复杂先心病TGA基因组学及其网络调控机制研究.ppt

复杂先心病（TGA）的基因组学及其网络调控机制研究,钟诗龙博士副研究员广东省人民医院医学研究中心、广东省心血管病研究所,病因与致病机制不明确：包括遗传与环境因素,先天性心脏病,在活产婴儿中的发病率为8-14.6,严重影响威胁人口素质，给社会和家庭带来极大负担,尽管介入与手术能有效治疗先心病，但先心病的几个关键问题还没有解决,确定病因，有效预防实现早期诊断疾病、明确疾病分类预测预后，进行个体化干预阐明发病机制，发现治疗靶标随着理论与技术的发展，基因组学研究在先心病研究中扮有重要作用。,提纲,基因组学的分子生物学基础；先心病的基因组学：染色体变异单基因突变；多基因突变TGA的基因组学及其网络调控机制研究简介,提纲,基因组学的分子生物学基础；常见先心病的基因组学：染色体变异单基因突变；多基因突变TGA的基因组学及其网络调控机制研究简介,DNA,mRNA(messenger),ncRNA,Protein,Ribosome,transcription,transcription,translation,Epigenetics,先心病的分子生物学基础：中心法则,序列变异单核苷酸（突变、SNP和indel）,结构变异微星、拷贝数变异（CNV）亚染色体组整个染色体组或基因组,提纲,基因组学的分子生物学基础；常见先心病的基因组学：染色体变异单基因突变；多基因突变TGA的基因组学及其网络调控机制研究简介,先心病的遗传学,染色体异常引起的合并先心病的综合症13三体1:15,00018三体1:5,00021三体(Downsyndrome)1:80022q11缺失：法洛四联症、DiGeorge综合征其他较少见的染色体缺失包括：9q34,1q21.1,16p11.2and17p11.2.,Page853,21三体-唐氏综合症,产前诊断,绒毛膜绒毛活检10/40Miscarriage1%Results:1week,羊膜腔穿刺14/40Miscarriage0.5%Results:3weeks,用高通量测序法检测胎儿非整倍体,ProcNatlAcadSciUSA.2019Dec23;105(51):20458-63,BMJ.2019Jan11;342:c7401,怀孕年龄35.4岁，取血样时怀孕时间13周又1天,提纲,基因组学的分子生物学基础；常见先心病的基因组学：染色体变异单基因突变；多基因突变TGA的基因组学及其网络调控机制研究简介,先心病的遗传学,基因突变引起的先心病,HOLT-ORAM综合征和TBX5基因,Holt-Oram综合征主要表现为肢体和心脏畸形，故又称为心-手综合征单倍体TBX5基因可导致Holt-Oram综合征，TBX5基因突变也是人类首个在心脏间隔缺损畸形中找到的单基因突变。TBX5基因的错义突变导致心脏或肢体的畸形则取决于其突变的位点,单基因先心病的遗传模式,有一些显示出明显的孟德尔遗传模型；有的显性遗传、有的隐性遗传、有的伴性遗传；有一些是为一个基因的结构或功能的改变，即“单基因突变”；估计这种遗传缺陷占8%；但是大部分的先心病是多基因突变的结果。,提纲,基因组学的分子生物学基础；常见先心病的基因组学：染色体变异单基因突变多基因突变TGA的基因组学及其网络调控机制研究简介,与遗传性心脏疾病相关的致病基因突变,致病基因突变的发现有助于基因诊断如对有肥厚性心肌病的母亲进行基因检测，可以预测其子女的风险。但是如何决策?,基因突变用于诊断与预测对遗传性心血管病家庭进行遗传学检测的决策树,CaleshuCetal.Heart2019;96:1669-1675,检测先心病患者,致病突变,可能致病突变,未知功能突变,阴性或良性突变,检测没有发病家族成员,阳性结果,遗传咨询临床监护,阴性结果,无危险无需进一步检测,基因诊断检测：益处与风险,基因突变用于预测预后：双基因突变对肥厚性心肌病模型小鼠生存的影响,有2个致病基因突变的个体比只含1个突变的家族性肥厚性心肌病病人更易发生严重的心衰,Circulation.2019;117:1820-1831,肥厚性心肌病模型小鼠,目前已知的基因突变仅能部分解释先心病发病率：以肥厚性心肌病为例对80个不相关的先症者进行7个HCM基因(b-MHC,MyBP-C,cTnT,cTnI,ACTC,MYL2,andMYL3)作基因突变检测在23个先症者中检测到26个基因突变，发生率为(29%)以往的研究主要集中在候选的信号通路或基因在全基因组范围全面发现新的先心病的致病基因突变，阐明其遗传传递规律，并系统地揭示其致病机制成为目前全世界研究重点。JMedGenet2019;42:e59,提纲,基因组学的分子生物学基础；常见先心病的基因组学：染色体变异单基因突变多基因突变TGA的基因组学及其网络调控机制研究简介,外显子组测序发现完全性大动脉转位（TGA）的致病基因突变及其致病机制研究,TGA流行病学,TGA是新生儿期最常见的紫绀型先天性心脏病，发病率为0.2-0.3，约占先天性心脏病总数的5-7，男女患病之比为2-4：1。若不治疗，约90的患者在1岁内死亡。TGA严重影响威胁人口素质，给社会和家庭带来极大负担。,TGA,解剖与功能分类,TGA+IVS,TGA+VSD,TGA+AoCoa(RVOTO),TGA+PS(LVOTO),在病理上：大动脉转位时，主动脉瓣下圆锥发达，未被吸收，主动脉位于左前上方；肺动脉瓣下圆锥萎缩，肺动脉位于作后下方。,发病原因及其发病机制目前还不清楚。以往的研究主要集中在与体轴形成有关的信号通路或基因发现了一些TGA致病基因变异：CFC1、GDF1、NODAL等,NODAL信号通路与左右体轴形成有关,TGA的致病基因突变,这些突变不足以解释TGA的高发病率；尤其在中国人中：我们在28个TGA患者及10个家系成员中没有检测到这些突变,科学问题,能否在全外显子组范围找到引起TGA的致病基因突变？它们在父代与子代之间的传递规律如何？明确其传递规律将为早期诊断提供TGA分子预警的标记。通过系统生物学的方法识别基因组中关键节点基因及其网络，对于致病基因突变的机制研究具有方向性指导作用。高糖对致病基因突变有没有协同作用？,全基因组外显子测序（EXOMESEQUENCING）,外显子组测序是一种新型的基因组分析技术，只需针对外显子区域的DNA即可，能够发现位于编码区的SNPs和小的InDels。因此与全基因组重测序相比，外显子组测序更加简便、经济、高效，已成为现阶段基因测序工作的重心,权重基因共表达网络分析,权重基因共表达网络分析是一种用于解析分子作用机制和网络关系的系统生物学方法。它充分利用基因表达的内在信息，把高度关联的转录子聚类成一族，称作一个模块(module)，然后识别与临床相关的模块，最后用模块内连通性（intramodularconnectivity）和基因重要性（genesignificance）识别信号通路上关键调控基因（Hubgenes）。,网络构建Tools:Pearsoncorrelation,SoftthresholdingRationale:makeuseofinteractionpatternsbetweengenes,第一部分：全基因组外显子测序寻找TGA的致病错义基因突变1.筛选阶段,2.验证阶段,1.权重基因共表达网络分析识别TGA的关键信号通路及关键节点基因，,第二部分：致病错义基因突变的分子机制,2.致病错义基因突变通过TGA关键节点对NODAL信号通路的调控机制,预期结果,在全基因组外显子组范围发现TGA致病错义基因突变发现