遗传基础知识与基因检测技术-金域医学

遗传基础知识与基因检测技术长沙金域基因组中心CONTENTS目录遗传基础知识概要基因变异及常用检测技术全外显子组测序报告解读生命活动的主要承担者——蛋白质支撑结构：细胞膜骨架运动运输：肌动蛋白、血红蛋白信息协调：受体防御保护：抗体催化反应：酶中心法则氨基酸代码——蛋白质ATCG代码——DNA中心法则两套代码的桥梁遗传物质遗传物质—DNADNA（脱氧核糖核酸）是生物体的主要遗传物质DNA的基本单位：脱氧核糖核苷酸DNA由4种脱氧核糖核苷酸组成脱氧核糖磷酸A腺嘌呤脱氧核糖核苷酸胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸胞嘧啶脱氧核糖核苷酸鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸脱氧核糖磷酸G脱氧核糖磷酸C脱氧核糖磷酸T遗传物质的主要载体染色体的结构：DNA+蛋白质一级结构：核小体二级结构：螺线管体三级结构：超螺线管体四级结构：染色体染色体压缩至1/5压缩至1/40压缩至1/6压缩至1/7染色体——遗传物质的主要载体：亲代将自己的遗传物质以染色体的形式传给子代，保持物种的稳定性和连续性遗传的实现—减数分裂减数分裂ǀ期减数分裂ǁ期•生殖细胞中染色体数目减半的分裂方式•保证物种染色体数目稳定的机制•配子结合适应环境变化不断进化的机制•染色体病发病的主要机制卵母细胞的形成遗传的实现—减数分裂生殖细胞染色体复制一次分裂两次，染色体数目减半基因基因是具有遗传效应的DNA片段，是决定生物性状的基本单位基因的化学本质：DNA—脱氧核糖核酸基因的存在位置：主要是染色体，成线性排列基因的基本结构真核生物的基因是不连续的：外显子和内含子间隔排列启动子非编码区非编码区RNA聚合酶结合位点编码区外显子内含子编码蛋白不编码蛋白与蛋白结构密切相关和基因表达调控相关基因部分截图内含子外显子基因的基本结构基因人有约2万个基因，每条染色体上都有上千个基因DNA基因的命名：字母+数字；如：DMD，ATP7B;基因的大小：几千到百万碱基不等;明确的单基因致病基因：3630个（参考OMIM）CONTENTS目录遗传基础知识概要基因变异及常用检测技术全外显子组测序报告解读基因变异类型•染色体数目或结构异常染色体畸变•大片段缺失、插入、重复和DNA重排（数十至数万碱基对或更大）大片段变异•重复：三碱基重复、四碱基重复、多碱基重复等动态突变•单碱基、少数几个碱基的插入、缺失、碱基替换；包括同义突变、错义突变、无义突变、移码突变、剪接位点突变等点态突染色体畸变定义：染色体数目或结构的异常改变，是引起染色体病的原因染色体畸变数目异常结构异常非整倍体改变整倍体改变缺失、重复、倒位、易位染色体畸变严重者在胚胎早期死亡并自然流产，少数染色体畸变者能存活至出生，常造成机体多发畸形、智力低下、生长发育迟缓和多系统功能障碍染色体核型分析特殊面容：脸扁平，眼距宽，外眼角上斜，鼻梁低平，内眦赘皮，舌大，张嘴，流涎；智力低下；肌张力降低和体格发育迟缓低；多发性先天性心脏病。唐氏综合征用于检测CNV的染色体芯片（CMA)在下列情况应作为一线检测手段非已知综合症的多发畸形非综合症型的发育迟缓/智力低下孤独症谱系疾病进一步明确发育迟缓、语言发育落后和其他尚不明确遗传学病因的症状对于一些CMA检出不平衡的病例，建议用细胞遗传/FISH进行确认，同时对父母进行临床遗传评估和咨询大片段变异—CMA应用指南CMA结果：染色体22q13.3-qter缺失903Kb结论：Phelan-McDermid综合征临床表现CMA案例先证者表型：自闭症、发育迟缓、中到重度智力低下、肌张力低下、语言障碍，可伴有癫痫和行为异常，特殊面容fatherprobandmotherFISH检测结果基因（或DNA片段）的染色体定位；染色体数目与结构异常的检测；间期细胞遗传学（绒毛/羊水/精子/卵裂球/其它间期细胞研究与诊断）可应用于缺失、重复突变检测，主要针对基因外显子。亦可用于分析特定的点突变（通常是热点突变）常见应用：神经肌肉疾病——肌营养不良、脊肌萎缩症、遗传性痉挛截瘫、腓骨肌萎缩症；遗传代谢疾病——苯丙酮尿症、铜代谢异常、粘多糖症、溶酶体贮积症、氨基酸代谢障碍多重连接酶依赖性探针扩增技术（MLPA）——大片段缺失、点突变SMA病例（家系）分析黄色新，中国优生与遗传杂志，2016一对夫妇自述第一个孩子（先证者）患脊肌萎缩症，基因检测结果显示先证者发生SMN1基因外显子7和8纯合缺失，5个半月夭折；两年后再次妊娠，羊水穿刺基因检测结果显示SMN1基因外显子7、8纯合缺失，诊断为脊肌萎缩症，已引产。SMA病例（家系）分析2015年欲行胚胎植入前遗传学诊断，MLPA检测结果显示先证者母亲SMN1基因外显子7、8为单拷贝，为杂合缺失；先证者父亲SMN1基因外显子7、8的拷贝数为2，亲缘关系分析支持先证者与父亲存在血缘关系黄色新，中国优生与遗传杂志，2016先证者祖母SMN1基因外显子7、8拷贝数为3，祖父SMN1基因外显子7、8拷贝数为1检测动态突变片段的长度，对重复区异常定性或对重复次数定量。主要应用：脆性X综合征、强直性肌营养不良DM1、脊髓小脑共济失调、肌萎缩侧索硬化症、舞蹈症片段分析——动态突变脆性X综合征脆性X综合征：是遗传性智力障碍和孤独症谱系最高发的单基因病。临床特征1、典型脆性X综合征智力发育障碍特殊面部特征：头围增大、面部瘦长前额突出、大耳朵与招风耳、高腭弓、大嘴巴和突出的下颚等结缔组织功能异常：异常松软的皮肤、手指关节过度伸展、扁平足、甚至关节脱位其他：男性青春期后的睾丸异常增大等2、脆性X震颤共济失调综合征意向性震颤、小脑共济失调、认知能力退化等。3、脆性X相关性卵巢早衰提早闭经、骨质疏松、抑郁焦虑等组成：（CGG）n的重复顺序位置：FMR1基因1号外显子的5'-非翻译区特点：正常人群（CGG）n的重复顺序的数目在5-45之间，常含2-3个AGG中断多态性——包括（CGG）n的重复个数和AGG的中断数及中断位点不稳定性——当（CGG）n重复数超过60个后，或当AGG的中断丢失导致连续的CGG超过35-40个重复后，在细胞的减数分裂和有丝分裂过程中形成重复顺序扩增三核苷酸重复顺序扩增正常个体、前突变个体以及全突变个体FMR1基因转录和翻译示意图错义突变TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAAGAATTTACG5’3’SerGlnGluPheThr……同义突变TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAAAAGTTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……c.867AG(exon4)，p.K233E编码序列867位碱基由A变成G，（位于外显子4），导致第233位氨基酸由K变为氨基酸Ec.845AG(exon4),p.K193K编码序列845位碱基由A变成G，（位于外显子4），导致第193位氨基酸由K变为氨基酸K点突变点突变无义突变移码突变TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAATAATTTACG5’3’SerGlnStop…5’TCTCAAAAATTTACG3’SerGlnLysPheThr……c.112AT(exon4)，p.K38X，70编码序列8112位碱基由A变成T，（位于外显子4），导致第38位氨基酸由K变为终止密码子（用X表示），且相对原来缩短70个氨基酸c.191(exon4)insG,p.K64Efs＊30编码序列191位（位于外显子4）插入碱基G，导致其编码的蛋白从第64位氨基酸开始算起，再翻译29个氨基酸（包含第64位）后终止，且这29个氨基酸是移码的，序列和原来的序列不同，第30位是终止密码子TCTCAAGAAATTTACG5’3’SerGlnGluIleTyr……c.3675(exon22)_c.3676(exon22)insTCTp.S1225_E1226insS编码序列3675~3676位（位于外显子22）插入TCT碱基，致使第1225位（S）至1226位（E）氨基酸之间插入氨基酸S非移框突变TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAAAAATCTTTTACG5’3’SerGlnLysSerPhe……Thr点突变—插入/缺失DNAmRNA剪接位点突变（splicesitemutation）点突变—剪接位点DNAmRNA例：IVS2+1GT经典的直接测序方法，基因突变检测的“金标准”主要检测微小的基因突变（包括点突变、微小插入缺失或重复），包括核基因和线粒体基因局限性：仅适用于单基因遗传病检测，无法检测多基因遗传病（通量有限）一代测序：Sanger测序技术特点：读长较短（150-300bp），但是可以通过超大量的平行测序，获得大量的序列。优势：高通量；经济；高灵敏度；检测变异范围广：从碱基到染色体。二代测序技术（NGS）CONTENTS目录遗传基础知识概要基因变异及常用检测技术全外显子组测序报告解读ACMG遗传变异分类标准与指南ACMG遗传变异分类标准与指南致病变异证据条件PVS1PSPMPPBPBSBA致病1个PVS+1个以上的PS111个PVS+2个以上的PM121个PVS+1个PM+1个PP1111个PVS+2个以上的PP122个以上的PS21个PS+3个以上的PM131个PS+2个PM+2个以上的PP1221个PS+1个PM+4个以上的PP114可能致病变异证据条件PVS1PSPMPPBPBSBA可能致病1个PVS+1个PM111个PS+1个或2个PM111个PS+2个以上的PP123个以上的PM32个PM+2个以上的PP221个PM+4个以上的PP14ACMG遗传变异分类标准与指南VUS?全外显子报告单解读微小变异+CNV分析+结果验证结果解释基因变异解释基因功能与关联疾病数据库收录数据质量其他内容家系病例：NP19*****（实验号）临床诊断：男，7天，疑似甲基丙二酸血症送检套餐：全外显子测序Trio家系套餐案例分享-TRIO先证者基因检测结果基因染色体位置转录本号外显子号cDNA水平蛋白质水平杂合变异来源变异等级MUT6p21NM_000255.3Exon6c.1280GAp.(Gly427Asp)Het母亲可能致病MUT6p21NM_000255.3Intron9c.1677-1GAp.?Het父亲致病ATP7B13q14NM_000053.3Exon12c.2804CTp.(Thr935Met)Het父亲致病MUT基因发生致病变异可引起mut型甲基丙二酸血症，以常染色体隐性的方式遗传。患者的父母往往均携带病理性变异。携带病理性变异的父母每次生育子女均有25%的可能为患者。患者父母的其他亲属亦具有携带相同病理性变异的风险。ATP7B？父母携带变异ATP7B基因如发生致病变异可引起肝豆状核变性，以常染色体隐性的方式遗传。患者的父母往往均携带病理性变异，携带病理性变异的父母每次生育子女均有25%的可能为患者。患者父母的其他亲属亦具有携带相同病理性变异的风险基因染色体位置转录本号外显子号cDNA水平蛋白质水平杂合变异来源变异等级ATP7B13q14NM_000053.3Exon12c.2804CTp.(Thr935Met)Het父亲致病ATP7B13q14NM_000053.3Exon2c.588CAp.(Asp196Glu)Het母亲可能致病意外发现为什么要做全外显子测序？适用于高度怀疑患有遗传病但又没有明确指向的患者（或者怀疑携带有变异的家属）。可以高效地筛查可能存在的遗传病因。基因检测对于大多数遗传病而言，都是确诊和分型的最终依据。指导预后判断、治疗，对高风险对象提供遗传性生育咨询，降低遗传病的再发风险。全外Trio分析的优势：提高结果分析速度，判断新发突变，减少VUS（意义不明确的）变异结论。金域全外显子测序及相关检测项目代码项目名称TAT（天）备注81358遗传病全