拷贝数变异
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6
CNV分类
缺失 扩增 同一位点并发的缺失 与扩增 多等位基因位点 复杂难以描述的位点
7
CNP (copy number polymorphisms)
类似SNP,人群中等位基因频率>1%的 CNVs 定 义为基因组拷贝数多态，90%以上的 CNVs 属 于这一类型.
Common CNP >5% Rare CNV <1%
基于SNP的GWAS只能解释 疾病一小部分的遗传变异
更完善的GWAS 拷贝数变异CNV
Extending genome-wide association studies to copy-number variation. ——McCarroll, S.A. Hum. Mol. Genet. 2008, 17(2):135-142.
16
CNV检测方法
比较基因组杂交芯片(Array CGH) SNP芯片 定量 PCR（QMPSF/ MAPH/ MLPA） 荧光原位杂交（FISH）
17
CNV全基因组关联
与传统的基于SNP的GWAS具有互补性 新型SNP芯片技术支持 Affymetrix和Illumina公司相继推出了Genome-wide SNP6.0和Illumina 1M芯片，除包括SNPs探针外，还有 几乎等量的拷贝数探针，减少了因探针分布不均衡的 干扰，使全基因组平均分辨率达3kb，增加了CNVR边界 定位的精确性，更适用于全基因组关联分析． CNV全基因组关联分析流程同基于SNP的GWAS.
11
12
13
CNV人群遗传学特点
分布范围广
大量存在于人类基因组中，包括健康个体及患者。
可遗传、相对稳定
遵从孟德尔遗传规律，而且它们在人群之间的传递相对稳定，符 合Hardy-Weinberg平衡定律．两个不同个体之间的 CNVs 变化不 足0.5%，而只有不到 1%的 CNVs 无法通过同一等位基因的简单 遗传方式来解释．
定义不同。 到目前为止，人基因组已发现的CNVs个数远远低于SNPs的个数， 但覆盖的染色体长度至少达到12%的全基因组，目前任何一种遗 传标志都无法比拟的。 一些疾病更有可能是由于CNV所引起的。 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CCL基因在SNP图谱上则找不到变异.
CNV与肿瘤
据DGV的数据分析，近40%的肿瘤相关基因都存在CNV。
23
CNV与肿瘤
1）预后研究
Genetic polymorphisms in GST genes and survival of colorectal cancer patients treated with chemotherapy. ——Pharmacogenomics (2010) 11(1), 33–41. Copy number variation at 1q21.1 associated with neuroblastoma ——Nature. 2009 June 18; 459(7249): 987–991. Frequent deletions and down-regulation of miRNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia． ——Proc Natl Acad Sci USA，2002，99(24):15524-15529． 一些CNV区域覆盖非编码的RNAs区域，包括miRNA.
——Redon R, et al. Global variation in copy Number in the human genome. Nature, 2006.
5
CNV相关概念
CNV 与基因组参考序列相比，基因组中≥1kb的 DNA片段插入、缺失和/或扩增，及其互相组合 衍生出的复杂变异． CNVR (CNV region) 如果一段染色体区域包含若干个源于不同个体 的拷贝数变异，我们可以将这段染色体区域称 为拷贝数变异区域(CNVR)，也就是说，一个拷 贝数变异区域就是一个有重叠部分的各个拷贝 数变异的联合。
2006 年，Redon等在HapMap计划的270名正常健康供者 中鉴定到1447个CNV区域，它们覆盖了12%(300 Mb)的 人类基因组，与基因组变异和疾病致病/易感基因位点 相关．这些结果提示，CNVs可能像SNPs一样影响着基 因的表达、表型的变异和适应，可以作为一种重要的 疾病易感标志。
拷贝数变异
(copy number variation,CNV)
1
Genome-wide association studies: potential next steps on a genetic journey. ——Mark I. McCarthy. Hum. Mol. Genet. 2008, 17(2): 156–165.
24
2）功能研究
3）miRNA研究
百度文库
CNV的局限
CNVs的基因分型较复杂、不统一 统计分析
由于不同的样本、不同的算法、使用不同的参考样本 组，而且CNVs判别标准也不尽相同，造成不同研究之 间重合的CNVs仅介于25%～45%之间．既使同样的研究 样本，用不同算法得到的CNVs重合率也只有72%．
8
CNV & SNP
多态性相似，在人群中均普遍存在。 鉴定的CNVs中有近20％的区段和SNPs所在的DNA区段交叠，这表 明两种变异方式存在于基因组的相同部分。 CNVs和SNPs之间存在一定的联系. 许多CNVs位于基因结构变异的复杂区域，一些CNVs与邻近SNPs存 在着连锁不平衡，可通过检验SNPs基因型推测邻近的CNVs。但另 一些CNVs独立分布于基因组内，不能直接通过探测SNPs而得到， 尤其是在富含CNV的区域。
4
CNV由来
2004年，Iafrate和Sebat各自所在的研究小组首次在 人类基因组中描述了拷贝数变异的存在．
——Iafrate A J, et al. Detection of large-scale Variation in the human genome. Nat Genet, 2004. ——Sebat J, et al. Large-scale copy number polymorphism in the human genome. Science, 2004.
18
CNV全基因组扫描方法
19
CNV与疾病
20
Gene copy number variation and common human disease. ——Fanciulli et al. Clin Genet. 2009.
21
A genome-wide survey of copy number variations in Han Chinese residing in Taiwan. ——C.-H. Lin et al. Genomics 94 (2009) 241–246. 22
高度异质性
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，这一现象是进行CNV 与复杂性状关联研究的基础。
14
CNV产生机制
染色体结构重排造成非等位基因同源重组（大） 非同源末端连接 转座和反转座 与非βDNA结构相关，即DNA的结构有别于经典 的右旋β双螺旋结构，包括左旋z型DNA和十字 型DNA。这些非βDNA结构促进染色体重排和 CNVs形成。
2
提纲
CNV由来 CNV相关概念 CNV分类 CNV数据库 CNV遗传学特点 CNV形成及影响机制 CNV检测方法 CNV & SNP CNV与疾病（肿瘤） CNV的局限
3
CNV由来——遗传变异
染色体数目变异 染色体结构变异
SNPs Deletions Insertions VNTRs Microsatellite Minisatellite
9
CNV & SNP
为了探究CNV和SNP对表型多样性的贡献率，Stranger 等以210个无亲缘相关的HapMap Project个体为研究材 料, 分析了14072个基因的47294个转录子的表达水平 与SNP和CNV的关联性。结果发现，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。因此认为，对各种复杂性状进行分 析时必须把两种遗传变异综合起来进行考察。 SNPs数据对发现潜在的CNVs有一定的指导作用。 预测 定义（≥3个SNP探针发生缺失或扩增） 综合
15
CNV影响机制
CNV对表型的调控作用，Beckmann等认为 可能主要通过以下几种机制来实现：
重复／缺失数目本身的剂量效应； CNV改变了基因的结构，对基因的表达产物产生影响； 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； 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。
其他的变异（转座子、倒位）
25
小结
CNV可能成为复杂疾病的遗传易感标志。 CNV疾病关联研究可以借鉴较成熟的SNP研究，但也 需要搞清楚两者的差异，CNV最终将成为SNP的一个 补充与扩展。
A long way to go！
26
Thank You
27
10
CNV数据库
根据基因组变异数据库(database of genomic variants,DGV,http://projects.tcag.ca/vari ation/) 统计，截至2008年11月10日，基于 NCBI build36参考基因组序列发现的CNVs共 19792个，由此形成CNVR共6225个，覆盖18.8% 的人类基因组常染色质，涉及基因7265个．
CNV分类
缺失 扩增 同一位点并发的缺失 与扩增 多等位基因位点 复杂难以描述的位点
7
CNP (copy number polymorphisms)
类似SNP,人群中等位基因频率>1%的 CNVs 定 义为基因组拷贝数多态，90%以上的 CNVs 属 于这一类型.
Common CNP >5% Rare CNV <1%
基于SNP的GWAS只能解释 疾病一小部分的遗传变异
更完善的GWAS 拷贝数变异CNV
Extending genome-wide association studies to copy-number variation. ——McCarroll, S.A. Hum. Mol. Genet. 2008, 17(2):135-142.
16
CNV检测方法
比较基因组杂交芯片(Array CGH) SNP芯片 定量 PCR（QMPSF/ MAPH/ MLPA） 荧光原位杂交（FISH）
17
CNV全基因组关联
与传统的基于SNP的GWAS具有互补性 新型SNP芯片技术支持 Affymetrix和Illumina公司相继推出了Genome-wide SNP6.0和Illumina 1M芯片，除包括SNPs探针外，还有 几乎等量的拷贝数探针，减少了因探针分布不均衡的 干扰，使全基因组平均分辨率达3kb，增加了CNVR边界 定位的精确性，更适用于全基因组关联分析． CNV全基因组关联分析流程同基于SNP的GWAS.
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CNV人群遗传学特点
分布范围广
大量存在于人类基因组中，包括健康个体及患者。
可遗传、相对稳定
遵从孟德尔遗传规律，而且它们在人群之间的传递相对稳定，符 合Hardy-Weinberg平衡定律．两个不同个体之间的 CNVs 变化不 足0.5%，而只有不到 1%的 CNVs 无法通过同一等位基因的简单 遗传方式来解释．
定义不同。 到目前为止，人基因组已发现的CNVs个数远远低于SNPs的个数， 但覆盖的染色体长度至少达到12%的全基因组，目前任何一种遗 传标志都无法比拟的。 一些疾病更有可能是由于CNV所引起的。 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CCL基因在SNP图谱上则找不到变异.
CNV与肿瘤
据DGV的数据分析，近40%的肿瘤相关基因都存在CNV。
23
CNV与肿瘤
1）预后研究
Genetic polymorphisms in GST genes and survival of colorectal cancer patients treated with chemotherapy. ——Pharmacogenomics (2010) 11(1), 33–41. Copy number variation at 1q21.1 associated with neuroblastoma ——Nature. 2009 June 18; 459(7249): 987–991. Frequent deletions and down-regulation of miRNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia． ——Proc Natl Acad Sci USA，2002，99(24):15524-15529． 一些CNV区域覆盖非编码的RNAs区域，包括miRNA.
——Redon R, et al. Global variation in copy Number in the human genome. Nature, 2006.
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CNV相关概念
CNV 与基因组参考序列相比，基因组中≥1kb的 DNA片段插入、缺失和/或扩增，及其互相组合 衍生出的复杂变异． CNVR (CNV region) 如果一段染色体区域包含若干个源于不同个体 的拷贝数变异，我们可以将这段染色体区域称 为拷贝数变异区域(CNVR)，也就是说，一个拷 贝数变异区域就是一个有重叠部分的各个拷贝 数变异的联合。
2006 年，Redon等在HapMap计划的270名正常健康供者 中鉴定到1447个CNV区域，它们覆盖了12%(300 Mb)的 人类基因组，与基因组变异和疾病致病/易感基因位点 相关．这些结果提示，CNVs可能像SNPs一样影响着基 因的表达、表型的变异和适应，可以作为一种重要的 疾病易感标志。
拷贝数变异
(copy number variation,CNV)
1
Genome-wide association studies: potential next steps on a genetic journey. ——Mark I. McCarthy. Hum. Mol. Genet. 2008, 17(2): 156–165.
24
2）功能研究
3）miRNA研究
百度文库
CNV的局限
CNVs的基因分型较复杂、不统一 统计分析
由于不同的样本、不同的算法、使用不同的参考样本 组，而且CNVs判别标准也不尽相同，造成不同研究之 间重合的CNVs仅介于25%～45%之间．既使同样的研究 样本，用不同算法得到的CNVs重合率也只有72%．
8
CNV & SNP
多态性相似，在人群中均普遍存在。 鉴定的CNVs中有近20％的区段和SNPs所在的DNA区段交叠，这表 明两种变异方式存在于基因组的相同部分。 CNVs和SNPs之间存在一定的联系. 许多CNVs位于基因结构变异的复杂区域，一些CNVs与邻近SNPs存 在着连锁不平衡，可通过检验SNPs基因型推测邻近的CNVs。但另 一些CNVs独立分布于基因组内，不能直接通过探测SNPs而得到， 尤其是在富含CNV的区域。
4
CNV由来
2004年，Iafrate和Sebat各自所在的研究小组首次在 人类基因组中描述了拷贝数变异的存在．
——Iafrate A J, et al. Detection of large-scale Variation in the human genome. Nat Genet, 2004. ——Sebat J, et al. Large-scale copy number polymorphism in the human genome. Science, 2004.
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CNV全基因组扫描方法
19
CNV与疾病
20
Gene copy number variation and common human disease. ——Fanciulli et al. Clin Genet. 2009.
21
A genome-wide survey of copy number variations in Han Chinese residing in Taiwan. ——C.-H. Lin et al. Genomics 94 (2009) 241–246. 22
高度异质性
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，这一现象是进行CNV 与复杂性状关联研究的基础。
14
CNV产生机制
染色体结构重排造成非等位基因同源重组（大） 非同源末端连接 转座和反转座 与非βDNA结构相关，即DNA的结构有别于经典 的右旋β双螺旋结构，包括左旋z型DNA和十字 型DNA。这些非βDNA结构促进染色体重排和 CNVs形成。
2
提纲
CNV由来 CNV相关概念 CNV分类 CNV数据库 CNV遗传学特点 CNV形成及影响机制 CNV检测方法 CNV & SNP CNV与疾病（肿瘤） CNV的局限
3
CNV由来——遗传变异
染色体数目变异 染色体结构变异
SNPs Deletions Insertions VNTRs Microsatellite Minisatellite
9
CNV & SNP
为了探究CNV和SNP对表型多样性的贡献率，Stranger 等以210个无亲缘相关的HapMap Project个体为研究材 料, 分析了14072个基因的47294个转录子的表达水平 与SNP和CNV的关联性。结果发现，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。因此认为，对各种复杂性状进行分 析时必须把两种遗传变异综合起来进行考察。 SNPs数据对发现潜在的CNVs有一定的指导作用。 预测 定义（≥3个SNP探针发生缺失或扩增） 综合
15
CNV影响机制
CNV对表型的调控作用，Beckmann等认为 可能主要通过以下几种机制来实现：
重复／缺失数目本身的剂量效应； CNV改变了基因的结构，对基因的表达产物产生影响； 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； 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。
其他的变异（转座子、倒位）
25
小结
CNV可能成为复杂疾病的遗传易感标志。 CNV疾病关联研究可以借鉴较成熟的SNP研究，但也 需要搞清楚两者的差异，CNV最终将成为SNP的一个 补充与扩展。
A long way to go！
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Thank You
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CNV数据库
根据基因组变异数据库(database of genomic variants,DGV,http://projects.tcag.ca/vari ation/) 统计，截至2008年11月10日，基于 NCBI build36参考基因组序列发现的CNVs共 19792个，由此形成CNVR共6225个，覆盖18.8% 的人类基因组常染色质，涉及基因7265个．