【PPT讲义】徐湘民-遗传修饰基因与地中海贫血表型
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LCR
G
A
3’HS1
正常 轻型地贫
N / N 0/N or +/N + / + + / 0
中间型地贫
中间型或重型地贫
重型地贫
0 / 0
地贫：珠蛋白合成不平衡性贫血
α
γ
β
-thalassemia (/+) Normal
-thalassemia (/+)
-地贫导致 / 非 链比例下降, -地贫则引起 / 非 链比例上升
血红蛋白转换调节规律
（ ） 珠 蛋 白 合 成
%
地贫发病时期
Nat Med, 2015
血红蛋白转换调节因子
KLF1
MYB
BCL11A
Nat Med, 2015
重要的地贫表型遗传修饰基因
珠蛋白基因型
珠蛋白基因突变 珠蛋白基因重复
Damaging
N (%)
48 (75.0%) 10
CD44
NA
(15.6%)
2 (3.1%) 1 (1.6%) 1 (1.6%) 1 (1.6%) 1 (1.6%)
0.00
Damaging
1.000
Damaging
0.040
Damaging
0.977
Damaging
0.000
Damaging
1.000
Damaging
NA 0.00
Damaging
NA 1.000
Damaging
携带KLF1突变的正常个体的 MCV 和 MCH 值降低
KLF1突变携带者及KLF1突变复合地贫 个体的HbA2 和 HbF 水平升高
Normal Individuals
-Thalassemia Trait
中国南方人群的KLF1突变谱
突变
c.519_525dup CGGCGCC c.895C>G c.1022G>A c.13G>A c.892G>C c.913+1G>A c.1001C>G
AA 变异
p.Gly176Ala fsX179 p.His299Asp p.Cys341Tyr p.Glu5Lys p.Ala298Pro NA p.Thr334Arg
Thalassemia endemic region
Phenotypic analysis
CD44 / Hb F
Genotypic analysis
KLF1 gene
MCV/MCH/Hb A2/Clinical data
- and -globin genes Hb F associated SNPs
成 员 I2: 父亲 I1: 母亲 II1: 先证者
地贫
CD17 / N IVS-Ⅱ-654 / N CD 17/IVS-Ⅱ-654
地贫
– – SEA / – – SEA / –4.2 – – SEA / –4.2
地中海贫血预防控制操作指南. 人民军医出版社, 2011.
地贫：珠蛋白合成不平衡性贫血
KLF1
-Thalassemia
KLF1突变群体遗传学分析
Non-thalassemia endemic region
Population samples (n=5029)
North China (n=1190)
South China (n=3839)
N/ N + / (n=1971) M/ N (n=946) M/ M (n=922)
KLF1
HBG2 BCL11 A (XmnI)
rs766 A/C A/C A/A A/C A/C A/A A/A A/A A/C A/A A/A –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/–
HBS1LMYB
rs939 T/T T/T T/T T/T T/T T/T T/T C/T T/T T/T T/T
功能预测 位点
Exon2 Exon2 Exon3 Exon1 Exon2 Intron2 Exon3
类型
SIFT
Frameshift Missense Missense Missense Missense Splicing Missense NA 0.000
Damaging
PolyPhen-2
NA 1.000
地中海贫血表型和基因型的关系
inter ξHVR 3’HVR
5’
2 1
2
1
3’
正常 静止型地贫
4个功能性的基因 3个功能性的基因
轻型地贫
2个功能性的基因
HbH 病
HbBart’s胎儿水肿综合征
1个功能性的基因 0个功能性的基因
地中海贫血表型和基因型的关系
4 4 3 4 2 3 2.5 6 20 4 2
None (0) None (0) Occasional (8) None (0) Occasional (1) Occasional (7) Occasional (1) None (0) None (0) Occasional (3) Occasional (2)
c.41T>C
1
Guangdong
Guangxi
Thalassemic endemic region, n=3839
Байду номын сангаас
1.25% (48/3839)
c.519_525dupCGGCGCC
36
c.895C>G c.13G>A c.892G>C c.1022G>A
9 1 1 1
Blood, 2014.
人类-珠蛋白基因组织结构
人类-珠蛋白基因组织结构
Br J Haematol. 1995. Hum Genet. 1996. Am J Hematol. 2000. Haematologica. 2001; 2003. J Clin Pathol. 2004; 2004; 2005. Ann Hematol. 2007; 2011. Blood Cells Mol Dis. 2008; 2010; 2013. Hemoglobin. 2010. BMC Med Genet. 2010. Clin Genet. 2013; 2014.
影响HbF水平的主要遗传因素
BCL11A
HBG
KLF1
c.519_525dup CGGCGCC
年龄/性别
环 境
HBB 其他未知基因
10%
c.895C>G
HMIP
HMIP
KLF1 %？ BCL11A 15% 19%
2p16
6q23
11p15
19p13
SNP染色体定位
遗传及其他因素的贡献
Curr Opin Hematol, 2009. Blood, 2014. Nat Med, 2015
12例携带KLF1突变的-地贫患者的临床和实验室资料
临床指标 血液学指 标
genotype
基因型
HBB genotype
[c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=]
Number of Number of Hb HbA HbF HBA Age Onset transfusions ID (y/Sex) transfusions 2 (y) /y (<4 years ) /y(at present ) (g/L) (%) (%) genoty pe
P1 9/M P2 9/M P3† 8/M P4† 11/F P5† 14/F P6† 9/M P7† 9/M P8 34/M P9 45/M P10 14/M P11† 9/M
α
γ
β
地贫合并地贫使珠蛋白合成趋于平衡，从而减轻疾病严重性
中间型地贫: 地贫复合珠蛋白基因三联体
临床特征 血液学表型
输血 0 0/4 Hb (g/L) MCV (fL) MCH (pg) 17.9±1.2 16.7-19.3 HbA2 (%) 6.0±0.7 5.1-6.9 HbF (%) 0.5±1.0 0.0-2.3
遗传修饰基因与地中海贫血表型
Chengdu, June 21，2016
徐湘民
南方医科大学基础医学院
南方医院产前诊断与遗传病诊断技术中心 广东省出生缺陷监测与干预重点实验室
和地贫广泛分布于世界热带和亚热带
中国南方高发地区 人群携带率3%-24%
Blood Rev, 2012.
-和-地中海贫血的概况
世界上最常见的人类单基因病之一 由/-珠蛋白基因缺陷导致的常染色体隐性遗传病 临床上分三类：轻型（特征）、中间型（TI）和重型 （ TM ） 地贫杂合子具有抵抗疟疾的优势
Thalassemia Major (TM)
Thalassemia Intermedia (TI)
Thalassemia Minor (Trait)
KLF1在红细胞生成中的多功能性及其作用机制
MEP
KLF1
Cell cycle regulation
S G2
Terminal differentiation
G1
M
红系发育和分化 红细胞终末成熟
珠蛋白转换调节
Blood, 2008; 2011.
假设:
检验可升高HbF的红系转录因子—
KLF1 突变是否存在： （1）与-地贫发生相关的频率地域差异？ （2）与-地贫表型相关的潜在修饰作用？
HbF的调节基因
Xmn1-G(T)SNP at 11p15 HMIP at 6q23 BCL11A at 2p16 KLF1 at 19p15
中间型地贫: 地贫复合地贫
Hb (g/L) 129 100 66 MCV (fL) 69.4 64.8 51.7 MCH (pg) 21.2 20.1 16.0 HbA2 (%) 5.3 4.7 4.0 HbF (%) ─ ─ 38.1
基因型
CD41-42 / N or CD17 / N
地贫 体征 0 0/5
发病 年龄 12.3±3.5 7.5-4.0
90.2±14.2 60.0±5.1 81-104 55.0-7.0
/
BMC Med Genet, 2010.
地贫：珠蛋白合成不平衡性贫血
α
γ
β
地贫携带者合并-三联体增加珠蛋白合成不平衡 从而加重疾病严重性
HBG2 (rs7482144) BCL11A (rs766432) HBS1L-MYB (rs9399137)
Hb F / Clinical data
中国南方地贫高发区的KLF1突变 发生率明显高于北方地区
China
N S
Non-thalassemic endemic region, n=1190 0.08% (1/1190) Shandong
HBB:OMIM +141900
地贫临床表型与基因型的关系
致病基因：疾病发生的分子病因
-地贫： 16p13.3 - -珠蛋白基因突变
-地贫： 11p15.5 - -珠蛋白基因突变
同类基因型临床表型差异大 修饰基因：影响表型变异
Cold Spring Harb Perspect Med, 2013.
地中海贫血 (地贫)
-地中海贫血
人-珠蛋白基因突变使-珠蛋白肽链合成减少或 丧失而导致的遗传性溶血性贫血 (OMIM: #604131)
HBA2: OMIM 141850; HBA1: OMIM +141800
-地中海贫血
人-珠蛋白基因突变使 -珠蛋白肽链合成减少或
丧失而导致的遗传性溶血性贫血 (OMIM: #613985)
Blood 2015; 125;3694-3710
“Reduction of -globin expression may provide an equally plausible approach to ameliorating clinically severe forms of β-thalassemia, and in particular, the very common subgroup of patients with hemoglobin E β-thalassemia that makes up approximately half of all patients born each year with severe β-thalassemia.”
G
A
3’HS1
正常 轻型地贫
N / N 0/N or +/N + / + + / 0
中间型地贫
中间型或重型地贫
重型地贫
0 / 0
地贫：珠蛋白合成不平衡性贫血
α
γ
β
-thalassemia (/+) Normal
-thalassemia (/+)
-地贫导致 / 非 链比例下降, -地贫则引起 / 非 链比例上升
血红蛋白转换调节规律
（ ） 珠 蛋 白 合 成
%
地贫发病时期
Nat Med, 2015
血红蛋白转换调节因子
KLF1
MYB
BCL11A
Nat Med, 2015
重要的地贫表型遗传修饰基因
珠蛋白基因型
珠蛋白基因突变 珠蛋白基因重复
Damaging
N (%)
48 (75.0%) 10
CD44
NA
(15.6%)
2 (3.1%) 1 (1.6%) 1 (1.6%) 1 (1.6%) 1 (1.6%)
0.00
Damaging
1.000
Damaging
0.040
Damaging
0.977
Damaging
0.000
Damaging
1.000
Damaging
NA 0.00
Damaging
NA 1.000
Damaging
携带KLF1突变的正常个体的 MCV 和 MCH 值降低
KLF1突变携带者及KLF1突变复合地贫 个体的HbA2 和 HbF 水平升高
Normal Individuals
-Thalassemia Trait
中国南方人群的KLF1突变谱
突变
c.519_525dup CGGCGCC c.895C>G c.1022G>A c.13G>A c.892G>C c.913+1G>A c.1001C>G
AA 变异
p.Gly176Ala fsX179 p.His299Asp p.Cys341Tyr p.Glu5Lys p.Ala298Pro NA p.Thr334Arg
Thalassemia endemic region
Phenotypic analysis
CD44 / Hb F
Genotypic analysis
KLF1 gene
MCV/MCH/Hb A2/Clinical data
- and -globin genes Hb F associated SNPs
成 员 I2: 父亲 I1: 母亲 II1: 先证者
地贫
CD17 / N IVS-Ⅱ-654 / N CD 17/IVS-Ⅱ-654
地贫
– – SEA / – – SEA / –4.2 – – SEA / –4.2
地中海贫血预防控制操作指南. 人民军医出版社, 2011.
地贫：珠蛋白合成不平衡性贫血
KLF1
-Thalassemia
KLF1突变群体遗传学分析
Non-thalassemia endemic region
Population samples (n=5029)
North China (n=1190)
South China (n=3839)
N/ N + / (n=1971) M/ N (n=946) M/ M (n=922)
KLF1
HBG2 BCL11 A (XmnI)
rs766 A/C A/C A/A A/C A/C A/A A/A A/A A/C A/A A/A –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/– –/–
HBS1LMYB
rs939 T/T T/T T/T T/T T/T T/T T/T C/T T/T T/T T/T
功能预测 位点
Exon2 Exon2 Exon3 Exon1 Exon2 Intron2 Exon3
类型
SIFT
Frameshift Missense Missense Missense Missense Splicing Missense NA 0.000
Damaging
PolyPhen-2
NA 1.000
地中海贫血表型和基因型的关系
inter ξHVR 3’HVR
5’
2 1
2
1
3’
正常 静止型地贫
4个功能性的基因 3个功能性的基因
轻型地贫
2个功能性的基因
HbH 病
HbBart’s胎儿水肿综合征
1个功能性的基因 0个功能性的基因
地中海贫血表型和基因型的关系
4 4 3 4 2 3 2.5 6 20 4 2
None (0) None (0) Occasional (8) None (0) Occasional (1) Occasional (7) Occasional (1) None (0) None (0) Occasional (3) Occasional (2)
c.41T>C
1
Guangdong
Guangxi
Thalassemic endemic region, n=3839
Байду номын сангаас
1.25% (48/3839)
c.519_525dupCGGCGCC
36
c.895C>G c.13G>A c.892G>C c.1022G>A
9 1 1 1
Blood, 2014.
人类-珠蛋白基因组织结构
人类-珠蛋白基因组织结构
Br J Haematol. 1995. Hum Genet. 1996. Am J Hematol. 2000. Haematologica. 2001; 2003. J Clin Pathol. 2004; 2004; 2005. Ann Hematol. 2007; 2011. Blood Cells Mol Dis. 2008; 2010; 2013. Hemoglobin. 2010. BMC Med Genet. 2010. Clin Genet. 2013; 2014.
影响HbF水平的主要遗传因素
BCL11A
HBG
KLF1
c.519_525dup CGGCGCC
年龄/性别
环 境
HBB 其他未知基因
10%
c.895C>G
HMIP
HMIP
KLF1 %？ BCL11A 15% 19%
2p16
6q23
11p15
19p13
SNP染色体定位
遗传及其他因素的贡献
Curr Opin Hematol, 2009. Blood, 2014. Nat Med, 2015
12例携带KLF1突变的-地贫患者的临床和实验室资料
临床指标 血液学指 标
genotype
基因型
HBB genotype
[c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=] [c.519_525dupC GGCGCC]+[=]
Number of Number of Hb HbA HbF HBA Age Onset transfusions ID (y/Sex) transfusions 2 (y) /y (<4 years ) /y(at present ) (g/L) (%) (%) genoty pe
P1 9/M P2 9/M P3† 8/M P4† 11/F P5† 14/F P6† 9/M P7† 9/M P8 34/M P9 45/M P10 14/M P11† 9/M
α
γ
β
地贫合并地贫使珠蛋白合成趋于平衡，从而减轻疾病严重性
中间型地贫: 地贫复合珠蛋白基因三联体
临床特征 血液学表型
输血 0 0/4 Hb (g/L) MCV (fL) MCH (pg) 17.9±1.2 16.7-19.3 HbA2 (%) 6.0±0.7 5.1-6.9 HbF (%) 0.5±1.0 0.0-2.3
遗传修饰基因与地中海贫血表型
Chengdu, June 21，2016
徐湘民
南方医科大学基础医学院
南方医院产前诊断与遗传病诊断技术中心 广东省出生缺陷监测与干预重点实验室
和地贫广泛分布于世界热带和亚热带
中国南方高发地区 人群携带率3%-24%
Blood Rev, 2012.
-和-地中海贫血的概况
世界上最常见的人类单基因病之一 由/-珠蛋白基因缺陷导致的常染色体隐性遗传病 临床上分三类：轻型（特征）、中间型（TI）和重型 （ TM ） 地贫杂合子具有抵抗疟疾的优势
Thalassemia Major (TM)
Thalassemia Intermedia (TI)
Thalassemia Minor (Trait)
KLF1在红细胞生成中的多功能性及其作用机制
MEP
KLF1
Cell cycle regulation
S G2
Terminal differentiation
G1
M
红系发育和分化 红细胞终末成熟
珠蛋白转换调节
Blood, 2008; 2011.
假设:
检验可升高HbF的红系转录因子—
KLF1 突变是否存在： （1）与-地贫发生相关的频率地域差异？ （2）与-地贫表型相关的潜在修饰作用？
HbF的调节基因
Xmn1-G(T)SNP at 11p15 HMIP at 6q23 BCL11A at 2p16 KLF1 at 19p15
中间型地贫: 地贫复合地贫
Hb (g/L) 129 100 66 MCV (fL) 69.4 64.8 51.7 MCH (pg) 21.2 20.1 16.0 HbA2 (%) 5.3 4.7 4.0 HbF (%) ─ ─ 38.1
基因型
CD41-42 / N or CD17 / N
地贫 体征 0 0/5
发病 年龄 12.3±3.5 7.5-4.0
90.2±14.2 60.0±5.1 81-104 55.0-7.0
/
BMC Med Genet, 2010.
地贫：珠蛋白合成不平衡性贫血
α
γ
β
地贫携带者合并-三联体增加珠蛋白合成不平衡 从而加重疾病严重性
HBG2 (rs7482144) BCL11A (rs766432) HBS1L-MYB (rs9399137)
Hb F / Clinical data
中国南方地贫高发区的KLF1突变 发生率明显高于北方地区
China
N S
Non-thalassemic endemic region, n=1190 0.08% (1/1190) Shandong
HBB:OMIM +141900
地贫临床表型与基因型的关系
致病基因：疾病发生的分子病因
-地贫： 16p13.3 - -珠蛋白基因突变
-地贫： 11p15.5 - -珠蛋白基因突变
同类基因型临床表型差异大 修饰基因：影响表型变异
Cold Spring Harb Perspect Med, 2013.
地中海贫血 (地贫)
-地中海贫血
人-珠蛋白基因突变使-珠蛋白肽链合成减少或 丧失而导致的遗传性溶血性贫血 (OMIM: #604131)
HBA2: OMIM 141850; HBA1: OMIM +141800
-地中海贫血
人-珠蛋白基因突变使 -珠蛋白肽链合成减少或
丧失而导致的遗传性溶血性贫血 (OMIM: #613985)
Blood 2015; 125;3694-3710
“Reduction of -globin expression may provide an equally plausible approach to ameliorating clinically severe forms of β-thalassemia, and in particular, the very common subgroup of patients with hemoglobin E β-thalassemia that makes up approximately half of all patients born each year with severe β-thalassemia.”