基因檢測專業(yè)講課稿

關(guān)于基因檢測專業(yè)講課稿2024/4/282人類基因組計劃

TheHumanGenomeProject第2頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/283人類基因組計劃能帶給我們什么?基因組信息翻譯臨床應(yīng)用保健應(yīng)用基因檢測必然會成為重要的醫(yī)學檢查技術(shù)第3頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/284“人類基因組計劃的完成為醫(yī)學提供了大量信息，由此發(fā)展出1000余種疾病的基因診斷技術(shù)，目前已經(jīng)有700余種用于臨床。其中大部分可以診斷發(fā)病率低的遺傳病，但是越來越多的基因診斷技術(shù)被用于廣大人群，主要用于：1.疾病相關(guān)基因變異攜帶者的發(fā)現(xiàn)

2.常見疾病的遺傳風險預(yù)測和提示

3.指導(dǎo)個體化用藥基因檢測和其它正在發(fā)展遺傳篩選和預(yù)防技術(shù)將對人類的健康醫(yī)療產(chǎn)生巨大的影響?！?/p>

—美國國家疾病控制中心基因檢測部第4頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/285美國疾病預(yù)防控制中心/第5頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/286美國基因檢測中心/第6頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/287北京大學醫(yī)學遺傳中心

/index.htm分子診斷：

1.Prader-Willi綜合征（Prader-Willisyndrome,PWS

2.延髓脊髓性肌萎縮（SpinalandbulbarmuscularAtrophy,SBMA）3.鐮刀狀貧血（SickleCelldisease，SCD）4.脆X綜合征（FragileXsyndrome）5.V因子點突變分析（FactorVdeficiency）6.脊髓性肌萎縮癥（SpinalMuscularAtrophy，SMA）

7.強直性肌營養(yǎng)不良（MyotonicDystrophy，DM）8.脊髓小腦共濟失調(diào)（SpinocerebellaAxia,SCA）9.腓骨肌萎縮癥（Charcot－Marie－Toothdisease，CMT）10.脊索側(cè)索硬化（AmyotrophicLateralSclerosis，ALS）11.弗里德里西共濟失調(diào)（FriedreichAtaxia，F(xiàn)RDA）12.齒狀核紅核蒼白球路易斯核萎縮（Dentatorubarl-PallidoluysianAtrophy，DRPLA）

13.亨廷頓（Huntingtondisease，HD）14.安吉曼綜合癥Angelmansyndrome,(AS)15.先天性無虹膜癥(Aniridia)第7頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/288一.什么是基因？基因是DNA起作用的單位。DNA含有大量的化學信息數(shù)據(jù)庫，攜帶合成所有細胞所需蛋白質(zhì)的整套信息。每個基因含有一套指導(dǎo)信息，通常編碼一個特定蛋白。第8頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/289十七,十八世紀普遍認為為遺傳是預(yù)成的。達爾文(CharlesDarwin,1856)

孟德爾(GregorMendel(1866)第9頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2810什么是人基因組?

細胞細胞核染色體第10頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2811DNA與染色體結(jié)構(gòu)

DNA分子(chromosome)鹼基ATGC第11頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2812基因第12頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2813基因組包括所有基因

蛋白質(zhì)2蛋白質(zhì)1非編碼區(qū)非編碼區(qū)基因1編碼區(qū)基因2編碼區(qū)第13頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/281423對染色體 32億堿基對人類細胞含有兩套染色體，一套來自于父親，一套來自于母親。第14頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2815二.基因是如何工作的？雖然每個含有一套完整的基因，但是細胞使用基因的時候是有選擇性的，使得腦細胞與骨細胞不同。

一個正常細胞只會激活實時需要的基因而抑制其它基因的活力。第15頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2816基因通過它們所編碼的蛋白質(zhì)決定人體的特征，包括人體如何應(yīng)對環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。第16頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2817氨基酸Lysinesidechain20種不同的氨基酸BasicStructure

ofanAminoAcidGraphicRepresentationofanAminoAcidLysineCarboxylgroupAminogroup第17頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2818側(cè)鏈親水的氨基酸LysineWaterOilHistidineGlutamicacidAsparticacidArginine第18頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2819側(cè)鏈親脂肪的氨基酸AlanineWaterOilMethioninePhenylalanineProlineCysteineTryptophanLeucineGlycineValineIsoleucine第19頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2820側(cè)鏈親水和脂肪的氨基酸WaterOilSerineTyrosineAsparagineThreonineGlutamine第20頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2821蛋白質(zhì)AminogroupCarboxylgroupPeptidebondAminogroupAminogroupCarboxylgroupCarboxylgroupPeptidebond第21頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2822基因到蛋白質(zhì)IDNATACGCAATATGCATTAUGCGUUAUACGUAAmRNA第22頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2823基因到蛋白質(zhì)II第23頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2824RibosomemRNAtRNAACodons:AUG=Methionine=StartCGU=ArginineUAU=TyrosineACG=ThreonineUAA=StopMethionineArginineThreonineTyrosineUGCGUUAUACUAAGStopTyrosineMethionineThreonineArginine基因到蛋白質(zhì)III第24頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2825蛋白質(zhì)折疊與功能Aminoacidchaingrowsandfoldsintoa3-Dstructure.第25頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2826第26頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2827三.基因是如何引發(fā)疾病的？一個人的健康依賴于上千個蛋白質(zhì)持續(xù)共同作用，在正確的地方以正確的數(shù)量一起發(fā)揮作用。第27頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2828在最近的10年中，對于人類遺傳學的研究得到了長足的發(fā)展。而在疾病遺傳基礎(chǔ)方面，人類基因的理解也飛速發(fā)展。目前超過4000種疾病(例如鐮刀細胞貧血癥和囊性纖維性變病)被認為是具有遺傳性的，并且在家族中傳遞。并且現(xiàn)在已經(jīng)知道在普通條件下，如心臟病、糖尿病和多種癌癥中我們基因發(fā)生的變化起到了重要作用。

基因與人類健康密切相關(guān)第28頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2829疾病與基因有關(guān)許多疾病可以追溯到我們自身的基因上。單基因疾病:

一個基因的異常引起的疾病，從母親和/或者父親那里繼承的突變基因相關(guān)。多基因疾病:

疾病的發(fā)生與多個基因有關(guān)，常見疾病如心血管病,糖尿病,大多數(shù)癌癥,老年性癡呆等與多種基因，以及環(huán)境和基因互相作用相關(guān)。第29頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2830單基因疾病僅與一個特定的基因密切相關(guān)，大多數(shù)比較少見的遺傳性疾病屬于這一類。在這類疾病發(fā)生原因中單個基因突變的影響力可以達到80%以上。

地中海貧血(MediteraneanAnemia)亨廷頓氏?。℉untington’sDisease，HD）肌肉營養(yǎng)不良性萎縮（DuchenneMuscularDystrophy，DMD）苯丙酮尿癥（Phenylketonuria,簡稱PKU）第30頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2831單基因疾病分類:AD:

常染色體顯性遺傳AR:

常染色體隱性遺傳XD:X染色體顯性遺傳XR:X染色體隱性遺傳Y-:Y連鎖遺傳第31頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2832多基因疾傳病有一定的遺傳基礎(chǔ)和家族聚集現(xiàn)象，它不取決于一對基因，而是幾對基因。同時，還受環(huán)境因素影響，它不遵守孟德爾遺傳定律。易感性：susceptibility

?由遺傳因素決定的患病的風險，在一定的環(huán)境條件下，易感性的高低可以代表易患性的高低。?多基因病，遺傳因素決定的不是疾病本身，而是這種疾病的遺傳易感性。?有遺傳易感性的個體能否發(fā)病，取決于各種遺傳因素和環(huán)境因素的相互作用，包括飲食、活動、有害因子等。第32頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2833疾病癥狀與幾個或者更多突變等位基因有關(guān),2.各個基因分別對疾病只產(chǎn)生小的影響,3.基因的表現(xiàn)受到大量外界因素的影響。

多基因疾病與多個基因有關(guān)，如高血壓病與近20個基因有關(guān)。癌癥、高血壓病、糖尿病、老年性癡呆、中風、冠心病等，大多數(shù)疾病與基因的關(guān)系是：疾病是基因與外界因素相互作用的結(jié)果,基因突變并不一定導(dǎo)致疾病。因此通過基因檢測了解等位基因的突變,可以調(diào)節(jié)外界因素(生活環(huán)境/生活習慣/飲食)。做到避免或延緩疾病，或減輕癥狀，及早治療。第33頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2834基因的變異每個人的基因系列基本是一樣的但是每個基因有不同的形式—

等位基因受累的父親正常的母親受累受累正常正常第34頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2835基因突變的方式:?

基因上單個堿基的突變，?基因的片段的丟失和增加?

拷貝數(shù)增加?染色體異常第35頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2836基因的變異是如何發(fā)生的？遺傳性突變(生殖性突變)—

從父母親那里繼承的獲得性突變(體細胞突變)—

體細胞突變在個別細胞DNA中出現(xiàn)

第36頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2837什么是基因組的變異?人類共有序列有變異的序列多態(tài)性缺失移位插入,重復(fù)染色體第37頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2838基因突變可能產(chǎn)生三種后果：不影響編碼蛋白的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)仍有功能，但有缺陷蛋白質(zhì)會完全失去作用第38頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2839人類基因組的變異個體1個體2=DNA中的變異第39頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2840不造成后果的變異=不造成后果的變異第40頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2841造成后果的變異=造成后果的變異第41頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2842造成疾病的變異=VariationinDNAthatcausesharmfulchange血友病A（hemophiliaA）是凝血因子VIII

缺乏所導(dǎo)致的出血性疾病，約占先天性出血性疾病的85%

。第42頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2843造成潛在疾病的變異多年后=造成潛在疾病的變異第43頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2844體細胞的基因DNA序列的突變第44頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2845當基因發(fā)生突變，基因所編碼的蛋白質(zhì)變得不正常。某些蛋白質(zhì)改變是不重要的，而其它則可能會帶來嚴重后果?；蛲蛔儺惓５鞍踪|(zhì)第45頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2846單核苷酸多態(tài)性（SNP）是最常見的基因變異至少1%的人群絕大多數(shù)人群共有序列GtoCSNP

位點變異的序列四.最常見的基因變異SNP第46頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2847單核苷酸多態(tài)性（SNP）第47頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2848為什么

SNPs重要?個體1個體2=SNPvariationsinDNASNP標志基因A基因B基因ASNP可能使基因B產(chǎn)生變異的蛋白質(zhì)分子第48頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2849編碼區(qū)的SNPs–

不造成蛋白質(zhì)分子改變DNASNPCtoGRNACodon

CUGtoCUCProtein

LeucinetoLeucineNochangeinshapeLeucineLeucinemRNAGACCUGCUCCUGCUCGAG第49頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2850DNASNPAtoCRNACodon

GAUtoGAGProtein

Asparticacid

toGlutamicacidSlightchangeinshapeAsparticacidGlutamicacidmRNACTAGAUGAGGAUGAGCTC編碼區(qū)的SNPs–

造成蛋白質(zhì)分子微細無害改變第50頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2851DNASNPTtoARNACodon

GAUtoGUUProtein

Asparticacid

toValineChangeinshapeAsparticacidValinemRNACTGAUGUUGAUGUUCAAA編碼區(qū)的SNPs

造成蛋白質(zhì)分子有害改變－突變天(門)冬氨酸第51頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2852編碼區(qū)的SNPs–

細微的蛋白質(zhì)變化只在某種情況下才引起疾病SmokingSwitched-ongenesPatternAManyyearslater=SNPscausinglatenteffectsPatternBManyyearslater第52頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2853SNPs對藥物的反應(yīng)的作用Transporter治療乳腺癌藥物AbsorptioninthebreastDrugin

breasttissueMetabolismintheliverExcretioninthekidneyDrugbecomesinactiveortoxicTransportationinthebloodDrugin

bloodstream第53頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2854非編碼區(qū)SNPs

–

基因的標志物GeneYSNPXGeneYSNPXGeneYSNPX第54頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2855SNP位圖(SNPMaps)AllSNPsarerecordedSNPlocationAllchromosomesaresequencedSNPData第55頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2856個體的SNP譜SNP

譜ASNP

譜BSNP

譜CSNP

譜FSNP

譜ESNP

譜D第56頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2857SNP譜有助于確定藥物的療效和副作用乳腺癌病人個體的SNP譜可以分成不同的類型SNP

譜A對藥物有期望的反應(yīng)對藥物沒有期望的反應(yīng)SNP

譜A的人對藥物有期望的反應(yīng)SNP

譜ESNP

譜BSNP

譜CSNP

譜D第57頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2858SNP譜有助于確定癌癥相關(guān)基因CCgene5結(jié)腸癌病人共同的SNPs可以成為結(jié)腸癌的基因標記物CCgene1CCgene2CCgene3CCgene4ChromEChromAChromBChromCChromD第58頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2859SNPs與癌癥風險癌癥病人正常人群這個人的癌癥風險比正常人群高=10個人,SNPB=10個人,SNPA第59頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2860五.疾病相關(guān)的基因變異如何遺傳？基因是成對出現(xiàn)的，從父母中各自繼承一個拷貝。許多基因具有大量的變異形式，稱為等位基因。

一個顯性等位基因可以掩蓋一個正常的等位基因。一個隱性基因會由于它的處于其它染色體上對應(yīng)等位基因發(fā)生失活或者丟失變得顯性。第60頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2861在顯性遺傳疾病中，如果受到影響的父母親具有一個引起疾病的等位基因，而且它可以掩蓋另一個相對的正常等位基因，那么這個家庭的每個孩子有50％的可能繼承這個疾病的等位基因而得病。第61頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2862常染色體顯性遺傳病1亨廷頓舞蹈癥：進行性神經(jīng)性疾病，其特征為運動異常（舞蹈癥），癡呆，平均發(fā)病年齡大約３５歲。IIIIII11122233445第62頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2863家族性高膽固醇血癥是常染色體顯性遺傳，診斷一名患者就可以立即鑒別一群高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化的高危人群。所有一級親屬有50%患病的可能，因進行檢查。高膽固醇血癥在兒童中也存在，所以可在早期進行檢查，通過飲食和藥物加以預(yù)防。常染色體顯性遺傳病2第63頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2864在隱性遺傳疾病中，父母親沒有疾病，但都攜帶有一個正常的等位基因和一個突變的等位基因。每個孩子有四分之一的可能繼承兩個突變等位基因而患?。凰姆种坏目赡芾^承兩個正常等位基因，以及二分之一可能繼承一個正常一個突變的等位基因而成為象父母一樣的攜帶者。第64頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2865常染色體隱性遺傳1白化病先天性高度近視等第65頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2866鐮狀細胞貧血（AR，11p15.5）

1.HbHb表現(xiàn)為鐮狀細胞病

2.HbHb鐮狀細胞特征

3.雙雜合子：類似于純合子鐮狀細胞貧血：在非裔美國人中約占8%。鐮狀細胞阻塞微循環(huán)，導(dǎo)致內(nèi)臟器官嚴重損傷。常染色體隱性遺傳2第66頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2867然而，大多數(shù)疾病和特征并不遵循簡單的遺傳方式；基因的表現(xiàn)受到大量因子的影響。并不是所有的突變等位基因都可以導(dǎo)致疾病的產(chǎn)生。甚至是顯性等位基因BRCA1乳腺癌易感性基因在65歲患病風險是80％而不是100％。這個數(shù)字表明：某個基因突變導(dǎo)致疾病產(chǎn)生的可能性稱為外顯率。第67頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2868六.什么是基因檢測？基因檢測涉及到個人DNA的檢測，從血中采集一點細胞樣本或者，偶爾從其它體液或者組織中―疾病發(fā)生的地方采集。DNA變化可以相對較大：比如染色體片斷的丟失或者增加—甚至是整個染色體—這個在顯微鏡下可見?；蛘呖梢苑浅Ｐ。〉揭粋€化學堿基的外加、丟失或者突變?；蚩梢园l(fā)生過度表達（有太多的拷貝），失活或者完全丟失。有時，染色體片斷發(fā)生顛倒或者轉(zhuǎn)位，基因所處的位點也可以使得基因發(fā)生永久性和不正常關(guān)閉或者打開。第68頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2869

不同類型的基因檢測被用于：?尋找染色體整體異常?基因內(nèi)和臨近片斷的變異?基因的表達程度第69頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2870基因檢測的分類●診斷性基因檢測

多數(shù)用于有癥狀單基因疾病診斷

單基因疾病癥狀出現(xiàn)前的診斷●預(yù)測性基因檢測多數(shù)用于多基因常見疾病的遺傳風險預(yù)測●個體化用藥基因檢測

用于指導(dǎo)臨床藥物治療第70頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2871?

基因組檢測可以用于尋找疾病的易感者。?新生兒單基因遺傳病的篩選。?攜帶者測試可以用來幫助夫婦來了解他們是否攜帶異?；?避免因此將其傳遞給他們子代的風險。?基因檢測也被用于個體化治療:如指導(dǎo)硝酸甘油用于治療冠心病。?基因檢測還被用于指導(dǎo)個體化的醫(yī)療和保健。七.基因組檢測有什么用處？第71頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2872目前在基因測定中所得到的結(jié)果聚焦于預(yù)測性基因檢測：這些檢測是在出現(xiàn)任何癥狀前鑒定人們患有某種病的可能性?，F(xiàn)在已經(jīng)可以對1318種疾病進行檢測，而隨著越來越多的疾病相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)，意味著可以進行更多種的檢測。第72頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2873八.基因檢測可以預(yù)測哪些類型的疾病？預(yù)測性基因檢測尋找那些因為單基因錯誤的遺傳而導(dǎo)致的“家族性疾病”

—

鐮刀樣貧血等。預(yù)測性基因檢測可以判斷常見的多基因遺傳性疾病的發(fā)病風險—老年型癡呆,心血管疾病，失明，癌癥等。第73頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2874所有的癌癥都是與基因相關(guān)的，是由突變基因所引發(fā)的。然而，只有少量癌癥是遺傳的：生殖細胞攜帶突變，從一代傳到下一代，而使得人體中所有細胞都出現(xiàn)這個突變。發(fā)現(xiàn)與常見癌癥相關(guān)的突變基因,攜帶有癌癥基因的人更傾向于在年輕時就產(chǎn)生癌癥，但是這類遺傳性(或者家族性)癌癥大約占到了所有癌癥的5－10％?；蚝桶┌Y間的聯(lián)系第74頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2875癌癥通常起源于一個體細胞。細胞從正常轉(zhuǎn)化成惡性需要經(jīng)歷一系列明顯階段，每個階段受到一個或者一套基因的控制,遺傳性癌癥患者已經(jīng)具備了第一步的突變。大多數(shù)癌癥起源于基因的隨機突變，整個生命周期中他們在人體細胞中產(chǎn)生，發(fā)展—要么是在細胞進行分裂時產(chǎn)生的錯誤，要么是應(yīng)對于環(huán)境因素例如輻射或者化學物質(zhì)所產(chǎn)生的損傷。第75頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2876第76頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2877當然，就算沒有攜帶易感基因的家族成員也不能完全免除患病的風險。象其他人一樣，他們在自己的生命周期中可以在同一個基因上出現(xiàn)突變。或者，他們會遺傳到一個不同的，未知的易感基因。第77頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2878九.預(yù)測性基因檢測能告訴你什么？一個精確的基因檢測可以告訴你你是否具有或者不具有某種疾病相關(guān)基因變異。如果你有了這種基因，還有各種外界因素會影響到這個基因的外顯率，它們的綜合效應(yīng)才決定你是否真正發(fā)病。幾乎每一個具有家族性結(jié)腸腺瘤基因型的人都會在某天發(fā)展成結(jié)腸癌。另一方面，攜帶BRCA1乳腺癌易感基因的婦女有80％的幾率在65歲時發(fā)