复杂先心病TGA的基因组学及其网络调控机制研究PPT学习教案

1、会计学1复杂先心病复杂先心病TGA的基因组学及其网络调的基因组学及其网络调控机制研究控机制研究病因与致病机制不明确：包括遗传与环境因素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第1页/共44页第2页/共44页第3页/共44页第4页/共44页DNAmRNA(messenger)ncRNAProteinRibosometranscriptionProteinRNADNAntranslatioiontranscripttranscriptiontranslationEpigenetics先心病的分子

2、生物学基础：先心病的分子生物学基础：中心法则中心法则第5页/共44页结构变异结构变异微星、拷贝数变异（CNV）亚染色体组1.整个染色体组或基因组第6页/共44页第7页/共44页先心病的遗传学先心病的遗传学染色体异常引起的合并先心病的综合症染色体异常引起的合并先心病的综合症13 三体三体 1:15,00018 三体三体 1:5,00021 三体三体 (Down syndrome)1:80022q1122q11缺失：法洛四联症、缺失：法洛四联症、DiGeorge DiGeorge 综合征综合征其他较少见的染色体缺失包括：其他较少见的染色体缺失包括：9q34, 1q21.1, 16p11.2 9q3

3、4, 1q21.1, 16p11.2 and 17p11.2.and 17p11.2.Page 853第8页/共44页第9页/共44页绒毛膜绒毛活检绒毛膜绒毛活检10/40Miscarriage 1%Results :1 week羊膜腔穿刺羊膜腔穿刺14/40Miscarriage 0.5%Results :3 weeks第10页/共44页Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Dec 23;105(51):20458-63第11页/共44页BMJ. 2011 Jan 11;342:c7401第12页/共44页怀孕年龄岁，取血样时怀孕时间怀孕年龄岁，取血样时怀孕时间131

4、3周又周又1 1天天第13页/共44页第14页/共44页基因基因综合征综合征心脏畸形心脏畸形TBX1TBX1基因基因DiGeorgeDiGeorge综合征综合征主动脉离断、永存动脉干（主动脉离断、永存动脉干（PTAPTA）、）、法洛四联症（法洛四联症（TOFTOF）、右室双出口）、右室双出口和大动脉换位和大动脉换位TBX5TBX5基因基因Holt-OramHolt-Oram综合征综合征心脏畸形包括房间隔缺损（心脏畸形包括房间隔缺损（ASDASD）、）、TOFTOF和房室传导阻滞等和房室传导阻滞等TFAP2TFAP2基因基因CharChar综合征综合征动脉导管未闭动脉导管未闭PTPN11PTPN

5、11基因基因NoonanNoonan综合征综合征胸部畸形和肺动脉狭窄（胸部畸形和肺动脉狭窄（PSPS）NOTCHNOTCH通路通路JAG1JAG1、NOTCH2NOTCH2基因突变基因突变AlagilleAlagille综合征综合征动脉动脉- -肝脏发育不良、肺动脉流出肝脏发育不良、肺动脉流出道或外周肺动脉的狭窄道或外周肺动脉的狭窄第15页/共44页uHolt-OramHolt-Oram综合征主要表现为肢体和心脏畸形，故又综合征主要表现为肢体和心脏畸形，故又称为心称为心- -手综合征手综合征u单倍体单倍体TBX5TBX5基因可导致基因可导致Holt-OramHolt-Oram综合征，综合征，T

6、BX5TBX5基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也是人类首个在心脏间隔缺损畸形中找到的单基因突变。因突变。uTBX5TBX5基因的错义突变导致心脏或肢体的畸形则取决于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其突变的位点第16页/共44页第17页/共44页第18页/共44页肥厚性心肌病肥厚性心肌病扩张性心肌病扩张性心肌病致心律失常性右致心律失常性右室心肌病室心肌病长长QTQT综合症综合症BrugadaBrugada综合征综合征基因基因发生发生% % 基因基因发生发生% % 基因基因发生发生% % 基因基因发生发生% % 基因基因发生发生% % MYH7122

7、0%LMNA26%PKP21143%KCNQ13035%SCN5A2025%MYBPC32028%MYH747%DSG2726%KCNH22530%GPD1LTNNT225%MYBPC337%DSP616%SCN5A510%CACNA1CTNNI313%TNNT214%DSC2KCNE11%CACNB2TPM113%SCN5A23%JUPKCNE21%SCN1BMYL213%LDB313%RYR2ANK2KCNE3ACTC11%PLN13%TGFB3KCNJ2SCN3BMYL31%ACTN24%TMEM43CACNA1CGLA1%VCL3%DESCAV3LAMP21%SGCD3%SCN4BPR

8、KAG21%CSRP32%AKAP9TNNC1DES2%SNTA1MYH6TNNI31%MYO6TPM11%TTNACTC11%CSRP3TCAP1%MYOZ2ABCC91%VCLCTF11%TCAPTNNC1ACTN2MYH6LDB3TTNPLNTAZJPH2EMDTTRLAMP2致病基因突变的发现有助于基因诊断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。其子女的风险。但是如何决策但是如何决策? ?第19页/共44页基因突变用于诊断与预测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

9、树对遗传性心血管病家庭进行遗传学检测的决策树Caleshu C et al. Heart 2010;96:1669-1675检测先心病患者检测先心病患者致病突变致病突变可能致病突变可能致病突变未知功能突变未知功能突变阴性或良性突变阴性或良性突变检测没有发病家族成员检测没有发病家族成员阳性结果阳性结果遗传咨询遗传咨询临床监护临床监护阴性结果阴性结果无危险无危险无需进一无需进一步检测步检测第20页/共44页益益处处风险风险基因诊断检测可以基因诊断检测可以:确定胎儿或个体是否确定胎儿或个体是否处处于于遗遗传传疾病的疾病的风险风险当胎儿当胎儿处处于于风险风险是，可以是父是，可以是父母和医生考母和医生考

10、虑虑尽早作出尽早作出产产前前诊诊断性断性选择选择。 。检测结果也可以检测结果也可以:使个人和家人使个人和家人难难于决断；于决断；可能可能负负面影响家庭面影响家庭稳稳定性和个定性和个人关系人关系第21页/共44页Circulation. 2008;117:1820-1831肥厚性心肌病模型小鼠肥厚性心肌病模型小鼠第22页/共44页目前已知的基因突变仅能部分解释先心病发病率：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, and MYL3) 作

11、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，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前全世界研究重点。J Med Genet 2005;42:e59第23页/共44页第24页/共44页第25页/共44页第26页/共44页在病理上：在病理上：大动脉转位时，主动脉瓣下圆锥发达，未被吸收，主动脉位大动脉转位时，主动脉瓣下圆锥发达，

12、未被吸收，主动脉位于左前上方；于左前上方；肺动脉瓣下圆锥萎缩，肺动脉位于作后下方。肺动脉瓣下圆锥萎缩，肺动脉位于作后下方。第27页/共44页第28页/共44页第29页/共44页第30页/共44页第31页/共44页基因基因位置位置突变类型突变类型CFC1exon 4 splice donor siteIVS4DS DUPGDF1exon 3CYS227TERFOXH1exon 1Pro21SerNODALexon 29-BP INSERTION/24-BP DELETION, NT700Donor splice site of intron 2 IVS2DS, G-A, +1exon 3IVS2

13、-1GCMED13Lexon 6752A-GGLU251GLYexon 255615G-A、ARG1872HISexon 286068A-GASP2023GLYZIC3exon 21741A-T, LYS-TERexon 1763T-G,TRP255GLYexon 1GLY17CYSNKX2.5exon 2VAL150ILE第32页/共44页这些突变不足以解释这些突变不足以解释TGATGA的高发病率；的高发病率；尤其在中国人中：尤其在中国人中：我们在我们在2828个个TGATGA患者及患者及1010个家系成员中没有检测到个家系成员中没有检测到这些突变这些突变第33页/共44页第34页/共44页

14、第35页/共44页第36页/共44页网络构建网络构建Tools: Pearson correlation, Soft thresholdingRationale: make use of interaction patterns between genes模块识别模块识别Tools: TOM, Hierarchical clusteringRationale: module- (pathway-) based analysis找到模块代表性基因找到模块代表性基因Tools: eigengene (1st Principal Component)?Rationale: Condense each

15、 module into one profile进一步分析进一步分析模块相关性，模块重要性、析因分析等.第37页/共44页第一部分：全基因组外显子测序寻找第一部分：全基因组外显子测序寻找TGATGA的致病错义基因突变的致病错义基因突变1.1.筛选阶段筛选阶段完全性大动脉转位患者完全性大动脉转位患者(12(12例例)Agilent Agilent 全外显子捕获全外显子捕获SolexaSolexa测序测序 生物信息学分析生物信息学分析注释和统计分析、排除非基因、内含子、注释和统计分析、排除非基因、内含子、同义突变、已知同义突变、已知SNPSNP 潜在致病突变潜在致病突变第38页/共44页Sange

16、rSanger测序测序排除没有验证的潜在致病突变排除没有验证的潜在致病突变 TGA患者患者150例例包括核心家系包括核心家系50个个健康志愿者健康志愿者500例例基因型与表型是否基因型与表型是否发生共分离发生共分离 验证潜在致病验证潜在致病突变突变 2. 2. 验证阶段验证阶段第39页/共44页TGATGA主动脉瓣下圆锥组织主动脉瓣下圆锥组织权重基因共表达网络分析权重基因共表达网络分析TGATGA肺动脉瓣下圆锥组织肺动脉瓣下圆锥组织TGA肺动脉瓣下圆锥与干下型肺动脉瓣下圆锥的差异模块肺动脉瓣下圆锥与干下型肺动脉瓣下圆锥的差异模块干下型患者的肺动脉瓣下圆锥组织干下型患者的肺动脉瓣下圆锥组织TGATGA的关键信号通路及关键节点基因的关键信号通路及关键节点基因TGA主动脉瓣下圆锥与干下型肺动脉瓣下圆锥的差异模块主动脉瓣下圆锥与干下型肺动脉瓣下圆锥的差异模块TGATGA的的差异模块差异模块1. 1. 权重基因共表达网络分析识别权重基因共表达网络分析识别TGATGA的关键信号通路及关键节的关键信号通路及关键节点基因，点基因，第二部分：致病错义基因突变的分