cnvs基本概念及研究

CNVS研究
CNVs 定义
拷贝数变异(CNVs) CNVs是人类基因组内从1 kb到几个Mb的DNA片段拷贝数的不同，包括 DNA片段的删除、插入、复制和复合多位点的变 异等类型。以往一直认为DNA的SNPs是遗传变 异最常见的形式，而当前的研究表明CNVs不仅广 泛存在于正常个体，且在整个基因组中覆盖的核 苷酸总数至少是SNPs的3倍，可见CNVs可能在 遗传变异和物种进化方面比SNPs起着更为重要的 作用，是今后研究包括眼病在内的人类疾病的热 点
目前cnvs与snp研究
对于复杂疾病来讲，由于致病性变异可能分 布在不同的染色体上，因此以 SNPs 为基础 的关联分析对疾病易感位点的检出能力有限， 即单一位点的 SNPs 等位基因无法有效地将 受累个体和健康对照区分开来． 然而，对于 致病性 CNVs 来说，则不存在这样的问 题． 因为CNVs 引起的基因剂量改变足以改 变表型． 所以拷贝数变异的全基因组关联分 析更容易鉴定到致病突变．
CNVS与疾病
CNVs 通过扰乱基因活性和改变基因剂量来影响 基因表达、表型差异和表型适应, 从而引起疾病。 基因拷贝数变异是个体之间在基因组序列差异上 的一个重要源泉，是研究基因组进化和表型差异 的一个重要因素。许多关于基因拷贝数变异的研 究结果表明，拷贝数变异可导致不同程度的基因 表达差异，对正常表型的构成及疾病的发生发展 具有一定作用。
CNV 的组成形式
CNVs 既 可 以 是 简 单 的DNA 结构变化(如单一 片段的扩增、缺失、插入)，也可以是复杂的染色体 扩增、缺失和插入的各种组合形式． Redon 等根据 CNVs 的遗传和组成形式，将 CNVs 分为 5 类： a． 缺失，b． 扩增，c． 同一位点并发的缺失与扩 增，d． 多等位基因位点，e． 复杂难以描述的位 点． 通常，扩增比缺失更为常见，并覆盖更大的范 围，这主要是因为染色体大片段缺失通常会引起更 为严重的表型后果，难以在进化中保留下来．
CNVS与疾病
遗传性 CNVs通常是某些疾病具有家族聚集 性的遗传学基础，新的拷贝数突变可能导致 某些散发性疾病的发生。 长期以来, 人们一直关注比较小的变异, 如单 核苷酸多态性(SNPs)。 实际上, 一些疾病更 有可能是由于拷贝数的变异所引起的。例如, CCL3L1 基因的CNVs 一定程度上决定着对 艾滋病病毒感染的抗性, 而 CCL3L1 基因在 SNP 图谱上则找不到变异。
CNVs特点
目前发现的人类基因组中CNVs 的个数远远低于～ 1 200 万的 SNPs(图 1)，但是，它们覆盖的染色体长度至少达到 150 Mb，这也是目前任何一种遗传标志都不能比拟的。另 外，CNVs 在染色体上的分布具有非随机性，它与其他的基 因组特征，如外显子、可移动元件(如Alu 重复序列)等密切 相关，而这些基因组特征通常是导致疾病发生的遗传学基础 之一． 此外，它们的分布还具有明显的富集区和稀有区，例如人类 染色体上有 250 Mb 的区域超过50%的序列发生CNVs，而 有 60 Mb 的区域 90%以上的序列位于CNV 中． 这些富集 区主要集中在近着丝粒和亚端粒区等具有高度多态和进化不 稳定的区域。
CNVS与疾病
通过 CNV 全基因组关联分析评价新的拷贝 数突变在散发性疾病中的作用。 传统认为， 遗传性疾病通常是指遗传性状与改变蛋白 质结构、功能或调节的突变碱基以孟德尔 遗传方式分离． 然而，临床遗传学家发现， 至少有 97%的疾病是散发的，而且不涉及 任何基因的突变，仅仅源于CNVs．
那么散发性疾病的分子基础是什么呢？目前认为它 通常是由一个染色体异常或隐性性状或新的显性突 变引起的． 据估计新的基因组重组位点特异突变率 介于 10-6 到 10-4 之间，至少比点突变率高 2～ 4 个数量级． 因此对于大部分散发性疾病病例来说 (甚至可能包括遗传性疾病)，新的拷贝数突变可能 是一个主要的遗传性机制． 也有可能部分散发性疾 病源于分布于相同或不同位点的两个不同(父母)来 源的 CNVs 组合，而仅携带其中之一的个体不会发 病． 因此，当前的 CNV 全基因组关联分析为研究散发 性疾病的分子机制提供了一条有效路径．
目前cnvs与snp研究
在与CNVs相关的病例研究中, 利用SNPs却 鉴定不出病因所在的基因组区域, 因为这些 区域中的 SNPs 达不到所研究样本中孟德尔 遗传规律或哈代温博定律所要求的标准。这 种现象在复杂多等位基因的 CNVs 中尤为突 出, 原因可能是 CNVs 在基因组中不断的扩 张或收缩 。
但也有许多学者认为, NAHR只能解释少量的 CNV, 其产生的机制更有可能是非同源末端连 接(non-homologous end joining, NHEJ）。 转座和反转座也被认为是产生CNV变异的重 要因素之一
CNVs影响基因表达机制
有关CNV对表型的调控作用, Beckmann等 (2007)认为可能主要通过以下几种机制来实 现: (1)重复/缺失数目本身的剂量效应(dosage effect); 2) CNV改变了基因的结构, 对基因的 表达产物产生影响; (3) CNV的多态影响到基 因的表达水平, 进而影响到基因的外显率; (4) CNV具有长距离的调控作用, 只要和基因同线, 就可能对多个基因的表达产生影响。
目前cnvs与snp研究
目前有学者认为，SNPs、CNVs 的组成与拷 贝数以及环境因子都参与疾病特定表型的产 生，因此在进行全基因组关联分析时，应当 尽可能结合SNPs 和 CNVs 基因分型结果。
目前cnvs与snp研究
SNP和CNV分别捕获了基因表达的遗传变异 的83.6%和17.7%, 两种类型的变异很少重叠。 因为在人类基因组中snp的丰富性，所以, Conrad et al. (2006) 和McCarroll et al.(2006) 推测这些snp也许可用来发现潜在的CNVS， 如果这些CNVS影响了snp基因型分型实验的 结果。
CNVS的几种组 成形式图解
CNVs潜在的形成机制
CNV的发生, 或者说绝大多数CNV的发生是 非等位基因同源重组(non-allelic homologous recombination, NAHR)的结果(Shaffer & Lupski, 2000;
Cooper et al., 2007; Kidd et al., 2008)。
目前cnvs与snp研究
McCarroll等猜想拷贝数缺失变异会以3种形 式的“足迹(Footprints)”表现在SNPs数据 上：(1)特定个体携带的无效基因型；(2)邻 SNP Hardy— 近区域SNP等位基因频率背离Hardy— Weinberg平衡原理预期估计值；(3)SNPs 基因型运算结果不符合孟德尔遗传模式。
CNVs特点
此外，目前的研究认为，CNVs 具有与 SNPs相似程度的人种差异，即不同人群之间 可能共享大部分相同的 CNVs，而部分 CNPs 在不同人群中以不同频率分离并有显 著性差异． CNVs 具有的上述人群遗传学特 点，其多态性成为一种新的遗传标记，可以 用于鉴定疾病易感基因位点的关联分析．
Байду номын сангаас
CNVs影响基因表达机制
尽管在人类基因组中已发现的CNV的数量 超过6,000个, 但只有少数的CNV覆盖了功能 基因及基因的调控因子, 绝大多数CNV和表型 可能无关或对表型的贡献率很低。最直接的 证据是绝大多数CNV的发现均是源于大样本 中正常表型个体的检测而发现的。
CNVS的检测方法
比较基因组杂交芯片是目前检测CNV多态性 最常用的方法 SNP芯片是另一种有效检测CNV的技术。 定量PCR也可用于CNV的检测。 基于不同个体的DNA序列比对是检测CNV的 最直接的方法, 这种方法的最大优势是图谱的 清晰度可以达到单核苷酸水平。但由于测序 费用的昂贵, 要对一个群体的多个个体进行基 因组测序还不现实。
CNVs特点
CNVs 除了具有上面提到的覆盖范围广、组成形式 多样的特点以外，还具有其作为疾病易感标志的三 个重要特点--可遗传性、相对稳定性和高度异质 性． 利用父母 - 子女三人同胞对(Trios)样本分析时发现， 子女中绝大多数的 CNVs 遗传自父母，这些位点成 为遗传性 CNVs( inherited CNVs)，而新发生的与 父母染色体同源序列重合率 < 50%的CNV，称为新 的 CNV 或新的拷贝数突变(De novo CNVs）
CNV 的组成形式
另外一个与 CNVs 相关的概念是重复片段倍增 (segmental duplication，SDs)，它是指参考基因组 序列中出现 DNA 片段长度 > 1 kb 的两个或两个以 上拷贝，不同拷贝之间的序列同源性 > 90%． 全基 因组中 SDs 的密度约是 4%～ 5%，而 CNVs 富集 区的 SDs 平均密度约 25%，CNVs 稀有区的平均 密度近 2%～ 3%． 因此，CNVs 和 SDs 的发生具 有高度相关性，表明两者可能具有相似的发生学基 础． 目前认为 SDs 也是 CNVs 的一种组成形式．