讲义马端表观遗传变异相关疾病的遗传咨询

1、表观遗传变异相关疾病的遗传咨询复旦大学代谢分子医学教育部复旦大学出生缺陷研究中心复旦大学儿科医院马端疾病的遗传环境获得性疾病ü 创伤性耳聋ü 窒息ü 辐射ü 遗传与环境相互作用疾病（复杂性疾病）u 先天性心脏病u 先天智障u 孤独症u 综合征性耳聋u 代谢综合征：肥胖，u 高血压u 心脑疾病uu 综合征u 遗传性疾病Ø 非综合征性耳聋Ø 地中海贫血Ø 血友病Ø 苯丙酸酮尿症Ø G-6-DØ 遗传变异与表观遗传变异DNA序列变异DNA修饰变异基因产物功能异常基因产物水平异常遗传疾病表观遗传疾病遗传

2、相关疾病表观遗传疾病线粒体疾病多基因疾病单基因疾病疾病Epigenetics表观遗传学Ø、可遗传、可逆转的核苷酸或核小体修饰，不改变DNA序列，影响基因表达。Ø DNA甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA。环境污染导致表观遗传变异Ø 1300万人每年死于环境污染Ø 24% 的疾病与不良环境有关Ø 纽约检测到血液及尿液内有148种不同的环境生活方式影响表观遗传致畸物影响表观遗传同卵双生子一人患病OliviaIsabella同卵双生子结局不同常见肠道菌群随发生变化放线菌门双歧杆菌变形菌门肠杆菌科厚壁菌门梭菌科乳酸菌拟杆菌门肠道菌群失调所致疾病肠道外疾病

3、肠道疾病炎症性肠病（IBD） 肠易激综合征（IBS） 腹泻便秘消化不良坏死性小肠结肠炎大肠癌.问题五DNA甲基化Ø 在DNA甲基转移酶的催化下，DNA中CpG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5甲基胞嘧啶。DNA甲基化部位及CpG岛CpG岛：DNA序列中富含双CpG的区域ØØØ主要位于基因启动子和第一外显子，GC含量大于50%，长度超过200bp。大约70%的基因调控区富含CpG序列DNA甲基化影响基因表达的机制u 干扰转录因子与靶基因顺式转录原件的结合u 募集具有负性调控作用的蛋白质u 染色质致密化DNA甲基转移酶DNMT1变异与疾病Ø

4、;Ø19p13.2基因突变和剂量变化uuu遗传觉神经病Ie（neuropathy, hereditary sensory, type Ie）小脑共济失调、耳聋和嗜眠发作综合症（显性）。成年渐进起病，伴痴呆突变方式：CNV减少，靶序列突变（外显子20-21），介导与DNA结合。Ø表达异常：先心病，多种，红斑狼疮，免疫性疾病等70余种疾病DNMT3Ø DNMT3a: 2p23.3变异与疾病uTatton-brown-rahman 综合症：生长过度，特殊面容（圆脸，浓密一字眉，小眼裂），智障。少见：房间隔缺损，癫痫，脐疝，脊柱侧凸。急性髓性细胞白血病uu细胞性细胞瘤&#

5、216; DNMT3b: 20q11.21u免疫缺陷-着丝粒不-面部异常综合征 1（Immunodeficiency-centromericinstability-facial anomalies syndrome 1） ：隐性遗传，巨舌，鼻窦炎。uu细胞性细胞瘤，细胞瘤特发性血小板减少性紫癜：皮下瘀血，鼻、口腔，过多， 大部分预后好。脆性X综合征，Xq27FragileXSpectrumDisorders，FragileXMentalRetardation1ØØØØØ全外显的X连锁显性遗传男性0.5-1/1000，占男性智力低下10-20%女

6、性杂合子约1/3轻度智力低下，早衰FMR1基因5UTR CGG：正常-45，无甲基化，基因表达。FXS：>200 CGG，异染色质形成，DNA甲基化增加。 “一低五大”：智力低下、大头、大耳朵、巨睾、第三指间比例大、出生时体。Ø脆性X相关性震颤/共济失调综合征（FXTAS）：CGG重复55-200次，无甲基化，FMR1高表达。成年发病，痴呆。Rett 综合症致病基因：methyl CpG binding protein 2 （MECP2）Xq28，显性遗传ØØØØ儿童精神性疾病：智障，孤独症，刻板动作，共济失调为1/10000-1/150

7、00，部分有耳聋。基因组印记Genomic ImprintingØ 来自父方的等位基因在通过和传递给子代时发生了DNA甲基化、组蛋白乙酰化或甲基化等修饰，从而展现了不同的表达状态。Ø 印记中心：印记基因大约80%成簇，受同一条链上的顺式作用位点所调控。Ø 父胚胎的贡献是发育，则是限制胚胎发育，亲代通过印记基因来影响其下一代。Ø父性印记基因：58；母性印记基因：29。Prader-Willi/Angelman 综合征ØØØØØPWS：肥胖，肌张力减退，智力，身材短小，机能减退等。AS：和智力，共济失调，肌张

8、力低下，癫痫，语言，巨大下颌等。病因：15q11-13缺失，单亲二体，基因突变，印记突变，平衡移位。PWS：父性表达，母性印记：NDN, MAGEL2, MKRN3，SNRPN，SnoRNA。AS：母性表达，父性印记：UBE3A。Angelman SyndromeMPPPMPde lMaternalPaternalMaternal DeletionDisomyInheritencePrader-Willi SyndromeMPMMdelPaternalMaternalDeletionDisomyBeckwith-Wiedemann/Russell-Silver综合征Ø BWS：脐膨出

9、、巨大舌和身体一侧生长过剩，1/15,000。ART: 1/4,000Ø RSS：身材矮小、脸小呈三角形、低位耳、第五手指弯曲。Ø IGF2：父性表达，BWS过表达，RSS低表达DNA甲基化测序亚硫酸盐处理分子量阵列技术MassARRAYu 原理：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 (MALDI-TOF MS) 技术。u 特点：PCR扩增后的产物，加入SNP序列特异延伸引物，在 SNP 位点上，延伸 1个碱基。u MassARRAY检测的质谱范围为4000-11,000 Dalton。u选择检测位点，每个反应只需10ngDNA，每天可处理样品3000个。DNA甲基化Enzym

10、atic digestion of genomic DNADenature dsDNAIP with 5-methyl-cytidine AbAmplify and labelDNAHybridize to array深度测序DNA甲基化相关疾病遗传咨询要点u单基因疾病l致病基因明确，但未见编码区突变lDNA甲基化相关基因突变u体细胞基因变异：组织特异性，部分血液循环可以检测u检测：先检测基因表达水平，再检测DNA甲基化u部分甲基化可以传递，特别是印记基因u部分异常的甲基化可以干预：5-杂氮胞苷非编码RNA短链非编码RNA：18-31 nt, miRNAs 中链非编码RNA：31-200 nt

11、, snRNAs 长链非编码RNA：>200 nt功能繁多，主要调控基因表达ØØØØBeckwith-Wiedemann/Russell-Silver综合征Ø IGF2：父性表达，BWS过表达，RSS低表达。含miR-483。Ø H19：母性表达的非编码RNA，含miR-675，靶向IGF1，受SOX9调控。miR-96基因突变可以致聋显性遗传Ø 常Ø 纯合子突变小鼠：听力完全丧失;；杂合子突变小鼠和人：逐步丧失听力Ø 已确认的靶基因：Aqp5，Celsr2，Myrip，Odf2，RykØ

12、 毛细胞表达下调基因：Ocm，Pitpnm1，Prestin，Ptprq，Gfi1Mencía A et al. (2009) Mutations in the seed region of human miR-96 are responsible for non- syndromic progressive hearing loss. Nature Genetics.miR-126是乳抑制性RNAØ 1000多种 lncRNA相关疾病nocRNA检测u miRNAu lncRNAu 表达谱检测u Northern Blotu PCR 和 QPCR疾病相关非编码RNA的遗传

13、遗传咨询要点u单基因疾病u 宿主基因变异u 表达异常，DNA甲基化正常，致病基因有非编码RNA结合区域u体细胞基因变异：表达异常，特别是u检测：先检测基因表达水平，再检测DNA甲基化和miRNAu异常的非编码RNA可传递u异常非编码RNA干预：siRNA组蛋白修饰组蛋白脆性X综合征，Xq27FragileXSpectrumDisorders，FragileXMentalRetardation1FMR1基因5UTR CGG：正常-45，无甲基化，中等程度组蛋白乙酰化，基因表达。FXS：>200 CGG，组蛋白乙酰化低，DNA甲基化增加。脆性X相关性震颤/共济失调综合征（FXTAS）：CGG

14、重复55-200次，无甲基化，组蛋乙酰化，FMR1高表达。治疗：FXS-去乙酰化酶抑制剂；FXTAS：乙酰转移酶抑制剂。ØØØØ组蛋白修饰变异与疾病基因变异形式疾病表现CREB结合蛋白组蛋白3低乙酰化Rubinstein-Taybi综合征短粗拇指（趾），精神发育MYST4突变影响组蛋白乙酰化酶Genitopatellar 综合征智障，阴囊发育不良，面部畸形， 肾脏异常，膝盖骨缺失CREBBP EP300突变影响组蛋白乙酰化酶Rubinstein- Taybi综合征身材矮小，学习，面部特征， 淋巴瘤，白血病HDAC4突变影响组蛋白去乙酰化酶短指智力低下综合

15、征智力 ，发育延缓，行为异常， 睡眠 ，颅面和骨骼异常，自闭症谱染色质免疫共沉淀(ChIP)+分析技术疾病相关组蛋白修饰异常的遗传遗传咨询要点u单基因疾病u 组蛋白修饰酶基因异常u 致病蛋白修饰异常u体细胞基因变异：表达异常，特别是u检测：先检测基因表达水平，再检测DNA甲基化和miRNA，最后检测组蛋白修饰。H3K4：单甲基和3甲基；H3K9：单甲基、2或3甲基，乙酰化；H3K27：单、2或3甲基。u 异常的组蛋白修饰可传递u 异常组蛋白乙酰化抑制剂：TSA表观遗传变异与疾病基因变异形式疾病表现ARTX重复和序列低甲基化ART-X综合征 -地中海贫血，智障DNMT1突变影响甲基化1型遗传觉和

16、神经疾病感觉功能丧失，肌无力和神经受损，神经异常DNMT3b中心粒DNA低甲基化免疫缺陷、中心粒区非稳定和面部异常综合征免疫缺陷、中心粒区非和面部异常MECP2突变影响甲基化Rett 综合征女性发病，进行性智力下降，孤独症，手失用， 刻板动作及共济失调RSK激活CREB结合蛋白破坏染色质重塑Coffin-Lowry综合征骨骼畸形,以锥形手指为特征,生长迟缓、听力损伤和发作性失调WSTF染色质致密Williams 综合征主动脉瓣和肺动脉狭窄，智障，高钙血症， “小精灵样”脸谱CREB结合蛋白组蛋白3低乙酰化Rubinstein-Taybi综合征短粗拇指（趾）、精神发育、高口盖MYST4突变影响组蛋白乙酰化酶Genitopatellar综合征智障，阴囊发育不良，面部畸形，肾脏异