基因检测介绍.ppt

2019/5/17,1,医学遗传学检测,2019/5/17,2,人类基因组计划 The Human Genome Project,2019/5/17,3,人类基因组计划 能带给我们什么,?,基因检测必然会成为重要的医学检查技术,2019/5/17,4,“人类基因组计划的完成为医学提供了大量信息，由此发展出1000余种疾病的基因诊断技术，目前已经有700余种用于临床。其中大部分可以诊断发病率低的遗传病，但是越来越多的基因诊断技术被用于广大人群，主要用于： 1. 疾病相关基因变异携带者的发现 2. 常见疾病的遗传风险预测和提示 3. 指导个体化用药 基因检测和其它正在发展遗传筛选和预防技术将对人类的健康医疗产生巨大的影响。”, 美国国家疾病控制中心基因检测部,2019/5/17,5,美国疾病预防控制中心 /,2019/5/17,6,美国基因检测中心 /,2019/5/17,7,北京大学医学遗传中心 /index.htm,分子诊断： 1. Prader-Willi 综合征（Prader-Willi syndrome,PWS 2. 延髓脊髓性肌萎缩（Spinal and bulbar muscular Atrophy,SBMA） 3. 镰刀状贫血（Sickle Cell disease，SCD） 4. 脆X综合征（Fragile X syndrome） 5. V因子点突变分析 （Factor V deficiency） 6. 脊髓性肌萎缩症（Spinal Muscular Atrophy，SMA） 7. 强直性肌营养不良（Myotonic Dystrophy，DM） 8. 脊髓小脑共济失调（Spinocerebella Axia,SCA） 9. 腓骨肌萎缩症（CharcotMarieTooth disease，CMT） 10. 脊索侧索硬化（Amyotrophic Lateral Sclerosis ， ALS） 11. 弗里德里西共济失调 （Friedreich Ataxia ，FRDA） 12. 齿状核红核苍白球路易斯核萎缩 （Dentatorubarl-Pallidoluysian Atrophy ， DRPLA） 13. 亨廷顿（Huntington disease ， HD） 14. 安吉曼综合症 Angelman syndrome,(AS ) 15. 先天性无虹膜症(Aniridia),2019/5/17,8,一. 什么是基因？,基因是DNA起作用的单位。DNA含有大量的化学信息数据库，携带合成所有细胞所需蛋白质的整套信息。每个基因含有一套指导信息，通常编码一个特定蛋白。,2019/5/17,9,十七,十八世纪普遍认为 为遗传是预成的。,达尔文 (Charles Darwin ,1856) 孟德尔 (Gregor Mendel (1866),2019/5/17,10,什么是人基因组?,细胞,细胞核,染色体,2019/5/17,11,DNA 与染色体结构,DNA 分子 (chromosome),硷基,A,T,G,C,2019/5/17,12,基因,2019/5/17,13,基因组包括所有基因,蛋白质 2,蛋白质 1,非编码区,非编码区,基因 1 编码区,基因 2 编码区,2019/5/17,14,23 对染色体 32 亿碱基对,人类细胞含有两套染色体，一套来自于父亲，一套来自于母亲。,2019/5/17,15,二. 基因是如何工作的？,虽然每个含有一套完整的基因，但是 细胞使用基因的时候是有选择性的， 使得脑细胞与骨细胞不同。,一个正常细胞只会激活实时需要的基 因而抑制其它基因的活力。,2019/5/17,16,基因通过它们所编码的蛋白质决定人体的特征，包括人体如何应对环境带来的挑战。,2019/5/17,17,氨基酸,Lysine side chain,20 种不同的氨基酸,Basic Structure of an Amino Acid,Graphic Representation of an Amino Acid,Lysine,Carboxyl group,Amino group,2019/5/17,18,侧链亲水的氨基酸,Lysine,Water,Oil,Histidine,Glutamic acid,Aspartic acid,Arginine,2019/5/17,19,侧链亲脂肪的氨基酸,Alanine,Water,Oil,Methionine,Phenylalanine,Proline,Cysteine,Tryptophan,Leucine,Glycine,Valine,Isoleucine,2019/5/17,20,侧链亲水和脂肪的氨基酸,Water,Oil,Serine,Tyrosine,Asparagine,Threonine,Glutamine,2019/5/17,21,蛋白质,Amino group,Carboxyl group,Peptide bond,Amino group,Amino group,Carboxyl group,Carboxyl group,Peptide bond,2019/5/17,22,基因到蛋白质 I,DNA,TACGCAATATGCATT,AUGCGUUAUACGUAA,mRNA,2019/5/17,23,基因到蛋白质 II,2019/5/17,24,Ribosome,mRNA,tRNA,A,Codons: AUG=Methionine=Start CGU=Arginine UAU=Tyrosine ACG=Threonine UAA=Stop,Methionine,Arginine,Threonine,Tyrosine,U,G,C,G,U,U,A,U,A,C,U,A,A,G,Stop,Tyrosine,Methionine,Threonine,Arginine,基因到蛋白质 III,2019/5/17,25,蛋白质折叠与功能,Amino acid chain grows,and folds,into a 3-D structure.,2019/5/17,26,2019/5/17,27,三. 基因是如何引发疾病的？,一个人的健康依赖于上千个蛋白质持续共同作用，在正确的地方以正确的数量一起发挥作用。,2019/5/17,28,在最近的10年中，对于人类遗传学的研究得到了长足的发展。而在疾病遗传基础方面，人类基因的理解也飞速发展。目前超过4000种疾病(例如镰刀细胞贫血症和囊性纤维性变病)被认为是具有遗传性的，并且在家族中传递。并且现在已经知道在普通条件下，如心脏病、糖尿病和多种癌症中我们基因发生的变化起到了重要作用。,基因与人类健康密切相关,2019/5/17,29,疾病与基因有关,许多疾病可以追溯到我们自身的基因上。 单基因疾病: 一个基因的异常引起的疾病，从母亲和/或者父亲那里继承的突变基因相关。 多基因疾病: 疾病的发生与多个基因有关，常见疾病如心血管病, 糖尿病,大多数癌症, 老年性痴呆等与多种基因，以及环境和基因互相作用相关。,2019/5/17,30,单基因疾病仅与一个特定的基因密切相关，大多数比较少见的遗传性疾病属于这一类。在这类疾病发生原因中单个基因突变的影响力可以达到80%以上。 地中海贫血(Mediteranean Anemia) 亨廷顿氏病（Huntingtons Disease，HD） 肌肉营养不良性萎缩（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD） 苯丙酮尿症（Phenylketonuria ,简称PKU）,2019/5/17,31,单基因疾病分类: AD: 常染色体显性遗传 AR: 常染色体隐性遗传 XD: X染色体显性遗传 XR: X染色体隐性遗传 Y- : Y连锁遗传,2019/5/17,32,多基因疾传病有一定的遗传基础和家族聚集现象， 它不取决于一对基因，而是几对基因。同时， 还受环境因素影响，它不遵守孟德尔遗传定律。,易感性：susceptibility 由遗传因素决定的患病的风险，在一定的环境条 件下，易感性的高低可以代表易患性的高低。 多基因病，遗传因素决定的不是疾病本身，而是 这种疾病的遗传易感性。 有遗传易感性的个体能否发病，取决于各种遗传 因素和环境因素的相互作用，包括饮食、活动、 有害因子等。,2019/5/17,33,疾病症状与几个或者更多突变等位基因有关, 2.各个基因分别对疾病只产生小的影响, 3.基因的表现受到大量外界因素的影响。,多基因疾病与多个基因有关，如高血压病与近20个基因有关。癌症、高血压病、糖尿病、老年性痴呆、中风、冠心病等，大多数疾病与基因的关系是：,疾病是基因与外界因素相互作用的结果, 基因突变并不一定导致疾病。因此通过基因检测了解等位基因的突变, 可以调节外界因素(生活环境/生活习惯/饮食)。做到 避免或延缓疾病，或减轻症状，及早治疗。,2019/5/17,34,基因的变异,每个人的基因系列基本是一样的 但是每个基因有不同的形式 等位基因,2019/5/17,35,基因突变的方式: 基因上单个碱基的突变， 基因的片段的丢失和增加 拷贝数增加 染色体异常,2019/5/17,36,基因的变异是如何发生的？,遗传性突变(生殖性突变 ) 从父母亲那里继承的 获得性突变(体细胞突变) 体细胞突变在个别细胞DNA中出现,2019/5/17,37,什么是基因组的变异?,人类共有序列,有变异的序列,多态性,缺失,移位,插入, 重复,染色体,2019/5/17,38,基因突变可能产生三种后果： 不影响编码蛋白的结构和功能 蛋白质仍有功能，但有缺陷 蛋白质会完全失去作用,2019/5/17,39,人类基因组的变异,个体 1,个体2,= DNA中的变异,2019/5/17,40,不造成后果的变异,= 不造成后果的变异,2019/5/17,41,造成后果的变异,= 造成后果的变异,2019/5/17,42,造成疾病的变异,= Variation in DNA that causes harmful change,血友病 A （hemophilia A）是凝血因子VIII 缺乏所导致的出血性疾病，约占先天性出血性疾病的85% 。,2019/5/17,43,造成潜在疾病的变异,多年后,= 造成潜在疾病的变异,2019/5/17,44,体细胞的基因DNA序列的突变,2019/5/17,45,当基因发生突变，基因所编码的蛋白质变得不正常。某些蛋白质改变是不重要的，而其它则可能会带来严重后果。,基因 突变,异常蛋 白质,2019/5/17,46,单核苷酸多态性（SNP）是最常见的基因变异,至少1%的人群,绝大多数人群,共有序列,G to C,SNP 位点,变异的序列,四. 最常见的基因变异 SNP,2019/5/17,47,单核苷酸多态性（SNP）,2019/5/17,48,为什么 SNPs 重要?,个体 1,个体 2,= SNP variations in DNA,SNP标志基因 A,基因 B,基因 A,SNP 可能使基因 B 产生变异的蛋白质分子,2019/5/17,49,编码区的SNPs 不造成蛋白质分子改变,DNA SNP C to G,RNA Codon CUG to CUC,Protein Leucine to Leucine,No change in shape,Leucine,Leucine,mRNA,G A C,C U G,C U C,CUG,CUC,G A G,2019/5/17,50,DNA SNP A to C,RNA Codon GAU to GAG,Protein Aspartic acid to Glutamic acid,Slight change in shape,Aspartic acid,Glutamic acid,mRNA,C T A,G A U,G A G,GAU,GAG,C T C,编码区的SNPs 造成蛋白质分子微细无害改变,2019/5/17,51,DNA SNP T to A,RNA Codon GAU to GUU,Protein Aspartic acid to Valine,Change in shape,Aspartic acid,Valine,mRNA,C T,G A U,G U U,GAU,GUU,C A,A,A,编码区的SNPs 造成蛋白质分子有害改变突变,天(门)冬氨酸,2019/5/17,52,编码区的SNPs 细微的蛋白质变化 只在某种情况下才引起疾病,Smoking Switched-on genes,Pattern A Many years later,= SNPs causing latent effects,Pattern B Many years later,2019/5/17,53,SNPs 对药物的反应的作用,Transporter,治疗乳腺癌药物,Absorption in the breast,Drug in breast tissue,Metabolism in the liver,Excretion in the kidney,Drug becomes inactive or toxic,Transportation in the blood,Drug in bloodstream,2019/5/17,54,非编码区SNPs 基因的标志物,Gene Y,SNP X,Gene Y,SNP X,Gene Y,SNP X,2019/5/17,55,SNP 位图(SNP Maps),All SNPs are recorded,SNP location,All chromosomes are sequenced,SNP Data,2019/5/17,56,个体的SNP 谱,SNP 谱A,SNP 谱B,SNP 谱C,SNP 谱F,SNP 谱E,SNP 谱D,2019/5/17,57,SNP 谱有助于确定药物的疗效和副作用,乳腺癌病人,个体的SNP 谱可以分成不同的类型,SNP 谱 A,对药物有期望的反应,对药物没有期望的反应,SNP 谱 A 的人对药物 有期望的反应,SNP 谱E,SNP 谱 B,SNP 谱 C,SNP 谱D,2019/5/17,58,SNP 谱有助于确定癌症相关基因,CC gene 5,结肠癌病人共同的SNPs 可以成为结肠癌的基因标记物,CC gene 1,CC gene 2,CC gene 3,CC gene 4,Chrom E,Chrom A,Chrom B,Chrom C,Chrom D,2019/5/17,59,SNPs 与癌症风险,癌症病人,正常人群,这个人的癌症风 险比正常人群高,=10个人,SNP B,=10个人,SNP A,2019/5/17,60,五. 疾病相关的基因变异如何遗传？,基因是成对出现的，从父母中各自继承一个拷贝。许多基因具有大量的变异形式，称为等位基因。,一个显性等位基因可以掩盖一个正常的等位基因。一个隐性基因会由于它的处于其它染色体上对应等位基因发生失活或者丢失变得显性。,2019/5/17,61,在显性遗传疾病中，如果受到影响的父母亲具有一个引起疾病的等位基因，而且它可以掩盖另一个相对的正常等位基因，那么这个家庭的每个孩子有50的可能继承这个疾病的等位基因而得病。,2019/5/17,62,常染色体显性遗传病 1,亨廷顿舞蹈症：进行性神经性疾病，其特征为运动异常（舞蹈症），痴呆，平均发病年龄大约岁。,I,II,III,1,1,1,2,2,2,3,3,4,4,5,2019/5/17,63,家族性高胆固醇血症是常染色体显性遗传，诊断一名患者就可以立即鉴别一群高胆固醇血症和动脉粥样硬化的高危人群。所有一级亲属有50%患病的可能，因进行检查。高胆固醇血症在儿童中也存在，所以可在早期进行检查，通过饮食和药物加以预防。,常染色体显性遗传病 2,2019/5/17,64,在隐性遗传疾病中，父母亲没有疾病，但都携带有一个正常的等位基因和一个突变的等位基因。每个孩子有四分之一的可能继承两个突变等位基因而患病；四分之一的可能继承两个正常等位基因，以及二分之一可能继承一个正常一个突变的等位基因而成为象父母一样的携带者。,2019/5/17,65,常染色体隐性遗传 1,白化病 先天性高度近视等,2019/5/17,66,镰状细胞贫血（AR，11p15.5） 1.Hb Hb 表现为镰状细胞病 2.Hb Hb 镰状细胞特征 3.双杂合子：类似于纯合子 镰状细胞贫血：在非裔美国人中约占8%。镰状细胞阻塞微循环，导致内脏器官严重损伤。,常染色体隐性遗传 2,2019/5/17,67,然而，大多数疾病和特征并不遵循简单的遗传方式；基因的表现受到大量因子的影响。并不是所有的突变等位基因都可以导致疾病的产生。甚至是显性等位基因BRCA1乳腺癌易感性基因在65岁患病风险是80而不是100。这个数字表明：某个基因突变导致疾病产生的可能性称为外显率。,2019/5/17,68,六. 什么是基因检测？,基因检测涉及到个人DNA的检测，从血中采集一点细胞样本或者，偶尔从其它体液或者组织中疾病发生的地方采集。 DNA变化可以相对较大：比如染色体片断的丢失或者增加甚至是整个染色体这个在显微镜下可见。或者可以非常小，小到一个化学碱基的外加、丢失或者突变。基因可以发生过度表达（有太多的拷贝），失活或者完全丢失。有时，染色体片断发生颠倒或者转位，基因所处的位点也可以使得基因发生永久性和不正常关闭或者打开。,2019/5/17,69,不同类型的基因检 测被用于： 寻找染色体整体异常 基因内和临近片断的变 异 基因的表达程度,2019/5/17,70,基因检测的分类, 诊断性基因检测 多数用于有症状单基因疾病诊断 单基因疾病症状出现前的诊断 预测性基因检测 多数用于多基因常见疾病的遗传风险预测 个体化用药基因检测 用于指导临床药物治疗,2019/5/17,71, 基因组检测可以用于寻找疾病的易感者。 新生儿单基因遗传病的筛选。 携带者测试可以用来帮助夫妇来了解他们是 否携带异常基因,避免因此将其传递给他们子 代的风险。 基因检测也被用于个体化治疗: 如指导硝酸 甘油用于治疗冠心病。 基因检测还被用于指导个体化的医疗和保健。,七. 基因组检测有什么用处？,2019/5/17,72,目前在基因测定中所得到的结果聚焦于预测性基因检测： 这些检测是在出现任何症状前鉴定人们患有某种病的可能性。现在已经可以对1318种疾病进行检测，而随着越来越多的疾病相关基因被发现，意味着可以进行更多种的检测。,2019/5/17,73,八. 基因检测可以预测哪 些类型的疾病？,预测性基因检测寻找那些因为单基因错误的遗传而导致的“家族性疾病” 镰刀样贫血等。 预测性基因检测可以判断常见的多基因遗传性疾病的发病风险老年型痴呆, 心血管疾病，失明，癌症等。,2019/5/17,74,所有的癌症都是与基因相关的，是由突变基因所引发的。然而，只有少量癌症是遗传的：生殖细胞携带突变，从一代传到下一代，而使得人体中所有细胞都出现这个突变。 发现与常见癌症相关的突变基因, 携带有癌症基因的人更倾向于在年轻时就产生癌症， 但是这类遗传性(或者家族性)癌症大约占到了所有癌症的510。,基因和癌症间的联系,2019/5/17,75,癌症通常起源于一个体细胞。细胞从正常转化成恶性需要经历一系列明显阶段，每个阶段受到一个或者一套基因的控制,遗传性癌症患者已经具备了第一步的突变。 大多数癌症起源于基因的随机突变，整个生命周期中他们在人体细胞中产生，发展 要么是在细胞进行分裂时产生的错误，要么是应对于环境因素例如辐射或者化学物质所产生的损伤。,2019/5/17,76,2019/5/17,77,当然，就算没有携 带易感基因的家族 成员也不能完全免 除患病的风险。象 其他人一样，他们 在自己的生命周期中可以在同一个基因上出现突变。或者，他们会遗传到一个不同的，未知的易感基因。,2019/5/17,78,九. 预测性基因检测 能告诉你什么？,一个精确的基因检测可以告诉你你是否具有或者不具有某种疾病相关基因变异。如果你有了这种基因，还有各种外界因素会影响到这个基因的外显率，它们的综合效应才决定你是否真正发病。 几乎每一个具有家族性结肠腺瘤基因型的人都会在某天发展成结肠癌。另一方面，携带BRCA1乳腺癌易感基因的妇女有80的几率在65岁时发展成乳腺癌；她们的风险很高，但不是绝对的。,2019/5