單基因遺傳病——家系樣本研究思路

2017-03-02    編輯:諾禾致源

基因遺傳病指由單個或單對等位基因突變導致的疾病,主要由遺傳因素決定,遵循孟德爾遺傳規律,外顯率較高。通常分為常染色體顯性、常染色體隱性、X伴性顯性、X伴性隱性、Y伴性遺傳病五種。根據OMIM數據庫,目前共有23,437個基因被報道與已知疾病或病理性狀相關。

245棋牌絕大多數的單基因遺傳病是由基因所編碼的蛋白質和或量的改變引起的,多數采用全外顯子組測序(Whole exome sequencing, WES)技術進行研究,挖掘與蛋白質功能相關的遺傳變異。單基因病研究思路根據樣本情況不同,可分為家系樣本和散發樣本研究 。

顯性遺傳家系研究

顯性遺傳家系特點如圖1所示,需尋找患者中共有而正常個體中沒有的雜合突變。樣本選取建議選擇4例以上患病個體(通常稱為case);或者選取至少2例患病個體(case)和1 例正常個體(通常稱為control), case盡量選擇親緣關系較遠的樣本,control盡量選擇與其中一例患病個體親緣關系較近的樣本。

案例解析

外顯子組測序解析卵細胞發育障礙

Mutations in TUBB8 and Human Oocyte Meiotic Arrest

期刊:New England Journal of Medicine
影響因子:55.873
發表時間:2016年1月

一、研究背景

目前體外受精占全球出生率1-3%。通過促性腺激素調理和卵巢刺激,一些卵細胞仍發育不成熟是常見現象,而完全的卵細胞發育受阻只在少數女性中被報道。引起這類卵細胞成熟障礙的遺傳機制還并不清楚。

二、方法流程

取材

245棋牌 一個四代家系中5個個體(3 cases,2 controls)

測序

245棋牌 WES,50×有效測序深度

分析

1. Cases共有而controls中沒有的突變
2. 未被報道的突變
3. 1000G、NHLBI、ExAC中MAF<0.1%的突變

驗證

Sanger測序驗證家系內個體共分離
其他家系個體驗證
245棋牌細胞功能學驗證

三、研究結果

1. WES發現TUBB8突變

選取一個4代家系中3名因卵細胞減數分裂Ⅰ期發育受阻導致不孕的患者和2個正常個體進行WES測序分析,發現TUBB8245棋牌 突變。

245棋牌2. 家系內共分離和其他患病家系患者驗證

使用sanger測序對包含該家系在內的24個家系患病個體驗證,共發現7個家系患病個體卵子減數分裂Ⅰ期發育受阻,存在7個primary-specific TUBB8 突變。該家系為罕見的常染色體顯性遺傳的女性不孕。

3. 細胞功能性驗證

a. 組織分布特異性研究,發現TUBB8 只分布于卵細胞和早期胚胎。
b. TUBB8 突變影響卵細胞成熟。


圖1 患病個體的四代家系圖譜

四. 研究結論

TUBB8 突變呈現遺傳自父親的常染色體顯性遺傳模式和新生突變,具有顯性負相關效應。突變影響微管異質二聚體結構,破壞了微管行為、卵子減數分裂組裝和成熟,從而導致女性不孕。

隱性遺傳家系研究

245棋牌隱性遺傳家系特點如圖2所示,患病個體親代是突變攜帶者但表型正常,子代患病。需要尋找子代患者中共有的純合或者復合雜合突變。樣本選取建議選擇核心家系(如患病子代+雙親,3~4 例cases);但是對于非近親結婚家系,盡量避免選取表型正常的同胞作為control,因為無法判斷個體是否攜帶致病突變,在后續分析中容易遺漏重要突變信息。

案例解析

外顯子組測序解析常染色體隱性先天性淋巴管發育不良

Impaired Piezo1 function in patients with a novel autosomal
245棋牌recessive congenital lymphatic dysplasia

期刊: NATURE COMMUNICATIONS
影響因子:11.47
發表時間:2015年9月

一、研究背景

Piezo1 離子通道是包括血管內皮細胞、腎小管細胞和紅細胞等幾個細胞中機械應力的介質。Piezo1 功能性獲得突變引起常染色體顯性溶血性貧血--脫水遺傳性口形紅細胞增多癥。然而,Piezo1 功能性缺失突變對表型的影響仍未知。

二、方法流程

取材

245棋牌 一個家系(2個患病孩子+正常父母)

測序

WES,70×有效測序深度

分析

1. 報道的已知基因突變
2. 常染色體隱性遺傳模式篩選
3. 1000G中MAF<0.1%
4. 突變在1000G、ESP、ExAC中不存在

驗證

Sanger測序驗證
細胞功能學驗證

三、研究結果

1. WES發現Piezo1 突變

選取一個家系中2個因先天性淋巴管發育不良而導致先天淋巴水腫的患者和正常父母進行WES測序分析,發現Piezo1 發生功能缺失突變—一個復合雜合突變:(剪接位點突變)c.3455+1G>A 和 (錯義突變)c.6085G>C;p.Gly2029Arg。

2. Piezo1 的功能減弱

細胞功能性驗證發現Piezo1 發生突變導致蛋白在細胞表面表達下調,Piezo1 的功能顯著減弱。


圖2 家系圖譜及患病個體

四. 研究結論

對先天性淋巴管發育不良而導致淋巴持續水腫的患者以及不患病的父母進行外顯子組測序,發現PIEZO1發生雙等位基因突變(復合雜合突變)。分析患者的紅細胞以及不同系統研究顯示等位基因突變導致PIEZO1(蛋白)功能減弱。