疾病分子遗传学专家讲座.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 疾病分子遗传学(下),其它疾病分子遗传学,疾病分子遗传学专家讲座,第1页,了解,我国科学家在单基因病致病基因克隆、多基因病易感基因寻找中工作。,疾病分子遗传学专家讲座,第2页,疾病分子遗传学专家讲座,第3页,疾病分子遗传学专家讲座,第4页,疾病分子遗传学专家讲座,第5页,疾病分子遗传学专家讲座,第6页,1.单基因病：,由单个基因缺点引发。常遵照经典孟德尔遗传定律：一些表现为常染色体显性遗传，如短指、马凡氏征、眼睑下垂征等。有些表现为常染色体隐性遗传，如白化病、先天聋哑等。还有一些致病基因位于性染色体上，展现性连锁遗传，如红绿色盲。,疾病分子遗传学专家讲座,第7页,马凡氏征,疾病分子遗传学专家讲座,第8页,白化病,疾病分子遗传学专家讲座,第9页,疾病分子遗传学专家讲座,第10页,疾病分子遗传学专家讲座,第11页,疾病分子遗传学专家讲座,第12页,疾病分子遗传学专家讲座,第13页,疾病分子遗传学专家讲座,第14页,疾病分子遗传学专家讲座,第15页,疾病分子遗传学专家讲座,第16页,疾病分子遗传学专家讲座,第17页,疾病分子遗传学专家讲座,第18页,疾病分子遗传学专家讲座,第19页,疾病分子遗传学专家讲座,第20页,疾病分子遗传学专家讲座,第21页,疾病分子遗传学专家讲座,第22页,疾病分子遗传学专家讲座,第23页,疾病分子遗传学专家讲座,第24页,疾病分子遗传学专家讲座,第25页,疾病分子遗传学专家讲座,第26页,疾病分子遗传学专家讲座,第27页,疾病分子遗传学专家讲座,第28页,疾病分子遗传学专家讲座,第29页,疾病分子遗传学专家讲座,第30页,疾病分子遗传学专家讲座,第31页,疾病分子遗传学专家讲座,第32页,疾病分子遗传学专家讲座,第33页,疾病相关基因定位和克隆惯用方法,定位克隆,候选基因关联分析。,以序列标识（突变、微卫星、SNP等）为筛查标识，依据疾病患者组与匹配对照组出现频率显著性差异，从候选基因中筛出易感基因。这是当前最惯用方法。,疾病分子遗传学专家讲座,第34页,疾病相关基因定位和克隆惯用方法,单倍型（haplotype）关联分析,单倍型（haplotype）关联分析。据新近单倍型作图（haplotype mapping）结果表明，人类基因组中含有12万个单倍型域（haplotype block），每个域平均长度为25kb,加起来恰好覆盖整个基因组，而每个域最多横跨1个目标基因。所以，能够单倍型域为靶标，进行全基因组扫描，寻找与疾病易感性相关单倍型域，找到了单倍型域，也就找到了对应易感基因。,疾病分子遗传学专家讲座,第35页,人类基因组单体型图（,Haplotype map,以下简称,HapMap,）计划是人类基因组研究领域第二个重大战略目标。,其主要内容是对亚、非、欧裔全基因组中,DNA,序列上多态位点进行测定和分析，由此构建出整合了人类遗传多态信息每条染色体“单体型图”。,疾病分子遗传学专家讲座,第36页,单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，简称SNP）是指在基因组水平上由单个核苷酸变异而引发DNA序列多态性,频率大于1%。,SNPs在人类基因组中广泛存在,并通常以二等位基因形式出现,便于进行大规模和高通量分析,所以是继限制性酶切长度多态性(RFLP)和微卫星之后第三代遗传标识。,疾病分子遗传学专家讲座,第37页,不一样人遗传序列极为相同。若比较两个人染色体，他们DNA序列上能够连续数百个核甘酸都是相同。,然而，平均约每1200个碱基就会有一个核甘酸不一样（图1）。在一个位点上某人是A，另一个人却有可能是G；或者某人在特定位点上多出或者缺失一些碱基或DNA片段。,染色体上每一个不一样“拼写”被称作一个等位位点（allele），一个人染色体上全部等位位点集合就是基因型。,疾病分子遗传学专家讲座,第38页,图1：当比较两个随机个体7号染色体上一段DNA序列时，,在2200个核甘酸中出现两个单核甘酸多态位点（SNPs）。,疾病分子遗传学专家讲座,第39页,对遗传学家来说，SNPs也是进行基因定位分子标识。比如说基因上一个拼写改变会增加罹患高血压风险，,不过研究者们并不知道这个基因在染色体上位置。他们能够比较高血压患者和正常人SNPs。,假如某一个SNP在高血压患者中很常见，就能够把这个SNP作为标识来定位和识别与这一疾病相关基因。,疾病分子遗传学专家讲座,第40页,SNP最大程度地代表了不一样个体之间遗传差异，因而成为研究复杂疾病、药品敏感性及人类进化主要标识。至今在人类基因组中已经有五百多万个SNP位点被确定。,假如每一个对群体或个体研究项目都要对全部样品中即使是基因组中一部分序列每一个SNP位点进行检测、判定，其费用将是极为惊人昂贵。,由此，在人类基因组计划协作组基础上建立“HapMap计划”国际协作组提出了人类基因组研究第二个战略任务，即再次以多国分担合作形式，共同构建整合了人类全基因组遗传与变异信息单体型图。,疾病分子遗传学专家讲座,第41页,HapMap科学基础是染色体上SNP“板块”（block）结构。,SNPs在一段染色体上是成组遗传，在DNA上组成无形区域-“板块”。,每个板块在进化上非常保守，在多世代传递中没有或极少发生DNA重组，其SNPs组成在单个染色体上模式，即单体型（Haplotype）。,不一样个体DNA序列上差异因而能够准确用SNP始祖板块或单体型表示。,疾病分子遗传学专家讲座,第42页,尤其是，对于一个单体型来说，只需几个位点作为其标签（tag）SNPs，便可知道整个单体型模式。,因而在检测上只要对几个标签SNPs而无需对全部位点进行检定，便可确定一个“板块”单体型。,对不一样族群SNP单体型研究还表明，人类基因组中每一板块或单体型普通只有几个类型。,由此绘出揭示人类遗传多态信息“单体型图”，从全基因组规模大大简化以后SNP分型研究，为疾病相关遗传多态研究提供SNP标签位点。,疾病分子遗传学专家讲座,第43页,图2：HapMap构建分为三个步骤：（a）在多个个体DNA样品中判定单核苷酸多态性（SNPs）；（b）将群体中频率大于1%那些共同遗传相邻SNPs组合成单体型；（c）在单体型中找出用于识别这些单体型标签SNPs。经过对图中三个标签SNPs进行基因分型，研究者能够确定每个个体拥有图示四个单体型中哪一个。,疾病分子遗传学专家讲座,第44页,在人类染色体很多区域中，只发觉了少数几个单体型。在一个特定人群中，55人可能拥有同一个单体型，30人可能拥有另一个单体型，8人可能拥有第三种单体型，而其余人可能拥有若干种稀有单体型。,HapMap计划将判定来自世界不一样地域四个群体常见单体型，以及特异识别这些单体型标签SNPs。经过检测个体标签SNPs（该过程称为基因分型），,研究者就能够判定一个人单体型集合。预计包含了大多数遗传变异模式信息标签SNPs数量大约是30万至60万，远远少于一千万个常见SNPs。,疾病分子遗传学专家讲座,第45页,一旦从HapMap中取得标签SNPs信息，研究者将能利用它们来定位与主要医学特征相关基因。,假设研究者想要找到与高血压相关遗传变异，他并不需要确定一个人全部SNPs类型，而只须对少得多标签SNPs进行基因分型就能够得到一个人单体型集合。,研究者能够集中研究可能与疾病相关特定候选基因，也能够纵观整个基因组来找到与疾病相关联染色体区域。假如高血压患者都倾向于含有一个尤其单体型，与该疾病相关变异位点很可能就在这个单体型内部或邻近区域。,疾病分子遗传学专家讲座,第46页,疾病分子遗传学专家讲座,第47页,疾病分子遗传学专家讲座,第48页,疾病分子遗传学专家讲座,第49页,疾病分子遗传学专家讲座,第50页,经过表型与全基因组SNPs图谱相关研究,理论上可将人类任何表型、功效、对任何疾病易感性加以定位,从而对疾病遗传机制说明做出主要贡献。,然而，即使找到了疾病易感基因和特异性分子表型，也不等于说明了疾病发生发展分子作用机理。最终说明机理尚需深入搞清楚：该疾病易感基因包括哪些信号传导通路？,这些信号传导通路之间怎样发生作用和影响？疾病易感基因在这些信号传导通路内是怎样发挥作用及是否与信号传导通路之外分子发生作用？,疾病分子遗传学专家讲座,第51页,多基因病易感基因确实定,全基因组关联分析,(Genome-wide association studies,GWAS),GWAS 是一个对全基因组范围内常见遗传变,异:单核苷酸多态性,(Singlenucleotide polymorph,ism,SN P),和拷贝数变异,(Copy number,variation,CNV),进行总体关联分析方法,即在,全基因组范围内选择遗传变异进行基因分型,比,较病例和对照间每个变异频率差异,计算变异,与疾病关联强度,选出最相关变异进行验证,并最终确认与疾病相关。,疾病分子遗传学专家讲座,第52页,GWAS优势：,在全基因组范围内进行整体研究,能够一次性对疾病进行轮,廓性概览,克服了既往知识和理论造成先入为主影响,防止,了区域研究造成偏倚和局限。,年,科学杂志首次报道了Klein 等利用Affymetrix100K,基因芯片对年纪相关性视网膜黄斑变性(Agerelated,Macular Degeneration)进行GWAS结果。今后一系列相关复,杂疾病GWAS报道不停出现,尤其是 年后一系列复杂疾,病GWAS 报道相继登载在科学、自然、自,然遗传和新英格兰医学杂志等世界顶级学术杂志上。,疾病分子遗传学专家讲座,第53页,据美国N IH 全基因组关联分析权威数据库收录,(www.genome.Gov/26525384)统计显,示,当前已经有肿瘤、本身免疫病、心血管疾病、,神经精神系统疾病、胃肠道疾病及肥胖、身,高、肤色、骨密度、血脂等100各种,与人类生,命亲密相关主要复杂疾病和/或性状易感基,因被陆续揭示。这些研究结果将会为复杂疾病,机制研究明确方向,为疾病预防、诊疗和治疗,提供新契机,为优化个体化诊疗、治疗奠定坚,实基础。,疾病分子遗传学专家讲座,第54页,GWAS 获选Science杂志年科技进展第一名,疾病分子遗传学专家讲座,第55页,疾病分子遗传学专家讲座,第56页,我国科学家确定银屑病易感基因LCE,疾病分子遗传学专家讲座,第57页,银屑病，俗称“牛皮癣”，是一个常见含有特征性红斑鳞屑性皮损易复发皮肤病；,国内发病率约为0.10.3%，预计当前全国约有250300 万银屑病患者。本病无性别差异，各年纪组均可发病（青壮年多见），北方多于南方。,基本病理改变,表皮经过时间缩短,从28天 34天；,表皮细胞周期缩短,从457小时 37.5小时；,表皮角化不全；,表皮内Munro微脓疡；,粒层变薄可消失，皮突延长、增宽，,乳头,部血管扭曲扩张；,表皮内和真皮上部,淋巴细胞浸润,（主要是,T细胞）；,疾病分子遗传学专家讲座,第58页,正常人皮肤表皮细胞，其更新一代需28天，而银屑病患者只有3天，临床表现为大量皮肤增厚，鳞屑脱落。让全球万患者感到痛苦和难堪，其中有1/5患者在中国。安徽医科大学张学军教讲课题组与国家人类基因组南方研究中心、上海生物芯片国家工程中心黄薇研究员课题组，展开了亲密合作。年，中国汉族人寻常型银屑病易感基因被定位在染色体4q31上。去年，张、黄课题组联合国内30多家医院，首次在国内开展了中国汉族和维吾尔族人群15000例银屑病大样本易感基因研究发觉一个名为LCE基因，假如发生变异，会使人更轻易患银屑病。,LCE基因编码表皮终末分化角质外膜蛋白,疾病分子遗传学专家讲座,第59页,发觉汉族人红斑狼疮易感基因,疾病分子遗传学专家讲座,第60页,系统性红斑狼疮是一个常见本身免疫性疾病，好发于女性，特,别是育龄期妇女，可累及全身各个系统和脏器，最终诱发肾衰,竭、狼疮性脑病和严重继发感染，造成患者死亡。该病病情易反,复，当前临床上无治愈伎俩。据预计，当前我国有红斑狼疮患者,100多万人。,中国科学家经过对1多名汉族系统性红斑狼疮患者以及健康对,照者研究，发觉了5个红斑狼疮易感基因，ETS1、IKZF1、,RASGRP3、SLC15A4和TNIP1，并确定了4个新易感位点,7q11.23,10q11.22,11q23.3 and 16p11.2，,同时验证出在,欧洲人中发觉7个易感基因在汉族人中一样存在：,(,BLK,IRF5,STAT4,TNFAIP3,TNFSF4,6q21 and 22q11.21）,10月18日，,自然遗传（,Nature Genetics,）在线发表了这一结果。,该项研究首次经过遗传学研究证实了红斑狼疮发病机制中遗传,危险原因在不一样人种间含有相同和不一样易感基因；同时，该项,研究是当前世界上红斑狼疮全基因组关联分析研究中样本量最大,研究项目。,疾病分子遗传学专家讲座,第61页,单基因病,家系致病基因克隆,复杂疾病,人群疾病易感基因与区域确实定,疾病分子遗传学专家讲座,第62页,关于GWAS思索,全基因组关联研究(Genome-wide Association Study,GWAS)是人类基因组计划完成后，实施一个对复杂性疾病，包含肿瘤、心血管病、糖尿病、肥胖症、精神等疾病一个成套DNA和全基因组测序和扫描计划，试图经过测定疾病基因变异和单核苷酸多态性，建立世界资源共享相关疾病基因变异数据库-,dbGAP,，研究确定疾病发病易感区域和相关基因，寻找疾病标识物，进行早期诊疗和最有效个体化治疗，开发新药品和新特异性防治办法。期望在5-10年内判定出人类各种主要疾病主要基因及其变异类型。为此，美国NCI还联合组织了世界上十几个国家，组建了国际癌基因组研究团体(ICGC)，制订了“癌基因组计划”，计划对肺癌、卵巢癌、脑癌等十几个常见肿瘤，25000个样本实施全基因组序列和SNP分析。希望用十几年时间能寻找到致癌元凶，战胜绝症。人们对此寄予无限期待和希望。,疾病分子遗传学专家讲座,第63页,这一计划自年实施以来，已经陆续报导和公布了视网膜黄斑、乳腺癌、前列腺癌、白血病、冠心病、肥胖症、糖尿病、精神分裂症、风湿性关节炎等几十种疾病全基因组关联研究结果。累计发表了近万篇论文(9900篇)。确定了一系列疾病发病致病基因、相关基因、易感区域和单核苷酸多态性(SNP)变异，取得了很大成绩。我国在十一五计划中亦对GWAS进行了优先安排，并取得了银屑病全基因组分析结果。另外，在这一计划推进下，还发展了一系列高效、快速、价廉全基因测序和分析新方法。将世界基因组研究推向一个新阶段。,疾病分子遗传学专家讲座,第64页,现在三年已经过去了，其结果并不理想，与人们期望差距甚远。疾病发病，早期预测，个体化治疗并非像全基因组分析那样简单。现在发觉这种全基因组分析是高出低收，结果似是而非，有许多分析是无意义和不可靠，甚至是不科学。所取得结果，庞杂无序，大多数基因变异与疾病并不关联。在已实施100余项GWAS和几千例患者样本分析结果发觉，许多基因变异都是罕见基因变异而不是关键基因，有一些变异仅仅与疾病危险因子、诱发因子、影响因子相关，而不是疾病直接相关联基因。最近,NEJM,(09.4.15)和,Nature,(09.5.12)对全基因组关联分析进行了评论，认为全基因组关联研究不能急功近利，更不能过分炒作，夸大其辞，而应该回归理性，实事求是地进行更久远科学分析和研究。,疾病分子遗传学专家讲座,第65页,在疾病发生中，基因是主要，但不是唯一，除了基因以外，还有RNA、蛋白质等；除了基因变异以外，还有转录、翻译、表观遗传(epigenetics)、构象、调整和功效改变等。,基因是复杂，而不是单一。一个疾病所包括基因绝不是一个，而是各种，疾病发生和发展是各种基因和功效综合改变结果。,基因变异是多样，而不但仅是单个核苷酸改变。除了单核苷酸改变，还有插入、移码、重复等；更有转录、修饰、翻译、表示、代谢、调整和功效改变。,基因是基本，但不是全部。基因是分子生物学和遗传学基础，在人生命活动和疾病发生中占有特殊地位，但不是全部。基因还有其上游和下游，还有代谢和调整等等。除了基因以外，基因上游和下游也在疾病发生中起着十分主要作用，甚至在一些条件下，起关键性作用。我们是基因论者，但不是唯基因论者。,重视基因 不唯基因,疾病分子遗传学专家讲座,第66页,基因改变是动态，而不是静止。在疾病发生和发展过程中，基因改变，尤其是表示、功效、代谢和条件改变都是动态，而不是静止不变。一个疾病关键基因，不是几个基因，是几十个，甚至包含成百上千个基因结构或功效改变。不一样疾病，不一样个体，不一样阶段，所包括基因改变亦不一样。预测一个疾病，可能不是几个基因和marker，而需要几十甚至几百个marker，才能确定。对疾病尤其是复杂疾病，我们不能太简单，太机械了。,最近国际基因组研究团体在冷泉港开会，研究、调整、布署下一阶段基因组计划。提出应以“外显子”为全基因组分析中心。因为已发觉多数与疾病相关联基因变异都发生在外显子，而且外显子数量少，功效明确，分析相对轻易、经济。不过，基因改变，不但在外显子，更不限于单核苷酸序列改变，在内含子、非编码区，尤其有功效非编码区结构和功效改变亦是十分主要。最近Science发表了一个非编码区功效分析新方法，亦是值得探索和研究。,GWAS应与基因功效研究结合起来,疾病分子遗传学专家讲座,第67页,小结,单基因病致病基因克隆,复杂疾病疾病易感基因与区域筛选与确定,GWAS优点与不足,疾病分子遗传学专家讲座,第68页,