4C circos图; （C）优先级排序的SNP的功能注释表。

在后GWAS时代，将DNA变异调控效应与表型特征/疾病关联，以精细定位因果调控性变异及其靶基因是非常重要的。通过配备最新的调控性变异优先级算法，最新的全面的功能基因组数据库以及交互式用户界面，GWAS4D系统地研究了GWAS SNPs的组织/细胞类型特异性的调控作用。作者推测GWAS4D将极大地帮助研究人员研究疾病的遗传机制，并在人类非编码基因组学时代产生更显著的影响。

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参考文献

HUANG, Dandan, et al. GWAS4D: multidimensional analysis of context-specific regulatory variant for human complex diseases and traits. Nucleic acids research, 2018.

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