第十二讲 SNP分型芯片与药物基因组学

文章阅读纲要•1.作者为什么要做这个研究，他(她)想解决什么问题？•2.他(她)怎么做的？总结思路或者流程。•3.结论–结论1•证据–结论2•证据–…•4.总结论•5.作者自己的感想或者引申5月27日之前将阅读报告上交，愿意上讲台讲解的在阅读报告上注明；如果是这之后才确定想上讲台讲解的，可发邮件给付老师或者黄老师课时安排•5月6日SNP•5月13日甲基化•5月20日蛋白芯片和组织芯片•5月27日微流控•6月3日文章阅读的讲解•6月10日答疑•6月17日随堂考试SNP分型芯片与药物基因组学第十二讲分子遗传标记的特点直接以DNA形式表现，在基因组中的定位明确，是生殖细胞中存在的变异(germcells，eggorsperm)，可遗传，在生物体各发育阶段，各组织均可检测到，检测简单易行。分子遗传标记发展RFLPrestrictfragmentlengthpolymorphism限制性片段长度多态性SSLPsimplesequencelengthpolymorphism简单序列长度多态性SNPsinglenucleotidepolymorphism单核苷酸多态性SSLP类型•包括:小卫星序列minisatellite微卫星序列microsatellite•小卫星DNA标记，核心序列为11－60bp，主要存在于染色体靠近端粒处，由于其拷贝数变化，在不同个体间中存在串联数目的差异，若在重复序列两侧有限制性内切酶酶切位点，则切下来的片段会呈现出多态性。可用于DNA指纹。•微卫星DNA标记，指以2－7个碱基为核心单位串联重复而成的一类序列，由于核心序列重复数目的变化而在群体中呈现出遗传多态性，但在同一家系内具有高度的遗传保守性，以孟德尔方式遗传。散布于整个基因组中。单核苷酸多态性singlenucleotidepolymorphisms•所谓“单核苷酸多态性”（single-nucleotidepolymorphisms,SNPs）指示了一种常见但却细微的DNA变异。SNP是指由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性，其方式包括转换、颠换、缺失和插入。•从理论上来看每一个SNP位点都可以有4种不同的变异形式，但实际上发生的只有两种，即转换和颠换，二者之比为2:1。SNP在CG序列上出现最为频繁，而且多是C转换为T，原因是CG中的C常为甲基化的，自发地脱氨后即成为胸腺嘧啶。•人类基因序列的变异大多是单核苷酸的变异。不同人群中SNP的频率分布有差异，而这些差异可以代表某一人群的遗传差异。因此，探测SNP的工作可以看作是对人类“遗传路标”（geneticsignposts）的勘定。•大多数SNPs是单纯多态性purepolymorphic，但也有一些与疾病的发生有关联causativemutations•一般而言，SNP是指在基因组内特定核苷酸位置上存在两种不同碱基，其中最少一种在群体中的频率不小于1％•在人类基因组中大概每1000个碱基就有一个SNP，人类基因组上的SNP总量大概是3×106个。ThemostcommonsourcesofgeneticvariationbetweenhumanDisease-associatedSNPs•ApoEinAlzheimer’s•MTHFRinCardiovascularDisease•p53inHPVInfection•Variousp450sinDrugMetabolism•BRCA1inBreastCancer•HLAinAutoimmuneDiseaseSNPTGGGTGTGTGTGCodingSNPTGGThrTGTThrMis-senseSNPGTGHisGTTGlnIntronicSNP–iSNP–doesnotcauseanaminoacidchangeRegulatoryregionSNP–effectamountofproteinexpressedorifexpressed.Codingregion：Alsocoversynonymous（同义的）andnon-synonymousSNP的类型SNP分析的特点•SNP数量大，分部密集•SNP比STR扩增更有效•由于SNP是二态的，易于自动化批量检测，易于用计算机分析结果•单基因病是疾病的发生是由“单”基因的突变所致；单基因病不多见且传递符合孟德尔规律的疾病，但由于其遗传性，危害很大，如血友病、镰状细胞贫血症、囊性纤维化、亨廷顿舞蹈病等。•多基因病是由两对以上基因变异所致，且环境因素在这类疾病的发生中起不同程度作用的一类疾病，如若干人类常见病：肿瘤，高血压、动脉粥样硬化、糖尿病、哮喘、自身免疫性疾病、老年痴呆、癫痫、精神分裂症、忧郁症、类风湿关节炎、智能发育障碍等，其发生受多个微效基因及环境因素的影响，存在基因与基因、基因与环境之间的相互作用SNP在疾病研究中的意义基因环境少数单基因疾病大多数疾病是多基因疾病－－多种基因和环境共同作用的疾病－－－复杂的机制SNP在疾病研究中的意义•单一基因突变所决定的遗传疾病（即孟德尔类型疾病）的研究已经获得许多进展。•人类常见的疾病并不是由单一基因突变所致，而是多种遗传风险因素与环境和行为因素互相作用的结果。在通常的复杂疾病中，任何一个特定的变异所发生的影响效应要比在孟德尔类型的疾病中小。•要在复杂疾病中判断遗传变异产生的效应，就必须对照大量的病人与普通人群之间在DNA变异方面的频度差别。首先需要勘定普通人群的遗传变异模式，而SNP的筛选及检测是一个重要方法。•SNP是继人类基因组计划之后又一国际研究竞争新热点，是阐明基因组功能及特点的重要基础。•SNP是人类基因组DNA序列变异的主要形式，是决定人类疾病的重要遗传基础。•以前是争夺基因Linkagestudy1.Triestoseeiftwogeneticfactorstendtobeinheritedtogetherinfamilies2.Trackstheinheritanceofthegeneticmarkeralleles(genotypes)throughapedigreeofafamilyorsetoffamilies,thatexhibitaspecificdisease(phenotype)3.Thecloserthemarkeristothediseasegene,thelessfrequentcrossovereventswilloccurbetweentheallelesofthemarkerandthediseasegene4.Alinkagestudyovertheentiregenomeiscalledgenomescan.Associationstudy1.Population-basedinsteadoffamily-based2.Case-controlstudy:Case:agroupofpeopleaffectedControl:agroupofpeoplenotaffected3.Importanttomatchage,sex,ethnicgroup,andotherenvironmentalfactors4.Choosecandidategenemarkerandgenotypebothgroups5.Ifaparticularallele(genotype)ismuchmoreabundantinthecasescomparedtocontrols,thatalleleisimplicatedinthedisease•Prospectivestudycohortstudy,alongitudinalstudyinwhichapopulationofsubjects,initiallyfreeofdisease,arefollowedforadefinedperiodandnewdiseaserecurrencerecorded.•Retrospectivestudycase-controlstudy,drawbacksofcohortstudyisthatwhenIncidenceislow,largeandlengthystudiesmustberequiredtogiveadequatestatisticalpower,case-controlstudyisanAlternativewaywhichavoidthisdifficultStudydesign•病例与对照研究属于回顾性研究，是观察性研究中常用的一种设计方案，是在患有某病的病例组和不患有该病的对照组，或者是在具有某项特征的病例和不具有某项特征的病例中进行，调查过去或最近有无暴露于某因素的历史，而该因素被疑为和该病的发生有联系，或者调查是否存在某因素，而该因素疑为和疾病的某项特征有联系。然后比较两组的暴露情况或具有某因素的情况，验证某因素和疾病是否确实存在联系，联系的性质和程度。病例与对照研究可用于对疾病致病因素或危险因素的调查，药物有害作用的研究，探讨影响疾病预后的因素等研究。•队列对照研究可采用前瞻性方式，以开始观察的时间为始点，将被观察的人群按其是否接触可能的致病因素或措施，分为两个群体，随访一定时期后，确定并比较各群体中，新发生病例数或某种效应的差异。•队列对照研究是群体研究中常用的方案，被观察的人群是否接触某种致病因素，是自然分配而形成的两个群体，研究者既不能随机安排，也不可能加以控制。研究对象要有足够的观察时间，在自然病程中要有充分的时间，使危险因素的作用能够表现出来。全部被观察者都必须进行随访，队列中失访人数增加，将会影响所观察的结果。凡在群体中研究可能的致病因素或某项处理措施对固定人群的影响，均可使用队列研究，常用于病因研究，治疗性研究，预防性研究或预后研究。DiseaseDiagnosisEachpersonhasauniqueSNPprofileMostSNPsarenotresponsibleforadiseasestate.Instead,theyserveasbiologicalmarkersforpinpointingadiseaseonthehumangenomemap,becausetheyareusuallylocatednearagenefoundtobeassociatedwithacertaindisease.Occasionally,aSNPmayactuallycauseadiseaseand,therefore,canbeusedtosearchforandisolatethedisease-causinggene.Variationatchromosomallevel•染色体多态性包括–DNA片断的倒位，插入，缺失–染色体的特异位点存在拷贝数的变异copynumbervariations/polymorphisms(CNV/CNP)。•Genecopynumber•Segmentcopynumber2006年11月Nature•科学家对来自中国、日本、美国、尼日利亚等国270位身体健康者的DNA进行比较，绘制出CNV图谱。他们识别了1447种不同的CNV，占到人类基因组比例的12%左右。其中约285种与诸如精神分裂症、牛皮癣、冠心病和先天性白内障等疾病有关。•一个人的DNA代码同另一个人的DNA代码约有10%的不同之处。•CNV不同会影响到基因的活动能力和抗疾病能力。科学家发现，人类已知的致病基因中，16％存在CNV。利用寡核苷酸基因芯片检测SNP/突变基因组DNA的标记•基因芯片无论用于何种DNA检测，首先需要从样本中制备DNA，样本基因组制备和标记是基因芯片实验中的关键实验步骤。•表达谱基因芯片由于mRNA的polyA尾的特征很容易实现同时检测样本的整个转录组，但在基因组DNA的标记检测中，人们必须面对两个难题：一是灵敏度问题，二是全基因组的标记问题。•不同的样本有着不同的制备方法。对人和其他大部分原核和真核生物基因组结构与组成的分析必须直接针对基因组DNA进行，