第8章第1节基因诊断课件

一、基因诊断的概念和特点

二、基因诊断的主要技术方法三、常见的基因异常及其检测四、疾病的基因诊断(自习)五、基因诊断在法医学上的应用第一节 基因诊断

(gene

diagnosis)03:28:13103:28:132（一）概念基因诊断通常是指利用分子生物学的方法技术，直接检测体内DNA的结构变异或RNA的水平变

化，从而对疾病作出诊断的方法。—

、基因诊断的概念和特点适用于遗传性疾病、感染性疾病、肿瘤等多种疾病的诊断，以及个体识别和亲子鉴定等法病学领域。03:28:133（二）特点--以已知基因作为检测对象（l）特异性强：直接检测导致疾病发生的基因变化；灵敏度高：所采用的分子杂交和聚合酶链反应等技术都具有信号放大作用；取样便利：一般不受组织或时相的限制；早期诊断：易在疾病尚无临床表现时作出诊断；应用广泛：可检测自体基因和外源基因。—

、基因诊断的概念和特点03:28:174(一)核酸分子杂交（NA

hybridization）(二)聚合酶链式反应（PCR）技术

(三)单链构象多态性分析（SSCP）(四)DNA分子多态性（DNA

polymorphism）分析(五)限制性片段长度多态性（RFLP）分析(六)显微切割（microdissection）技术(七)DNA序列测定（DNA

sequencing）二、基因诊断的主要技术方法03:28:175(一)核酸分子杂交Southern/DNA印迹、Northern/RNA印迹

(第七/六章)和Western/蛋白质印迹(第九/二章)其他杂交方法:斑点印迹(dot

blotting)与狭缝杂交组织原位杂交(tissure

in

situ

hybridization)等位基因特异性寡核苷酸杂交(allele-specific

oligonucleotide

hybridization,

ASOH)DNA 芯片(DNA

chip)技术二、基因诊断的主要技术方法1.斑点印迹(dot

blotting)杂交方法：

将核酸(DNA或RNA)样品点在NC膜上，变性后与标记探针结合，显影或显色，密度测量，与对照品比较确定所测核酸量的高低。应用：

主要用于检测细胞基因拷贝数的变化或者mRNA含量的变化。特点：

便于大规模检测和筛选；容易出现假阳性。03:28:17603:33:2782.组织原位杂交(tissure

in

situ

hybridization

)方法：

组织或细胞 (新鲜组织切片、细胞涂片或石蜡切片)样品做适当处理(如固定剂固定、蛋白酶消化)，使其通透性增大，标记探针进入细胞内与核酸杂交。应用：被检测基因或mRNA在细胞内的检测及定位。1986创建的荧光原位杂交(FISH)

用于特定基因的定位及其缺失、扩增或重排的检测。特点：不需提取被检核酸，可确定被检核酸细胞内定位。03:33:279原癌基因ERBB-2(Her-2)，基因扩增荧光原位杂交检测03:33:421003:33:42123.等位基因特异性寡核苷酸杂交(ASOH)方法：

根据已知基因突变位点的碱基序列，设计和制备与野生型或突变型基因序列片段互补的两种探针，分别与被检DNA进行杂交，确定基因突变存在与否，分辨纯/杂合子。应用：

基因结构变异所致疾病的诊断。特点：杂交条件要求严格，以避免出现假阳性或假阴性。13N：正常基因；H：杂合子基因；M：突变基因ASO1ASO2NHMASOH示意图03:33:4603:33:46144.

DNA

芯片(DNA

chip)技术方法：DNA点阵(DNA

array)——把多种已知序列的DNA片段排列在固体支持物上，同时对样品中的多种核酸进行检测和分析。DNA微阵列(DNA

microarray)——通过计算机控制点样和图像扫描的高密度集成探针的杂交技术。应用：单核苷酸多态性(SNP)、基因表达谱和遗传性疾病的分析；病原微生物的大规模检测。03:33:4715(二)PCR技术

(第七/七章)1.

PCR技术的原理以DNA分子为模板，加入与拟扩增DNA片段两端分别互补的一对寡核苷酸链作为引物，在DNA聚合酶的催化下，按照半保留复制的形式分别合成两股新的DNA互补链，可使两引物间的DNA片段拷贝数增加一倍。多次重复这一过程，可使这段DNA拷贝数随复制次数以指数形式扩增。二、基因诊断的主要技术方法2. 基因诊断中常用的PCR及其衍生技术DNA的微量分析PCR法灵敏度高，对模板DNA纯度要求不高，且样品用量极微(如一滴血、一根头发等)。RT-PCR(reverse transcriptional-PCR)总RNA(或mRNA) ss-cDNAds-cDNAPCR扩增03:34:2316(3)巢式-PCR(nested

PCR)用2对引物(外引物、内引物)扩增，大大提高了扩增的特异性(4) 不对称PCR(asymmetric

PCR

)2个引物浓度不等，一般采用50:1或100:1的摩尔比，主要获取单链DNA作构象分析或用作探针。03:34:231703:34:2318(5)多重PCR(multiplex

PCR)在同反应体系中加入多对引物，同时扩增同一DNA样品中的多个不同序列区域，且每对引物所扩增的产物长度都不同，可根据电泳结果判断是否存在某些基因片段的缺失或长度改变。(6)等位基因特异性PCR(AS-PCR)针对等位基因的序列差异区域设计引物，使引物的3’端与等位基因序列的差异碱基对应，仅能与突变型或野生型互补。03:34:4419(7)原位PCR

(in

situ

PCR,IS-PCR) 技术细胞和组织经固定剂固定、蛋白酶消化，使细胞获得适度的通透性，既利于

PCR反应试剂到达靶位，又可防止扩增产物从细胞内漏出；把载玻片的靶DNA进行常规PCR(病毒RNA的扩增用RT-PCR);最后通过间接法(原位杂交)或直接法(PRC过程中加入标记)检测扩增产物。（8）实时荧光定量PCRPCR扩增时，Taq酶的

5’-

3’

外切酶活性将探针酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而使荧光监测系统可接收到荧光信号；每扩增一条DNA链，就有一个荧光分子形成，实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。03:34:442003:34:4421(三) 单链构象多态性分析(single

strand

comformation

polymorphism,

SSCP)利用单个或多个碱基不同、但序列长度相等的双链核酸分子，经变性成单链后可具有不同的构象而在中性PAGE电泳中的迁移率不同；与正常的电泳图型对照，出现新条带即可判定存在碱基变异。二、基因诊断的主要技术方法与PCR联用称为PCR-SSCP；广泛用于大批样品基因突变的检测(初筛)。03:29:492203:29:5023(四)DNA分子多态性

(DNA

polymorphism

)分析限制性片段长度多态性的检测(restriction

fragment

length

polymorphism,

RFLP

)数目可变的串联重复序列多态性的检测(variable

number

of

tandem

repeats,

VNTR)单核苷酸多态性(single

nucleotide

polymorphism,

SNP

)二、基因诊断的主要技术方法03:29:5024VNTR的重复序列出现次数在6次100次之间；根据重复单元长度可分为：小卫星DNA(minisatellite

DNA):重复单元长度为6~70bp；微卫星DNA(microsatellite

DNA

):重复单元长度为1~6bp。短串联重复DNA(short

tandem

repeat

DNA,STRDNA):重复单元长度为2~6bp。不同个体间重复单元[如(CA)n/(TG)n]的拷贝

数(即出现的频率)不同，因而产生多态性，称为

VNTR多态性。VNTR多态性：限制酶识别位点限制酶识别位点03:29:502503:29:5026(五) 限制酶谱分析当某种限制酶的切点改变时(由点突变、单个碱基的插入或缺失引起)，用该种限制酶切割后得到的DNA片段的大小和数目都随之发生变化，通过电泳分析即可作出判断。PCR-RFLP设计适当的扩增引物，使扩增片段包括某一个或数个限制性内切酶识别序列，在PCR扩增后用该限制酶切割PCR产物，根据电泳后酶切片段长度变化，即可作出诊断。二、基因诊断的主要技术方法A

B

CDEF

G—＋DEFCBAG-GAATTC--CTTAAG-C

+DEFBAG—＋EcoR

Ⅰ限制性内切酶位点的变化03:29:502703:35:2428(六)显微切割(microdissection)技术组织细胞的显微切割是应用激光捕获显微镜，在高倍镜下选择几个甚至一个细胞进行分析；可用于石蜡包埋组织进行回顾性诊断。染色体的显微切割。是切割分裂中期的染色体的目的区域，如某些断裂或易位、倒位位点的染色体片段，再进行后续分析。二、基因诊断的主要技术方法瑞士

MII

CellCut 全自动激光显微切割（荧光）系统可通过紫外激光切割需要分离的组织，然后通过有黏性的

Eppendorff管盖进行收集，这样就可以将特定类型的细胞从组织切片上分离下来。03:35:2429可以准确、快速、无损伤地分离出纯净

的特定细胞或组织，

保持细胞内生物分子的完整性，以便用于后续的DNA、RNA和蛋

白质分析。配有近红外激光(波长810nm)；紫外激光(波长349nm)；红色、绿色、蓝色三种荧光滤光片。美国Arcturus公司的Veritas激光捕获显微分离仪03:35:2430PICS

Altra

II流式细胞仪(分析分选)03:35:5031(七)DNA序列测定该法是基因诊断所有的技术方法中最准确最可靠的—种。缺点：费时、费力、费用高。二、基因诊断的主要技术方法03:35:513203:35:5133(一)点突变的检测(二)大片段核苷酸丢失或插入的检测(三)基因重排的检测(四)基因扩增的检测

(五)DNA多态性的检测(六)基因表达异常的检测

(七)病原体基因的检测三、常见的基因异常及其检测03:35:5134(一)点突变的检测狭义的点突变指碱基替代，分为单点突变和多点突变；广义的点突变还包括少数核苷酸的缺失或插入。1.已知点突变的检测突变位点已被阐明的遗传病，可采用PCR等

位基因特异性寡核苷酸杂交(PCR/AS0H)检测。三、常见的基因异常及其检测03:35:5135PCR/AS0H

检测:根据突变点上下游的序列设计合成引物，PCR 扩增出突变区的DNA片段。将PCR产物用斑点或狭缝点样器点在尼龙膜上，以紫外线照射固定。针对上述每种突变位点，分别合成2个寡核苷酸探针；其中一个具有正常的碱基序列，另一个则具有突变的

碱基序列。分别预杂交、杂交、洗膜、放射自显影或显色。分析正常探针及突变探针分别杂交得到的显影或显色图谱，即可作出基因诊断N：正常基因；H：杂合子基因；M：突变基因(PCR/AS0H

检测示意图)ASO1ASO2NHM03:35:513603:31:02372.未知点突变的检测初筛：PCR-SSCP分析法确认：DNA

sequencing。PCR-SSCP:

广泛用于大批样品基因突变的检测(初筛)。03:31:023803:31:02393.

少数核苷酸缺失或插入的检测可供选择的方法：PCR-RFLP分析、AS-PCR、PCR-SSCP及DNA测序等镰形细胞贫血原因：β-珠蛋白链第6位密码子GAG→GTG，造 成Glu→Val所致。方法：设计一对引物PCR扩增可得294bp，OxaNI消化，电泳。bp29419110303:31:0240A

B

CA：正常人B：纯合子病人C：杂合子病人结果：(二)

大片段核苷酸丢失或插入的检测中等长度

(0.5-1.5kb)

的DNA片段缺失或插入，

可用一对引物的普通PCR检测。若基因较大度

(大于1.5kb)

，且多个位点

存在插入或缺失、位点间距离较远，宜采用多重PCR法检测。5’3’03:31:02413’5’（多重PCR的引物设计示意图）三、常见的基因异常及其检测03:31:0242DMD基因定位于人类

X染色体短臂

Xp21.2上。位于该区的dystrophin(肌营养不良蛋白)基因的突变或部分缺失，是导致DMD的原发病因。dystrophin基因中有9个易发生缺失的热点区

片段,它们分别位于外显子4、8、12、17、19、44、45、48和51。杜氏肌营养不良症(Duchenne

muscular

dystrophy,DMD)03:36:2543多重PCR法检测中的基因突变同时用2对引物双重扩增dystrophin基因外显子17和48区域内的2个片段，可检测出75％左右的基因缺失型患者；若同时用9对引物多重扩增，则可以检测到

90％左右的基因缺失型患者。03:36:2544(三) 基因重排的检测基因从一条染色体的正常位置转移到其他染色体的某个位置称基因易位或重排。荧光原位杂交技术(FISH)

。可用不同颜色的荧光标记DNA探针，可在染色体上定位基因或DNA片段及它们彼此间的排序。PCR扩增前提条件是已知重排基因和位点的序列。三、常见的基因异常及其检测荧光原位杂交（双色FISH）4503:31:2646(四) 基因扩增的检测基因扩增指基因拷贝数增加的现象,可增加几十到上千倍。可用待测基因的DNA片段或cDNA片段为探针，基因组DNA采用适当的限制酶酶切后作Southern印迹杂交分析。三、常见的基因异常及其检测03:31:2647(五)DNA多态性的检测限制性片段长度多态性(RFLP)多态性位点周围DNA序列已知时，可用PCR/RFLP分析。数目可变串联重复序列(VNTR)多性针对串联重复序列两侧的DNA序列设计引物，PCR 扩增后电泳。三、常见的基因异常及其检测03:31:2648(六)基因表达异常的检测1

.mRNA 的相对定量分析斑点杂交或狭线杂交放射或非放射标记的cDNA探针与待测RNA杂交，经显影或显色，与正常对照比较即可定量待测RNA。RT-PCR

法对电泳凝胶中的扩增产物cDNA行光密度扫描，计算模板mRNA的量；若dNTPs 带放射性标记，作放射活性测定，并由此推算mRNA的含量。三、常见的基因异常及其检测03:36:32492.mRNA的绝对定量分析采用一系列已知不同浓度的与待测mRNA序列相同但长度不同的内对照mRNA，在同一体系中一同进行RT-PCR(加32p-dCTP)，扩增产物经电泳分离，分别测定两者放射性强度，绘制标准曲线即可查出特异mRNA的量。用荧光定量PCR法对扩增产物定量。mRNA的长度分析采用Northern印迹杂交法检测某种特异的mRNA的长度有否改变；先分析RT-PCR产物电泳条带长度，后测序确认。2023/9/1850(一)遗传病的基因诊断血红蛋白病（hemoglobinopathy）苯丙酮尿症(phenylketonuria,PKU)(二) 感染性疾病的基因诊断乙型肝炎的基因诊断痢疾杆菌和侵袭性大肠杆菌的检测(三) 肿瘤的基因诊断肺癌(lung

cancer)乳腺癌(breast

canc