单基因遗传病的研究策略-PPT课件
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单基因遗传病的研究 策略
医学遗传学系细胞楼304 电话：
单基因遗传病
如果一种遗传病的发病仅仅涉及到一个 基因，这个基因称为主基因(major gene)， 其导致的疾病称为单基因病。
单基因遗传病发病的复杂性
❖ 外显率：一定基因型个体表现出疾病表型的比例 ❖ 表现度：相同基因型不同个体在疾病表现程度的差异 ❖ 基因多效性：一个基因有多种生物学效应 ❖ 遗传异质性：表型相似而基因型不同的现象 ❖ 从性遗传和限性遗传：常染色体上的基因在不同的性别
Physical distance (Mb)
Genetic Distance (cM)
Marshfield (cM)
Xp22.32-p22.2 5,761,897-9,946,656
4.18
2.10
15.42-17.52
Xq24-q27.2
117,088,056-140,038,594 22.95
15.26
Distance (Marshfield)
(cM)
(cM)
Xp22.32-p22.2 5,761,897-12,538,731 6.78
5.07
15.42-20.49
Xp21.2-p21.1 31,289,217-32,011,266 0.72
0.57
33.05-33.62
Xq24-q27.2
117,088,056-140,038,594 22.95
临床诊断、家系调查与材 料收集
临床诊断
查阅相关资料，认识不同遗传病患 者临床表现及其辅助诊断措施 临床诊断：症状和体征 常规辅助检测指标 特殊诊断指标
家系调查与系谱分析
调查家系三代以上所有相关成员的信息 根据调查资料，用系谱中常用的符号绘制成 系谱 系谱分析：区别遗传病与非遗传病
区别单基因与多基因病 判断遗传方式
结果发现错义突变: c.281 G>A,其所在密码子由CGG变为 CAG, 导致其编码氨基酸由精氨酸变为谷氨酰胺.
结论： 经查阅文献资料， c.281 G>A为已知致病突变位点，可判断其为该 患者的致病突变位点。
突变分析结果的判断
根据变异导致的结果判断 根据突变数据库和文献资料 排除已知SNP 根据家系共分离与否判断 在正常对照人群中分析 保守性分析 基因功能分析
❖ RFLP，STR, SNP
连 锁 分 析 结 果
连 锁 分 析 结 果
未知致病基因定位克隆研究
基因定位：将致病基因确定到染色体 的实际位置
基因克隆：确定致病基因
定位克隆
❖ 基本方法和步骤
收集家系，选择遗传标记进行连锁分 析，对目的基因作图定位
确定候选位置，对目的基因进行精细 定位
从候选基因中确定正确的基因 （二代 测序技术）
采集家系应做到尽可能完整 患者、同一家系中有相同遗传背景的表型
正常的其他个体、该家系中其他遗传背景的 成员
收集临床资料
病人临床上一系列指标的检测 保存相关信息和影象资料 病人血清或组织的保存及其酶、病理或免 疫学研究
侯选基因的确定
文献检索
数据库 ❖ www.ncbi.nlm.nih.gov中的OMIM（Online Mendelian Inheritance in Man ）数据库中整合 了目前已定位的单基因病的信息
连锁分析与未知基因的 基因定位
连锁分析
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。
注：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
连锁
重组
遗传标记
进行连锁分析时需要的一些已知遗 传位点，这些位点应按孟德尔方式遗传， 且具有多态性以便显示连锁关系，这些标 记位点称为遗传标记
15.26 70.80-86.06
精细定位分析
➢ 将Xp22.32-p22.2连锁区域由6.78Mb 缩短为4.18Mb
➢ 排除Xp21.2-p21.1连锁区域
➢ 肯定Xq24-q27.2连锁区域
最终确定两段连锁区域
Gene map locus
GRCh37.p5 Primary Assembly (STS)
70.80-86.06
连锁区域内包含的基因
Xp22.32-p22.2连锁区域
例：一个X连锁肌肉病家系致病基因 的定位克隆研究
家系情况及前期研究基础
➢ 先证者Ⅲ2临床表现近似DMD
➢ 排除了DMD/EMD/FHL1基因突变
研究策略
SNP芯片分 析
精细定位 分析
全基因组90万 个SNP位点； 8例样本； 商业公司完成
选 取 数 个 SNP 点； 增加3个成员
基因查阅
连锁区域内的 基 因 ： Map Viewer； 基因表达： UniGene 数 据 库 及 HGNC 网 站 ； 基因功能： OMIM数据库
有不同的表达程度和表达方式，从而造成男女性状分布 上的差异 ❖ 遗传早现现象：疾病在世代中存在发病年龄逐渐提前或 病情逐代加重的情况
研究策略与方法
❖ 临床诊断、家系调查与材料收集 ❖ 侯选基因的确定 ❖ 已知致病基因突变位点的确定 ❖ 连锁分析与未知基因的基因定位 ❖ 基因型与表现型相关性研究 ❖ 发病机制的研究
外显子组 测序
1例样本(I2)； 商业公司完成
SNP芯片数据分析
➢ 连锁分析 提示X染色体有三段连锁区域：
➢ 单体型分析
三段连锁区域
Gene map locus
GRCh37.p5 Primary Assembly (STS)
Physical distaຫໍສະໝຸດ Baiduce (Mb)
Genetic Genetic Map
大家系
散发病例
临床遗传病家系特点
散发病例：对于遗传病，包括单基因遗 传病，多数病例表现为散发。 小家系病例：在有家族史的病例中，多 数也是小家系。 大家系病例：极少数家系发病个体多， 涉及3-4代都有患者。
收集材料
采集样品： 外周血，颊粘膜脱落细胞，毛囊, 病人组织（如可以取材）， 羊水（产前诊断）
❖ 确定自己所研究家系的可能已知候选基因或已 定位的染色体候选区域
根据疾病名称检索
根据基因检索
检索最新文献
确定已知致病基因突变
从数据库中查阅目的基因 的相关信息
获得已知基因基因组序列 设计引物或参考文献中引物 根据文献，采用合适的技术方法进行基因 突变分析（在后面课程中详细介绍）
PCR-测序分析MFN2基因
医学遗传学系细胞楼304 电话：
单基因遗传病
如果一种遗传病的发病仅仅涉及到一个 基因，这个基因称为主基因(major gene)， 其导致的疾病称为单基因病。
单基因遗传病发病的复杂性
❖ 外显率：一定基因型个体表现出疾病表型的比例 ❖ 表现度：相同基因型不同个体在疾病表现程度的差异 ❖ 基因多效性：一个基因有多种生物学效应 ❖ 遗传异质性：表型相似而基因型不同的现象 ❖ 从性遗传和限性遗传：常染色体上的基因在不同的性别
Physical distance (Mb)
Genetic Distance (cM)
Marshfield (cM)
Xp22.32-p22.2 5,761,897-9,946,656
4.18
2.10
15.42-17.52
Xq24-q27.2
117,088,056-140,038,594 22.95
15.26
Distance (Marshfield)
(cM)
(cM)
Xp22.32-p22.2 5,761,897-12,538,731 6.78
5.07
15.42-20.49
Xp21.2-p21.1 31,289,217-32,011,266 0.72
0.57
33.05-33.62
Xq24-q27.2
117,088,056-140,038,594 22.95
临床诊断、家系调查与材 料收集
临床诊断
查阅相关资料，认识不同遗传病患 者临床表现及其辅助诊断措施 临床诊断：症状和体征 常规辅助检测指标 特殊诊断指标
家系调查与系谱分析
调查家系三代以上所有相关成员的信息 根据调查资料，用系谱中常用的符号绘制成 系谱 系谱分析：区别遗传病与非遗传病
区别单基因与多基因病 判断遗传方式
结果发现错义突变: c.281 G>A,其所在密码子由CGG变为 CAG, 导致其编码氨基酸由精氨酸变为谷氨酰胺.
结论： 经查阅文献资料， c.281 G>A为已知致病突变位点，可判断其为该 患者的致病突变位点。
突变分析结果的判断
根据变异导致的结果判断 根据突变数据库和文献资料 排除已知SNP 根据家系共分离与否判断 在正常对照人群中分析 保守性分析 基因功能分析
❖ RFLP，STR, SNP
连 锁 分 析 结 果
连 锁 分 析 结 果
未知致病基因定位克隆研究
基因定位：将致病基因确定到染色体 的实际位置
基因克隆：确定致病基因
定位克隆
❖ 基本方法和步骤
收集家系，选择遗传标记进行连锁分 析，对目的基因作图定位
确定候选位置，对目的基因进行精细 定位
从候选基因中确定正确的基因 （二代 测序技术）
采集家系应做到尽可能完整 患者、同一家系中有相同遗传背景的表型
正常的其他个体、该家系中其他遗传背景的 成员
收集临床资料
病人临床上一系列指标的检测 保存相关信息和影象资料 病人血清或组织的保存及其酶、病理或免 疫学研究
侯选基因的确定
文献检索
数据库 ❖ www.ncbi.nlm.nih.gov中的OMIM（Online Mendelian Inheritance in Man ）数据库中整合 了目前已定位的单基因病的信息
连锁分析与未知基因的 基因定位
连锁分析
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。
注：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
连锁
重组
遗传标记
进行连锁分析时需要的一些已知遗 传位点，这些位点应按孟德尔方式遗传， 且具有多态性以便显示连锁关系，这些标 记位点称为遗传标记
15.26 70.80-86.06
精细定位分析
➢ 将Xp22.32-p22.2连锁区域由6.78Mb 缩短为4.18Mb
➢ 排除Xp21.2-p21.1连锁区域
➢ 肯定Xq24-q27.2连锁区域
最终确定两段连锁区域
Gene map locus
GRCh37.p5 Primary Assembly (STS)
70.80-86.06
连锁区域内包含的基因
Xp22.32-p22.2连锁区域
例：一个X连锁肌肉病家系致病基因 的定位克隆研究
家系情况及前期研究基础
➢ 先证者Ⅲ2临床表现近似DMD
➢ 排除了DMD/EMD/FHL1基因突变
研究策略
SNP芯片分 析
精细定位 分析
全基因组90万 个SNP位点； 8例样本； 商业公司完成
选 取 数 个 SNP 点； 增加3个成员
基因查阅
连锁区域内的 基 因 ： Map Viewer； 基因表达： UniGene 数 据 库 及 HGNC 网 站 ； 基因功能： OMIM数据库
有不同的表达程度和表达方式，从而造成男女性状分布 上的差异 ❖ 遗传早现现象：疾病在世代中存在发病年龄逐渐提前或 病情逐代加重的情况
研究策略与方法
❖ 临床诊断、家系调查与材料收集 ❖ 侯选基因的确定 ❖ 已知致病基因突变位点的确定 ❖ 连锁分析与未知基因的基因定位 ❖ 基因型与表现型相关性研究 ❖ 发病机制的研究
外显子组 测序
1例样本(I2)； 商业公司完成
SNP芯片数据分析
➢ 连锁分析 提示X染色体有三段连锁区域：
➢ 单体型分析
三段连锁区域
Gene map locus
GRCh37.p5 Primary Assembly (STS)
Physical distaຫໍສະໝຸດ Baiduce (Mb)
Genetic Genetic Map
大家系
散发病例
临床遗传病家系特点
散发病例：对于遗传病，包括单基因遗 传病，多数病例表现为散发。 小家系病例：在有家族史的病例中，多 数也是小家系。 大家系病例：极少数家系发病个体多， 涉及3-4代都有患者。
收集材料
采集样品： 外周血，颊粘膜脱落细胞，毛囊, 病人组织（如可以取材）， 羊水（产前诊断）
❖ 确定自己所研究家系的可能已知候选基因或已 定位的染色体候选区域
根据疾病名称检索
根据基因检索
检索最新文献
确定已知致病基因突变
从数据库中查阅目的基因 的相关信息
获得已知基因基因组序列 设计引物或参考文献中引物 根据文献，采用合适的技术方法进行基因 突变分析（在后面课程中详细介绍）
PCR-测序分析MFN2基因