遗传病的诊断和治疗

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遗传病的诊断和治疗
遗传病的诊断
一般诊断(病史、症状、体征、实验室) 特殊诊断(系谱分析、染色体检查、特 殊生化检测、基因诊断) 现症诊断、症状前诊断、产前诊断
现症诊断
一、病史、症状和体征 1、病史: 家族史、婚姻史、生育史 2、症状和体征: 特异性症候群:PKU、半 乳糖血症、性染色体病
二、系谱分析
染色体检查的指征:
①有明显的智力发育不全、生长迟缓或伴有 其他先天畸形者;②夫妇之一有染色体异常, 如平衡结构重排、嵌合体等;③家族中已有 染色体或先天畸形的个体;④多发性流产妇 女及其丈夫;⑤原发性闭经和女性不育症; ⑥无精子症男子和男性不育症;⑦两性内外 生殖畸形者;⑧疑为先天愚型的患儿及其父 母;⑨原因不明的智力低下伴有大耳、大睾 丸和(或)多动症者;⑩35岁以上的高龄孕 妇(产前诊断)。
胚胎移植前遗传病诊断 preimplantation genetic diagnosis, PGD
PGD是在体外受精(in-vitro fertilization, IVF)技术、分 子生物学和显微操作的基础 上,对受精三天后的胚胎在 种植前,检查其正常后再移 植到子宫的一项新技术,也 即所谓第三代试管婴儿技术。 一般在卵裂期,当胚胎发育 到6-8个细胞阶段,抽取1-2个 细胞,进行遗传疾病诊断。 根据遗传诊断结果,仅将正 常胚胎移植至子宫
特 点:
针对直接病因诊断 特异性强,灵敏度高 适应性强,诊断范围广 目的基因是否处于活化状态均可,无组织和 发育特异性。 在感染性疾病的基因诊断中,可检测正在生 长的病原体或潜伏病原体。
基因诊断的样本:
可以是任何有核细胞,包括:
1、外周血白细胞、口腔粘膜细胞
2、活检标本、石腊包埋的组织块
3、沉淀细胞(唾液、痰液、尿液) 4、羊水细胞、绒毛细胞、
DNA microarrays on glass slides
表达谱芯片和寡核苷酸芯片
芯片 表达谱芯片 探针 长片段PCR 产物 样本形式 mRNA或 cDNA 应用范围 基因表达分 析;新药开 发,毒副作 用分析 遗传病检测; 多态性位点 检测;肿瘤 诊断
寡核苷酸芯 片
来自百度文库短单链DNA
DNA片段
表达谱芯片工作原理:
应用实例
Affymetrix公司,把P53基因全长序列和已 知突变的探针集成在芯片上,制成P53基因芯 片,将在癌症早期诊断中发挥作用。 Heller等构建了96个基因的CDNA微阵,用 于检测分析风湿性关节炎(RA)相关的基因, 以探讨DNA芯片在感染性疾病诊断方面的应 用。 现在,肝炎病毒检测诊断芯片、结核杆菌耐药 性检测芯片、多种恶性肿瘤相关病毒基因芯片 等一系列诊断芯片逐步开始进入市场。
提取RNA Cy3标记对照组,Cy5标记实 验组。 混合两种探针,与芯片杂交 扫描仪以两种波长激光扫描, 532nm探测Cy3,633nm探测 Cy5。 Red:明显上调;green:明 显下调,yellow:差异不显著。 Cy5/Cy3的比率(0.5-2.0)。
寡核苷酸芯片工作原理:
由于DNA链短(20-30nt),单个碱基错配可 以降低杂交链的稳定性,Tm值降低5-10 ℃ 控制杂交条件:时间、温度、盐浓度等,可以 使完全匹配和单碱基错配的双链杂交几率明显 不同。 提取基因组DNA,PCR扩增并用荧光标记,与 芯片杂交,可以判断待测样品同芯片上哪个片 段结合,可知待测DNA序列上特定位点的碱基 特征。
症状前诊断
• 针对一些发病较迟的常染色体显 性遗传病患者在出现症状或生育 前对其作出诊断。 • 基因诊断是症状前诊断的主要 手段。
产前诊断
是对胚胎或胎儿是否患有遗 传病或先天畸形在出生前进行 的诊断
母婴保健法规定:
第二十条 孕妇有下列情形之一的,医师应当对 其进行产前诊断: (一)羊水过多或者过少的; (二)胎儿发育异常或者胎儿有可疑畸形的; (三)孕早期接触过可能导致胎儿先天缺陷 的物质的; (四)有遗传病家族史或者曾经分娩过先天 性严重缺陷婴儿的; (五)初产妇年龄超过35周岁的。
-地贫基因缺失的诊断
10kb 4kb
aa/aa aa/- aa/a- a-/-- --/-
14kb 10kb
正常
贫血 症状
携带 者
HbH
BamH I
BamH I
左侧:16号染色体上携有数目不同的基因 右侧:a基因探针杂交的结果
限制性片段长度多态性(RFLP)分析:
RFLP:DNA顺序上发生变化而出现或丢失某 一限制性内切酶位点,使酶切产生的片段长 度和数量发生变化。 RFLP分析:利用RFLP与DNA Southern印迹 杂交结合对遗传病作出诊断和分析的方法。
进入母体循环的胎儿细胞
应用PCR,样本可微量化到一个细胞
基因诊断的基本技术:
核酸分子杂交 聚合酶链反应PCR DNA测序技术
Southern blot印迹杂交
通过用已知基因的DNA片段制备探针与待 测基因组DNA的限制性酶切片段进行杂交,
分析带谱。
可直接确定致病基因的缺陷。是最经典、 应用最广泛的分子遗传学技术。 常用于基因缺失。
G6PD缺乏症检测芯片
由G6PD基因的突变、插入和缺失引起。 根据已知的基因突变型可设计突变基因 探针,制成芯片 可同时检测中国人种的8种突变类型,覆 盖率达90%以上,并能精确确定突变类 型及纯、杂合状况。 操作时间短(4小时以内),适于大批量 检定。
基因芯片的其他临床应用:
HLA分型 地中海贫血检测 乙肝耐药性检测
绒毛吸取术
脐带穿刺术
孕7-9周
孕18周
绒毛膜细胞
脐带血细胞
羊膜穿刺术:
羊膜穿刺术指征:
高龄孕妇 异常的母体血清三倍体标记筛查结果 染色体异常家族史 神经管缺损/异常母体血清甲胎蛋白 生化检查或DNA分析检测的孟德尔遗传 病
绒毛吸取术
新进展:着床前诊断
• 在受精6天 胚胎着床 前进行。 • 优点:即 可避免分 娩患儿, 又不必行 流产术
PCR/Southern blot 联合应用检测三核苷 酸重复相关遗传病:
DNA测序法:
DNA测序(DNA Sequencing)是检 测未知突变和已知突变基因的最基 本和最重要的实验手段。
基因芯片
又称DNA芯片,(DNA array). 指把成千上万个寡核苷酸或cDNA探针密集、 规律地排列在1cm2大小的硅片或玻璃芯片上, 容量可达20~40万个基因探针。将荧光标记的 DNA或cDNA样品送到在芯片上与探针杂交, 经激光共聚焦显微镜扫描,以计算机系统对荧 光信号做出比较和检测,可迅速得出所需的信 息,比常规方法快几十到几千倍。
镰状贫血的基因诊断:
Mst II
β珠蛋白 基因
1.15kb IVS-I 1.15kb 1.35kb
正常 镰性 性状 镰状 贫血
IVS-II
1.35kb 1.15kb
Polymerase Chain Reaction (PCR)
A method to amplify specific genetic sequences.
从先证者入手,调查其亲属的健康 及生育状况,将调查材料绘制成系 谱图进行系谱分析。 由于各种单基因遗传病常表现出特 定的孟德尔式遗传,所以,系谱分 析常有助于单基因病的诊断。
三、细胞遗传学检查
是较早应用于遗传病诊断的辅助手 段,能较准确地判断和发现染色体 数目和结构异常综合征,因而该方 法是确诊染色体病的主要方法。
PGD的应用:
该技术由英国Handyside医生小组首创, 于1990年第1例妊娠成功。目前PGD已成 功应用于以下疾病:镰形红细胞贫血、 血友病、囊性纤维增生症、地中海贫血 和自毁容貌综合征等。1997年1月至1998 年9月有66例临床妊娠 .
遗传病的治疗
常规治疗包括:手术治疗、饮食、 药物控制和物理疗法。近十年随着 人们对遗传病发病机制的逐渐深入 及分子生物学技术在医学中的广泛 应用,使遗传病的治疗从常规治疗 跨入了基因治疗,为根治遗传病带 来了希望。
PCR Reagent Components
Template (DNA or RNA) Two primers dNTPs PCR buffer
KCl, Tris, MgCl2
Thermostable DNA Polymerase (Taq)
PCR Cycle:
STEPS
Denaturation: DNA strands separate. 94oC Annealing: Primers bind to DNA. 65-40oC Extension: New DNA is synthesized. 72oC
四、生化检查
生化检查主要用于生化遗传病的检测。主要 针对三方面:1)蛋白、酶活性;2)反应底物、 代谢中间产物或终产物的浓度;3)受体的结 合能力。 例如疑为苯酮尿症患者,可检测血清苯丙氨酸 或尿中苯乙酸浓度;粘多糖病可测定尿中硫酸 皮肤素、硫酸乙酰肝素等。
五、基因诊断
采用分子生物学方法在DNA水平或RNA 水平对某一基因进行分析,从而对特定 的疾病进行诊断。
PCR SSCP:
Single Strand Conformation Polymorphisms
Gene
PCR Denature Quick cool
Non-denaturing gel. Slow run. Cool.
PCR DGGE:
Denaturing Gradient Gel Polymorphisms
Geometric Amplification:
Cycle 3 After 30 cycles, the DNA is amplified over a billion fold.
Cycle 2 Cycle 1
基于PCR技术的DNA诊断
PCR直接扩增(大片段缺失) PCR/ASO、PCR/SSCP、PCR/DGGE联合应 用(点突变的检测) PCR/Southern blot 联合应用 (三核苷酸重复相关遗传病)
1.染色体检查 亦称核型分析(karyotype analysis) 是确诊染色体病的主要方法。随着显 带技术的应用以及高分辩率染色体显 带技术的出现和改进,能更准确地判 断和发现更多的染色体数目和结构异 常综合征,还可以发现新的微畸变综 合征。
2.性染色质检查
优点是方法简单,主要用于疑为两性畸 形或性染色体数目异常的疾病诊断或产 前诊断,有一定价值,但确认仍需依靠 染色体检查。
3、染色体原位杂交:
应用标记的DNA片段与玻片上的细胞、 染色体或间期核的DNA杂交,在样品 核酸不改变其结构和分布格局的情 况下,研究核酸片段的位置、相互 关系。
4、荧光原位杂交(FISH):
• 应用荧光素标记的DNA探 针与标本进行原位杂交 后,使杂交区域发出荧 光。 • 优点:快速、安全 灵敏度高 特异性强。 • 图示为18三体综合征患 者的FISH检测
多重PCR:在同一PCR体系中加入数对PCR引物,可 同时扩增多个DNA片段。常用来检测同一基因的多个 外显子的缺失。
PCR/ASO探针斑点杂交:
常用于检测点突变。 等位基因特异性寡核苷酸( allelespecific oligonucleotide,ASO):人 工合成的长约20个核苷酸的DNA片 段,其序列与所研究基因的相应区 段互补。
基因芯片应用
基因芯片是生物芯片研究中,最先实现 商品化的产品。 *寻找新基因 *DNA测序 *疾病诊断 *药物筛选 *毒理基因组学 *农作物优育和优选 *环境检测和防治 *食品卫生监督 *司法鉴定
基因诊断是基因芯片中最具有商业化 价值的应用
从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片 杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中 分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变 图谱。通过比较、分析这两种图谱,就可以得 出病变的DNA信息。 这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、 经济、平行化、自动化等特点,将成为一项现 代化诊断新技术。
产前诊断的方法
1、非侵袭方法
母亲血清、尿液的生化检查 B超
2、侵袭性方法:根据妊娠时间及检测目的 有针对性地选用不同的穿刺取样技术, 然后将样品进行实验室检查(细胞遗传 学、生化检查、基因诊断)。
羊膜穿刺术、绒毛吸取术 、 脐带穿刺术
取样方法 羊膜穿刺术
取样时间 孕16-20周
待测样品 脱落细胞
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