遺傳基礎知識與基因檢測技術(shù)-金域醫(yī)學課件

遺傳基礎知識與基因檢測技術(shù)長沙金域基因組中心遺傳基礎知識與基因檢測技術(shù)長沙金域基因組中心CONTENTS

目錄遺傳基礎知識概要基因變異及常用檢測技術(shù)全外顯子組測序報告解讀CONTENTS目錄遺傳基礎知識概要基因變異及常用檢測技術(shù)生命活動的主要承擔者——蛋白質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)：細胞膜骨架運動運輸：肌動蛋白、血紅蛋白信息協(xié)調(diào)：受體防御保護：抗體催化反應：酶生命活動的主要承擔者——蛋白質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)：細胞膜骨架3中心法則氨基酸代碼——蛋白質(zhì)ATCG代碼——DNA中心法則兩套代碼的橋梁遺傳物質(zhì)中心法則氨基酸代碼——蛋白質(zhì)ATCG代碼——DNA中心法則兩4遺傳物質(zhì)—DNADNA（脫氧核糖核酸）是生物體的主要遺傳物質(zhì)DNA的基本單位：脫氧核糖核苷酸DNA由4種脫氧核糖核苷酸組成脫氧核糖磷酸A腺嘌呤脫氧核糖核苷酸胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸胞嘧啶脫氧核糖核苷酸鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸脫氧核糖磷酸G脫氧核糖磷酸C脫氧核糖磷酸T遺傳物質(zhì)—DNADNA（脫氧核糖核酸）是生物體的主要遺傳物質(zhì)5遺傳物質(zhì)的主要載體染色體的結(jié)構(gòu)：DNA+蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)：核小體二級結(jié)構(gòu)：螺線管體三級結(jié)構(gòu)：超螺線管體四級結(jié)構(gòu)：染色體染色體壓縮至1/5壓縮至1/40壓縮至1/6壓縮至1/7染色體——遺傳物質(zhì)的主要載體：親代將自己的遺傳物質(zhì)以染色體的形式傳給子代，保持物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性遺傳物質(zhì)的主要載體染色體的結(jié)構(gòu)：DNA+蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)：核小6遺傳的實現(xiàn)—減數(shù)分裂減數(shù)分裂?期減數(shù)分裂∥期遺傳的實現(xiàn)—減數(shù)分裂減數(shù)分裂?期減數(shù)分裂∥期7生殖細胞中染色體數(shù)目減半的分裂方式保證物種染色體數(shù)目穩(wěn)定的機制配子結(jié)合適應環(huán)境變化不斷進化的機制染色體病發(fā)病的主要機制卵母細胞的形成遺傳的實現(xiàn)—減數(shù)分裂生殖細胞染色體復制一次分裂兩次，染色體數(shù)目減半生殖細胞中染色體數(shù)目減半的分裂方式卵母細胞的形成遺傳的實現(xiàn)—8基因基因是具有遺傳效應的DNA片段，是決定生物性狀的基本單位基因的化學本質(zhì)：DNA—脫氧核糖核酸基因的存在位置：主要是染色體，成線性排列基因基因是具有遺傳效應的DNA片段，是決定生物性狀的基本單位基因的基本結(jié)構(gòu)真核生物的基因是不連續(xù)的：外顯子和內(nèi)含子間隔排列啟動子非編碼區(qū)非編碼區(qū)RNA聚合酶結(jié)合位點編碼區(qū)外顯子內(nèi)含子編碼蛋白不編碼蛋白與蛋白結(jié)構(gòu)密切相關(guān)和基因表達調(diào)控相關(guān)基因的基本結(jié)構(gòu)真核生物的基因是不連續(xù)的：外顯子和內(nèi)含子間隔排/ATP7B基因部分截圖內(nèi)含子外顯子基因的基本結(jié)構(gòu)/ATP7B基因11基因人有約2萬個基因，每條染色體上都有上千個基因基因人有約2萬個基因，DNA基因的命名：字母+數(shù)字；如：DMD，ATP7B;基因的大小：幾千到百萬堿基不等;明確的單基因致病基因：3630個（參考OMIM）DNA基因的命名：字母+數(shù)字；如：DMD，ATP7B;13CONTENTS

目錄遺傳基礎知識概要基因變異及常用檢測技術(shù)全外顯子組測序報告解讀CONTENTS目錄遺傳基礎知識概要基因變異及常用檢測技術(shù)基因變異類型染色體畸變?nèi)旧w數(shù)目或結(jié)構(gòu)異常大片段變異大片段缺失、插入、重復和DNA重排（數(shù)十至數(shù)萬堿基對或更大）動態(tài)突變重復：三堿基重復、四堿基重復、多堿基重復等點態(tài)突單堿基、少數(shù)幾個堿基的插入、缺失、堿基替換；包括同義突變、錯義突變、無義突變、移碼突變、剪接位點突變等基因變異類型染色體畸變?nèi)旧w數(shù)目或結(jié)構(gòu)異常大片段變異大片段缺15染色體畸變定義：染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)的異常改變，是引起染色體病的原因染色體畸變數(shù)目異常結(jié)構(gòu)異常非整倍體改變整倍體改變?nèi)笔?、重復、倒位、易位染色體畸變嚴重者在胚胎早期死亡并自然流產(chǎn)，少數(shù)染色體畸變者能存活至出生，常造成機體多發(fā)畸形、智力低下、生長發(fā)育遲緩和多系統(tǒng)功能障礙染色體畸變定義：染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)的異常改變，是引起染色體病的染色體核型分析染色體核型分析17特殊面容：臉扁平，眼距寬，外眼角上斜，鼻梁低平，內(nèi)眥贅皮，舌大，張嘴，流涎；智力低下；肌張力降低和體格發(fā)育遲緩低；多發(fā)性先天性心臟病。唐氏綜合征特殊面容：臉扁平，眼距寬，外眼角上斜，鼻梁低平，內(nèi)眥贅皮，舌18用于檢測CNV的染色體芯片（CMA)在下列情況應作為一線檢測手段非已知綜合癥的多發(fā)畸形非綜合癥型的發(fā)育遲緩/智力低下孤獨癥譜系疾病進一步明確發(fā)育遲緩、語言發(fā)育落后和其他尚不明確遺傳學病因的癥狀對于一些CMA檢出不平衡的病例，建議用細胞遺傳/FISH進行確認，同時對父母進行臨床遺傳評估和咨詢大片段變異—CMA應用指南用于檢測CNV的染色體芯片（CMA)在下列情況應作為一線檢測19CMA結(jié)果：染色體22q13.3-qter

缺失903Kb結(jié)論：Phelan-McDermid綜合征臨床表現(xiàn)CMA案例先證者表型：自閉癥、發(fā)育遲緩、中到重度智力低下、肌張力低下、語言障礙，可伴有癲癇和行為異常，特殊面容？CMA結(jié)果：染色體22q13.3-qterCMA案20fatherprobandmotherFISH檢測結(jié)果基因（或DNA片段）的染色體定位；染色體數(shù)目與結(jié)構(gòu)異常的檢測；間期細胞遺傳學（絨毛/羊水/精子/卵裂球/其它間期細胞研究與診斷）fatherprobandmotherFISH檢測結(jié)果基因（21可應用于缺失、重復突變檢測，主要針對基因外顯子。亦可用于分析特定的點突變（通常是熱點突變）常見應用：神經(jīng)肌肉疾病——肌營養(yǎng)不良、脊肌萎縮癥、遺傳性痙攣截癱、腓骨肌萎縮癥；遺傳代謝疾病——苯丙酮尿癥、銅代謝異常、粘多糖癥、溶酶體貯積癥、氨基酸代謝障礙多重連接酶依賴性探針擴增技術(shù)（MLPA）

——大片段缺失、點突變可應用于缺失、重復突變檢測，主要針對基因外顯子。亦可用于分SMA病例（家系）分析黃色新，中國優(yōu)生與遺傳雜志，2016一對夫婦自述第一個孩子（先證者）患脊肌萎縮癥，基因檢測結(jié)果顯示先證者發(fā)生SMN1基因外顯子7和8純合缺失，5個半月夭折；兩年后再次妊娠，羊水穿刺基因檢測結(jié)果顯示SMN1基因外顯子7、8純合缺失，診斷為脊肌萎縮癥，已引產(chǎn)。SMA病例（家系）分析黃色新，中國優(yōu)生與一對夫婦自述第一個孩SMA病例（家系）分析2015年欲行胚胎植入前遺傳學診斷，MLPA檢測結(jié)果顯示先證者母親SMN1基因外顯子7、8為單拷貝，為雜合缺失；先證者父親SMN1基因外顯子7、8的拷貝數(shù)為2，親緣關(guān)系分析支持先證者與父親存在血緣關(guān)系黃色新，中國優(yōu)生與遺傳雜志，2016先證者祖母SMN1基因外顯子7、8拷貝數(shù)為3，祖父SMN1基因外顯子7、8拷貝數(shù)為1？SMA病例（家系）分析2015年欲行胚胎植入前遺傳學診斷，M檢測動態(tài)突變片段的長度，對重復區(qū)異常定性或?qū)χ貜痛螖?shù)定量。主要應用：脆性X綜合征、強直性肌營養(yǎng)不良DM1、脊髓小腦共濟失調(diào)、肌萎縮側(cè)索硬化癥、舞蹈癥片段分析——動態(tài)突變檢測動態(tài)突變片段的長度，對重復區(qū)異常定性或?qū)χ貜痛螖?shù)定量。片脆性X綜合征脆性X綜合征：是遺傳性智力障礙和孤獨癥譜系最高發(fā)的單基因病。脆性X綜合征脆性X綜合征：是遺傳性智力障礙和孤獨癥譜系最高發(fā)臨床特征1、典型脆性X綜合征智力發(fā)育障礙特殊面部特征：頭圍增大、面部瘦長前額突出、大耳朵與招風耳、高腭弓、大嘴巴和突出的下顎等結(jié)締組織功能異常：異常松軟的皮膚、手指關(guān)節(jié)過度伸展、扁平足、甚至關(guān)節(jié)脫位其他：男性青春期后的睪丸異常增大等2、脆性X震顫共濟失調(diào)綜合征意向性震顫、小腦共濟失調(diào)、認知能力退化等。3、脆性X相關(guān)性卵巢早衰提早閉經(jīng)、骨質(zhì)疏松、抑郁焦慮等臨床特征1、典型脆性X綜合征組成：（CGG）n的重復順序位置：FMR1基因1號外顯子的5'-非翻譯區(qū)特點：正常人群（CGG）n的重復順序的數(shù)目在5-45之間，常含2-3個AGG中斷多態(tài)性——包括（CGG）n的重復個數(shù)和AGG的中斷數(shù)及中斷位點不穩(wěn)定性——當（CGG）n重復數(shù)超過60個后，或當AGG的中斷丟失導致連續(xù)的CGG超過35-40個重復后，在細胞的減數(shù)分裂和有絲分裂過程中形成重復順序擴增三核苷酸重復順序擴增組成：（CGG）n的重復順序三核苷酸重復順序擴增正常個體、前突變個體以及全突變個體FMR1基因轉(zhuǎn)錄和翻譯示意圖正常個體、前突變個體以及全突變個體FMR1基因轉(zhuǎn)錄和翻譯示意錯義突變TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAAGAATTTACG5’3’SerGlnGluPheThr……同義突變TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAAAAGTTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……

c.867A>G(exon4)，p.K233E編碼序列867位堿基由A變成G，（位于外顯子4），導致第233位氨基酸由K變?yōu)榘被酔

c.845A>G(exon4),p.K193K編碼序列845位堿基由A變成G，（位于外顯子4），導致第193位氨基酸由K變?yōu)榘被酜點突變錯義突變TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnL點突變無義突變移碼突變TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAATAATTTACG5’3’SerGlnStop…5’TCTCAAAAATTTACG3’SerGlnLysPheThr……

c.112A>T(exon4)，p.K38X，70編碼序列8112位堿基由A變成T，（位于外顯子4），導致第38位氨基酸由K變?yōu)榻K止密碼子（用X表示），且相對原來縮短70個氨基酸

c.191(exon4)insG,p.K64Efs＊30編碼序列191位（位于外顯子4）插入堿基G，導致其編碼的蛋白從第64位氨基酸開始算起，再翻譯29個氨基酸（包含第64位）后終止，且這29個氨基酸是移碼的，序列和原來的序列不同，第30位是終止密碼子TCTCAAGAAATTTACG5’3’SerGlnGluIleTyr……點突變無義突變移碼突變TCTCAAAAATTTACG5’3’c.3675(exon22)_c.3676(exon22)insTCTp.S1225_E1226insS編碼序列3675~3676位（位于外顯子22）插入TCT堿基，致使第1225位（S）至1226位（E）氨基酸之間插入氨基酸S非移框突變TCTCAAAAATTTACG5’3’SerGlnLysPheThr……TCTCAAAAATCTTTTACG5’3’SerGlnLysSerPhe……Thr點突變—插入/缺失c.3675(exon22)_c.3676(exon22)DNAmRNA剪接位點突變（splice

site

mutation）點突變—剪接位點DNAmRNA例：IVS2+1G>TDNAmRNA剪接位點突變（splice

site

mut

經(jīng)典的直接測序方法，基因突變檢測的“金標準”主要檢測微小的基因突變（包括點突變、微小插入缺失或重復），包括

核基因和線粒體基因局限性：僅適用于單基因遺傳病檢測，無法檢測多基因遺傳?。ㄍ坑邢蓿┮淮鷾y序：Sanger測序經(jīng)典的直接測序方法，基因突變檢測的“金標準”一代測序：S技術(shù)特點：讀長較短（150-300bp），但是可以通過超大量的平行測序，獲得大量的序列。優(yōu)勢：高通量；經(jīng)濟；高靈敏度；檢測變異范圍廣：從堿基到染色體。二代測序技術(shù)（NGS）

技術(shù)特點：讀長較短（150-300bp），但是可以通過超大量CONTENTS

目錄遺傳基礎知識概要基因變異及常用檢測技術(shù)全外顯子組測序報告解讀CONTENTS目錄遺傳基礎知識概要基因變異及常用檢測技術(shù)ACMG遺傳變異分類標準與指南ACMG遺傳變異分類標準與指南ACMG遺傳變異分類標準與指南ACMG遺傳變異分類標準與指南致病變異證據(jù)

條件PVS1PSPMPPBPBSBA致病1個PVS+1個以上的PS11

1個PVS+2個以上的PM1

2

1個PVS+1個PM+1個PP1

11

1個PVS+2個以上的PP1

2

2個以上的PS

2

1個PS+3個以上的PM

13

1個PS+2個PM+2個以上的PP

122

1個PS+1個PM+4個以上的PP

114

致病變異證據(jù)條件PVS1PSPMPPBPBSBA致病1個P可能致病變異證據(jù)

條件PVS1PSPMPPBPBSBA可能致病1個PVS+1個PM1

1

1個PS+1個或2個PM

11

1個PS+2個以上的PP

1

2

3個以上的PM

3

2個PM+2個以上的PP

22

1個PM+4個以上的PP

14

可能致病變異證據(jù)條件PVS1PSPMPPBPBSBA可能致ACMG遺傳變異分類標準與指南VUS?ACMG遺傳變異分類標準與指南VUS?全外顯子報告單解讀微小變異+CNV分析+結(jié)果驗證全外顯子報告單解讀微小變異結(jié)果解釋結(jié)果解釋基因變異解釋基因變異解釋基因功能與關(guān)聯(lián)疾病基因功能與關(guān)聯(lián)疾病數(shù)據(jù)庫收錄數(shù)據(jù)庫收錄數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量其他內(nèi)容其他內(nèi)容家系病例：NP19*****（實驗號）

臨床診斷：男，7天，疑似甲基丙二酸血癥

送檢套餐：全外顯子測序Trio家系套餐

案例分享-TRIO家系病例：NP19*****（實驗號）

臨床診斷：男，7天，先證者基因檢測結(jié)果基因染色體位置轉(zhuǎn)錄本號外顯子號cDNA水平蛋白質(zhì)水平雜合變異來源變異等級MUT6p21NM_000255.3Exon6c.1280G>Ap.(Gly427Asp)Het母親可能致病MUT6p21NM_000255.3Intron9c.1677-1G>Ap.?Het父親致病ATP7B13q14NM_000053.3Exon12c.2804C>Tp.(Thr935Met)Het父親致病MUT基因發(fā)生致病變異可引起mut型甲基丙二酸血癥，以常染色體隱性的方式遺傳。患者的父母往往均攜帶病理性變異。攜帶病理性變異的父母每次生育子女均有25%的可能為患者?；颊吒改傅钠渌H屬亦具有攜帶相同病理性變異的風險。ATP7B？先證者基因檢測結(jié)果基因染色體位置轉(zhuǎn)錄本號外顯子號cDNA水平父母攜帶變異ATP7B基因如發(fā)生致病變異可引起肝豆狀核變性，以常染色體隱性的方式遺傳。患者的父母往往均攜帶病理性變異，攜帶病理性變異的父母每次生育子女均有25%的可能為患者?；颊吒改傅钠渌H屬亦具有攜帶相同病理性變異的風險基因染色體位置轉(zhuǎn)錄本號外顯子號cDNA水平蛋白質(zhì)水平雜合變異來源變異等級ATP7B13q14NM_000053.3Exon12c.2804C>Tp.(Thr935Met)Het父親致病ATP7B13q14NM_000053.3Exon2c.588C>Ap.(Asp196Glu)Het母親可能致病意外發(fā)現(xiàn)父母攜帶變異ATP7B基因如發(fā)生致病變異可引起肝豆狀核變性，為什么要做全外顯子測序？適用于高度懷疑患有遺傳病但又沒有明確指向的患者（或者懷疑攜帶有變異的家屬）?？梢愿咝У睾Y查可能存在的遺傳病因