单基因遗传病的研究方法与技术

关于单基因遗传病的研究方法与技术第一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日已知致病基因突变分析第二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日基因突变第三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日基因突变稳定突变：传递中不改变原有的突变。动态突变：传递中不断改变自己，多见于短重复序列的突变，在一代代传递中重复次数发生明显变化。

第四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日三核苷酸重复突变第五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日基因突变类型点突变：只有一个或几个核苷酸的改变，是突变中最多见的形式。突变的结果分为：

同义突变、错义突变、无义突变、剪切突变等。碱基的插入和缺失：基因编码序列中插入或丢失一个或几个碱基，其结果是突变点下游碱基序列发生移码，编码氨基酸序列都发生改变，又称移码突变（frameshiftmutation），并可在突变点下游提前出现终止密码。第六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日基因突变类型框内突变（inframemutation）：3个或是3的倍数的碱基缺失或插入导致的突变，使基因丢失或增加1个或几个氨基酸。DNA大片段缺失或复制（largedeletionorduplication)：几百个bp至几十个kb的碱基缺失或复制。

第七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日各种类型病理性突变的比例无义突变和移码突变：60％稀有的错义突变：20％DNA大片段缺失或重复:20％微小突变第八页，共七十四页，编辑于2023年，星期日基因突变分析所用实验材料临床样本取材：外周血组织毛囊颊粘膜脱落细胞羊水细胞绒毛实验应用材料：DNARNAProtein第九页，共七十四页，编辑于2023年，星期日RNA的优点与缺点优点:

不包含内含子RT-PCR能够检测异常的剪切体缺点:

不易获得

要求操作特别小心且快速以免降解目的基因可能不在获得的材料组织中表达

导致RNA不稳定的突变不能被检测第十页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日聚合酶链式反应分子杂交基因突变分析常用技术第十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日Southern印迹杂交第十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日例如：脆X综合征若X染色体在Xq27.3处呈现细丝样结构，且连接的末端形似随体，这条染色体就被称为脆性X染色体。主要临床症状：智力低下、语言障碍、性格孤僻、伴有特殊面容——长脸、方额、大耳朵、嘴大唇厚，青春期后可见明显大于正常的睾丸。通贯掌、三叉点C缺如。第十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日Xq27.3第十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日前突变和全突变正常

CGG<6-54前突变CGG55-200全突变CGG>200第十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日Southern杂交法诊断FragileXF:FullyexpandedandmethylatedNM:MethylatedXdonotcutwithEclXIP:UnmethylatedpremutationN:Xinnormalmaleandactivenormalfemale第十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期日MullisF"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"聚合酶链式反应（PCR）聚合酶链式反应于1983年由美国Cetus公司的K.Mullis建立，并和定点突变的发明者M.Smith一起荣获1993年度诺贝尔化学奖，为生命科学领域的研究开创了崭新时代。第十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PCR反应的特点特异性强引物与模板结合的特异性及聚合酶的忠实性灵敏度高指数增长，从pg(10-12)可扩增至mg(10-6)水平简便、快速2～4小时完成扩增对标本的纯度要求低

DNA粗制品及总RNA均可作为扩增模板第二十页，共七十四页，编辑于2023年，星期日DNA的体外复制包括3个步骤：变性（denaturation）:94C~95C

退火（annealing）:40C~70C

延伸（extension）:72C

3个步骤作为PCR的一个循环，每当完成一个循环，一个分子的模板被复制为二个，产物量以指数形式增长。PCR反应原理和反应过程第二十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日5’5’3’3’d.NTPs耐热DNA聚合酶引物5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’添加反应混合液及样本变性5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’退火加入试管中第二十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日延伸5’3’5’3’5’3’5’3’继续延伸5’3’5’3’5’5’TaqTaq3’5’3’TaqTaq5’5’循环第二十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日5’3’5’3’5’3’5’3’5’5’3’3’5’3’5’3’第二个循环4个拷贝第三个循环8个拷贝5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’3’5’5’3’5’3’5’3’5’3’第n个循环2n个拷贝第二十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PCR反应体系参与PCR反应的主要成份:模板、引物、dNTP、TaqDNA聚合酶和缓冲液等。第二十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日引物(Primers)

引物决定PCR扩增产物的特异性和长度化学合成的寡核苷酸能与模板特异地结合引物决定产物的特异性和长度引物设计时必须遵循一些原则

第二十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日设计引物的原则：二条引物分别位于被扩增片段的两端，与模板正负链序列互补长度为18~25个核苷酸二条引物之间避免形成引物二聚体引物的碱基组成应平衡引物的5`端可被修饰（引入酶切位点、引入突变位点、生物素等标记）第二十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日DNA聚合酶TaqDNA聚合酶复制的保真性：TaqDNA聚合酶无3’→5’外切酶活性，因而无校正功能，在复制新链的过程中会发生碱基错配。TaqDNA聚合酶在每次循环中产生的移码突变率为1/30000，碱基替换率为1/8000。第二十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期日扩增失败试剂错加或漏加实验中如发现对照样本也扩增失败，可用原试剂重复一次，以确定试剂是否错加或漏加。试剂失效变性温度偏低有些DNA所含G、C碱基对丰富，当变性温度偏低时，双链DNA不能完全解链。退火温度偏高第二十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期日标本中DNA含量过高或杂质过多。降低加样量拖尾可明显改善。Taq酶加量过大或扩增循环数太多拖尾第三十页，共七十四页，编辑于2023年，星期日非特异条带退火温度低,提高退火温度。引物特异性不佳，切胶纯化特异条带Taq酶加量过大或扩增循环数太多第三十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日引物二聚体引物量过多：降低引物浓度。引物设计问题操作问题：反应体系建立后，如在室温放置时间过长，会引起扩增后的二聚体加重。第三十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日应用PCR相关技术进行基因突变分析的策略与方法第三十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日策略与方法直接分析法：PCR片段大小分析：片段大小有明显差异PCR-RFLP：有酶切位点PCR-测序：确定突变点碱基改变多重连接探针扩增（MLPA）：片段缺失与重复RT-PCR:

基因大，可取到新鲜材料，且基因在其中有表达间接分析法：PCR-STR连锁分析：基因大；在已知致病基因编码区未检测到突变的家系第三十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日1.脊髓小脑性共济失调脊髓小脑性共济失调是遗传性共济失调的主要类型，包括SCA1－27。成年期发病、常染色体显性遗传及共济失调等是本病的共同特征，并表现在连续数代中发病年龄提前和病情加重（遗传早现）。SCA3是我国最常见的脊髓小脑性共济失调亚型，基因位于14q24..3－32，含4个外显子。CAG突变位于4号外显子，患者扩增拷贝数为61－89，正常人为12－41。第三十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日

NCF1F2F3F4F5PCM应用PCR技术分析一遗传性脊髓小脑性共济失调（SCA)3型家系NC:正常对照PC:阳性对照F:家系成员M:Marker结果：家系成员1、3、4有SCA3致病基因突变;家系成员2、5未检测到突变12345第三十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日2.脊肌萎缩症脊肌萎缩症(SpinalMuscularAtrophy,SMA)系指一类由于下运动神经元变性导致的进行性骨骼肌无力和萎缩的一组疾病,是儿童和少年常见的致死性常染色体隐性遗传病之一,其隐性致病基因携带率在人群中为1/40～1/50,发病率为1/6000～1/10000.第三十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日应用PCR-RFLP技术分析脊肌萎缩症（SMA）致病基因SMNPCR扩增SMN基因exon7,DraI酶切PCR产物.酶切N：正常人PCR产物被酶切为两条带酶切P：阳性对照PCR产物被酶切为一条短带病人1：结果显示SMN基因有突变病人2和3：结果显示未有突变第三十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期日3.腓骨肌萎缩症(CMT)CMT是一类周围神经系统遗传病,其遗传方式可为常染色体显性遗传(AD,占绝大多数)、常染色体隐性遗传(AR)及X连锁显性遗传(XD)依据病理和电生理特点分为两型:脱髓鞘型(CMT1型)和轴突型(CMT2型).CMT1型约占CMT总数的70%，70%以上CMT1由PMP22基因重复引起其中X连锁显性遗传CMT致病基因为CX32，含有2个外显子第三十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期日MLPA分析PMP22基因重复突变第四十页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PCR-测序直接分析CX32基因来诊断X连锁腓骨肌萎缩症第四十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日4.假肥大型肌营养不良症

假肥大型肌营养不良(DMD)是一种高发病率、高致残、高致死的X染色体连锁的遗传性疾病，在2500个活产男婴中即有一个患者致病基因DMD含有79个外显子

DMD的最主要遗传缺陷是外显子缺失，约占60%-70%第四十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日MLPA

技术简介MLPAMultiplexligation-dependentprobeamplification链接依赖型多探针扩增技术最早由荷兰人SchoutenJP(SchoutenJPetal,2002)在原有PCR技术上发展出来第四十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日MLPA

技术原理第四十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日MLPA方法检测DMD

12345第四十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日5.成人型多囊肾是一种最常见的单基因遗传性肾病，发病率约为1/1000其主要特征在双肾形成进行性增长的多个液性囊肿，最终可引起肾衰竭具有遗传异质性，存在两个主要的致病基因PKD1和PKD246第四十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日47ADPKD分子遗传基础GenePKD1PKD2PKD3?Chromosomallocus16p13.34q22-23ClonedYesYesPercentage~85%~15%Exons/Single-copyexons46/Ex35-4615/Ex1-15Mutationnumber343100HotmutationNoNo第四十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PKD1基因结构的复杂性第四十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PKD基因分析:直接基因突变分析：适于散发病例和小家系病例。具有结果判读的不确定性连锁分析:

适于分析在已知致病基因编码区未检测到突变的较大家系，不适于散发病例和小家系病例49第四十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PCR-测序分析在PKD1外显子编码序列上发现无义突变，使突变碱基所在密码子由CGA变为终止密码子TGA。第五十页，共七十四页，编辑于2023年，星期日连锁分析结果第五十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日新致病基因的研究方法和技术第五十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日家系连锁分析来定位:

适于分析较大的遗传病家系，不适于散发病例和小家系病例二代测序技术：适于散发病例和小家系病例研究对象不同，策略方法不同

连锁分析与二代测序相结合加快新基因的发现第五十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日ATGGTCTCACTGCAACCGATGGTCTCACTGTAACCGMetValSerLeuGlnProMetValSerLeuStop定位克隆第五十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日

利用被定位的基因与在同一染色体上另一遗传座位相连锁的特点，将该基因定位在某一染色体或染色体某一区带上。连锁分析第五十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日DNASTRSNP常见遗传标记第五十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日PCR-STR连锁分析CACACAPrimer1Primer2CACACACACACACACACACACACACACACA第五十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第五十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期日毛细管电泳分析PCR片段大小第五十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期日分析D4S1534D4S2929D4S2460D4S423I-1114,124176,178200,202105,112II-1114,120153,159200,202107,109II-2114,124157,176202,204105,112II-3114,122157,178200,202102,105II-4114,124157,176202,204105,112II-5114,124157,176198,202107,109III-1114,124153,176200,202109,112III-2114,124176,176202,202109,112第六十页，共七十四页，编辑于2023年，星期日连锁分析结果第六十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期日均匀分布于23对染色体上的STRSNP芯片通过全基因组扫描来定位基因第六十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期日外显子组测序用二代测序技术寻找致病基因全基因组测序第六十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第六十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第六十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第六十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第六十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期日第六十八页，共七十四页，编辑于