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家族遗传病研究

发布日期:2013/9/12 9:35:08      

研究目的和意义

        基于不同的新一代测序研究方案,在基因组层面探索基因组变异对家族遗传病的影响,研究家族遗传病的遗传机制,寻找可应用于遗传病的检测以及产前诊断及优生优育的分子标记。


对象

        已经确诊的单基因遗传病家系、具有比较明显的遗传模式的家系遗传病及先天性或罕见疾病。

        取样标准:家系中的先症者(或多个患者)作为疾病组,家系中的健康人作为对照组,取抗凝外周血。


新一代测序方案

        Exome capture seq(外显组捕获测序)描绘基因组外显子区域单个碱基的突变图谱,分析基因突变尤其是低频突变和疾病的相关性,并定位到突变所在的基因。

        Target capture seq(目标捕获测序)已经做过连锁分析的家系并定位到染色体的某个区域或研究人员感兴趣的基因组的区域进行捕获,分析单碱基突变对疾病的影响,找到这些区域内的致病基因。

        Whole genome seq (全基因组测序)对基因组上所有的基因进行测序分析,找到大量的SNV(单核苷酸变异)、CNV(拷贝数变异)、Indel(插入缺失)、SV(结构变异)等基因变异信息,更为全面的解析疾病发生发展的分子机制。


案例分析

方案(一). 全基因组测序:罕见遗传病诊断的未来

       研究方案:贝勒医学院人类基因测序中心的科学家对一对患有多巴反应性肌张力失常(Dopa-responsive dystonia,DRD)罕见遗传病的双胞胎进行全基因组测序,平均的测序深度为30倍。通过对SNV的分析,发现他们的体内的一个叫SPR的基因出现了突变。SPR基因编码了一种酶,而这种酶被认为和多巴反应性肌张力失常有关,医生依据这个研究结果也找到了合适的药治疗这种疾病。这篇文章意义非常重大,因为这是基因测序技术在罕见病治疗上的一次成功应用。

        结果:全基因组测序SNV筛选结果统计及家系成员SPR基因突变验证

图1. A. DRD双胞胎患者单核苷酸突变,去除数据库中的常见突变筛选到的罕见突变更有可能成为致病的原
因,突变定位到基因,找到共有的致病基因数为三个。 B. SPR基因突变的验证。家系成员包括父母、患病
的双胞胎(黑色)及健康的兄弟。健康的兄弟在SPR等位基因的两个位点都是纯合子,双胞胎患者在两个位点
都发生突变成杂合子。

方案(二)目标区域捕获测序找到致病基因

         研究方案:家族性渗出性玻璃体视网膜病变属常染色体显性遗传病,以颞侧视网膜没有血管化为特征。已有的研究发现FZD4, LRP5和NDP是此病的致病基因,为了发现新的致病基因研究者对家族性渗出性玻璃体视网膜病变患者的基因组进行了研究,先通过连锁分析找到第七号染色体上40Mb的区域与遗传病相关,再利用目标区域捕获技术对这40Mb的区域所有的外显子和内含子外显子边界区域(包含338个基因)进行高通量测序,分析此区域内的TSPAN基因家族是新的致病基因。
        结果:1. 家系连锁分析定位到关联的染色体

图2. A.家族性渗出性玻璃体视网膜病变家系图谱。B. 通过SNP芯片结果进行连锁分析定位到第7号染色体上。

2. 目标捕获区域结构示意图

图3. 第7号染色体的结构图,目标捕获的区域为7号染色体上的40Mb区域的338个基因的外显子和内含子外显子
交界区域,其中有部分区域是两个家系共有的,包含了TSPAN基因家族。

3.TSPAN基因突变支持reads展示


图4. A.超过30条reads支持TSPAN12的第8个外显子区域 B. 10条参考序列,10条表示突变的序列,TSPAN12基因G突变为C导致脯氨酸到丙氨酸的改变(c.709G>C [p.Ala237Pro

方案(三)外显组捕获测序寻找先天性疾病的致病基因变异
       
研究方案:翼状胬肉综合征(Pterygium syndromes)是复杂的先天性疾病,主要症状是皮肤粘连常伴有颅面畸形。Bartsocas-Papas综合征就是一种比较严重的疾病表现,属常染色体隐性遗传。研究者利用外显子组捕获测序技术对一个家系中的患者进行了研究,确定了RIPK4第7个外显子上的纯合突变,突变影响了RIPK4的蛋白结构,从而使角质分化受到影响。


图5. A和B. 患者的临床表现。C.家系图谱,黑色表示患病的婴儿。D. Sanger测序验证外显组测序结果,I代的父母在RIPK基因的第7外显子区域第1127个碱基的位置(箭头所指)是杂合子,患者在此位置是纯和子。


参考文献

1. Bainbridge MN, Wiszniewski W, Murdock D R, et al. Whole- genome sequencing for optimized patient management. Sci Transl Med.2011; 3(87): 87re3.

2. Nikopoulos K, Gilissen C, Hoischen A, et al. Next-Generation Sequencing of a 40 Mb Linkage Interval Reveals TSPAN12 Mutations in Patients with Familial Exudative Vitreoretinopathy. Am J Hum Genet. 2010; 86(2): 240- 247.

3. Mitchell K, O'Sullivan J, Missero C, et al. Exome Sequence Identifies RIPK4 as the Bartsocas-Papas Syndrome Locus. Am J Hum Genet. 2012; 90(1): 69- 75.

G007 锐博生物——基于新一代测序技术的家族遗传病研究.pdf




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