两个单基因遗传病家系致病基因的分子遗传学研究

发布时间：2017-10-06 07:26

  本文关键词：两个单基因遗传病家系致病基因的分子遗传学研究

  更多相关文章： 单基因遗传病 常染色体显性多囊肾病 PKD1基因 遗传性共济失调 SCA3基因 突变分析

【摘要】：遗传病是由基因组中的一个或多个异常引起的遗传问题,往往在出生时就被决定了(先天性),也可后天发病。如遗传性痉挛性截瘫、遗传性进行性假性类风湿发育不良症、多囊肾病等,完全由遗传因素决定发病,但是要经过几年、十几年甚至几十年才能出现明显的症状。大多数遗传性疾病是相当罕见的,发病率为几千到几百万分之一。单基因遗传病是指由单一一个基因突变导致的疾病。现在发现了有超过6500种的单基因遗传病。单基因疾病可以通过几种途径传递给后代。常染色体显性遗传病位于常染色体上的两个等位基因中,如有一个突变,这个突变基因的异常效应就能显示发病。这类疾病已达1700多种,如家族性多发性结肠息肉等。其遗传系谱特点是;遗传与性别无关,男女发病机会均等；患者双亲往往有一方为患者；常见连续几代的遗传。显性致病基因有时由于内外环境的影响,杂合子个体携带显性致病基因但并不表达,即不完全外显。常染色体显性遗传病的外显率为60%-90%。常染色体隐性遗传病致病基因为位于常染色体上的隐性基因,当隐性基因纯合时才能发病。即隐性遗传病患者,大多是由两个携带者所生的后代。已确定这类疾病约1200多种,如先天性聋哑、白化病、苯丙酮尿症。常染色体隐性遗传病的谱系特点：男女发病机会均等,发病与性别无关；常是越代遗传；近亲婚配时,子女中隐性遗传病患病率大为增高。性染色体连锁遗传病(sex-linked disorder)包括X连锁遗传病和Y连锁遗传病。以X连锁隐性遗传病为多见,致病基因在X染色体上,性状是隐性的,女性大多只是携带者；X连锁显性遗传病病种较少,这类病女性发病率高,但病情较男性轻：Y连锁遗传病的特点是男性传递给儿子,女性不发病,Y连锁遗传病极少见。常染色体显性多囊肾病(Autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD)是一种常见的遗传性肾病,以逐渐增多、增大的双边肾脏囊肿为主要特点,并最终能导致肾衰竭。它在全世界范围的发病率大约在1/400至1/1000之间,并且占了晚期肾移植病人的5%-10%。肾脏外也会出现一些症状,主要是其它上皮器官如肝和胰腺的囊肿。此外,有些ADPKD病人有些还会表现出结缔组织的缺陷,如颅内动脉瘤。脊髓小脑性共济失调(spinocerehenar ataxia, SCAs)是一类包括多种亚型在内的神经系统退行性疾病,具有高度的遗传异质性,往往在成年期发病。常见的损害部位包括了从主要的神经系统(小脑、脑干、脊髓、周围神经等)到神经系统之外的部位(眼、骨骼、心脏等),临床表现复杂多样。影像学检查主要表现为小脑皮质的逐渐萎缩。在本研究中,我们采集到了两个常染色体显性遗传的单基因病家系,对上述两种单基因遗传病进行了分子遗传学研究,检查了相关致病基因并鉴定了致病突变。所进行的相关研究为上述疾病的病理生理学机制研究奠定了基础。同时也为家系中成员的遗传咨询和产前诊断提供了保障。第一部分一个显性多囊肾病家系的致病基因突变分析多囊肾病(Polycystic kidney disease, PKD)是一种严重影响生活甚至威胁生命的单基因遗传病。它的主要临床症状是肾脏出现许多充满液体的囊肿。多囊肾病人表现出进行性的囊肿形成和肿大、肾脏肿大,最终发展成晚期肾衰竭。此病主要分为常染色体显性遗传(ADPKD)和常染色体隐性遗传(ARPKD)。常染色体显性多囊肾病(Autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD)是一种常见的遗传性肾病,发病率在1/500到1/1000之间。以逐渐增多、增大的双边肾脏囊肿为主要特点,并最终能导致肾衰竭。肾外临床表现包括其它上皮器官的囊肿,例如肝、脾,病人也表现出结缔组织缺陷,例如颅内动脉瘤、心瓣膜异常、夹层动脉瘤、腹壁疝,高血压是ADPKD非常常见的症状。ADPKD患者的肾功能会逐渐丧失。ADPKD有两个已鉴定的致病基因：PKD1 (16pl3.3)-编码多囊蛋白1 (polycystin 1, PC1)和PKD2 (4q22)-编码多囊蛋白2(polycystin 2, PC2)。 PKD1突变导致的多囊肾病占全部多囊肾病的85%,剩下的15%由PKD2基因上的致病突变导致,而且PKD1突变导致的多囊肾往往比PKD2突变导致的症状更为严重。此外,多囊肾的症状和严重程度在不同的患者甚至在同一个家系的不同患者之间往往都有很大的不同,这表明多囊肾的病程可能受其他基因或环境因素的影响。Alport综合症(Alport syndrome, AS)也是一种遗传性肾病,发病率至少为1/50000。它常常在儿童期起病并表现为镜下血尿,随后随着年龄的增长逐渐出现肉眼血尿、蛋白尿和肾功能不全,并最终在成年期形成肾功能衰竭。部分病人会有肾脏外的症状,主要包括逐渐的耳聋、视觉障碍。Alport综合症主要由X连锁的COL4A5基因突变导致(占85%),为显性致病；剩下的15%由常染色体隐性突变导致。我们在南方医院发现了一个含有3代人的多囊肾病家系,家系共有5名已知患病成员,初步考虑此家系为常染色体显性多囊肾病。我们对该家系做了临床分析和相关的检查,采集了家系成员的DNA样本,并得到了先证者的肾组织样本。通过对先证者的全基因组二代测序我们得到了其可能致病的PKD1致病突变,此突变为移码突变并与家系中的患者出现了共分离。同时在家系中发现了一个被注释为致病的COL4A5突变G953V——rs78972735,此基因突变会导致更为严重的alport综合症。通过对比PKD1基因编码的蛋白PC1在先证者组织和正常组织中的差异,发现病人的晚期衰竭肾脏中的PC1的表达提高了约1.7倍；组织免疫化学也提示在患者膨大的小管上皮有明显的表达提高。同时pS6/S6比例的提高和Ki67阳性细胞增多提示了患者小管上皮处于高增值的状态；但TUNEL实验显示患者的肾脏的凋亡细胞也明显增多了——这表明患者的肾脏组织处于一种同时高增殖高凋亡的重构过程。一些机制重构相关基因的表达量的显著提高也反与晚期肾脏出现的纤维化情况吻合。通过分析家系中COL4A5突变携带者的临床表现,我们发现此COL4A5突变在家系中并没有导致alport综合症,同时生物信息学预测也有矛盾的地方；分析报道此突变的文献我们发现只有一例此COL4A5单独突变致病的患者,患者病情比通常点突变患者的情况严重很多并且在调查中没有检测此基因的重排。所以,我们认为单独的COL4A5 G953V突变可能是不致病的。该家系新的PKD1致病突变的发现,为该家系今后的遗传咨询和产前诊断服务提供了便利。第二部分一个脊髓小脑性共济失调家系的致病基因突变分析脊髓小脑性共济失调(spinocerehenar ataxia, SCAs),是一类包括多种亚型在内的神经系统退行性疾病。常见的损害部位包括了从主要的神经系统(小脑、脑干、脊髓、周围神经等)到神经系统之外的部位(眼、骨骼、心脏等),临床表现复杂多样。其主要的临床特征为：初期隐袭起病,走路时步履不稳,肢体摇晃,动作反应迟缓及准确性变差;中期逐渐发展为说话时发音含糊不清,无法控制音调,眼球转动不平顺,影像容易产生重叠,肌肉不协调感加重,无法写字,有时感到吞咽困难；晚期时说话极不清楚,甚至无法语言,肢体乏力,不能站立,需靠轮椅代步,理解能力逐步下降,最后失去意识,昏睡不醒。影像学检查主要表现为小脑皮质的逐渐萎缩。SCAs临床表现复杂多样,基因分型是唯一确切有效的分类方法。按遗传方式,SCAs可以分为常染色体显性、常染色体隐性和X连锁隐性三类。其中以常染色体显性最为常见,到目前为止,已经有大约35个位点被定位出来,并被分类为3个大的类型：(1)编码区CAG三核苷酸重复增多导致的多聚谷氨酰胺性共济失调,主要包括SCA3、SCA6和SCA7；(2)非编码区重复序列增多导致的共济失调；(3)传统突变(移码、错义突变、无义突变、剪切突变等)和拷贝数变异导致的共济失调。常染色体隐性遗传相对少见,主要是Freidreich病,在西方人中相对多见,国内罕见。但是即使发现了如此多的致病基因,仍然有40%左右的SCAs患者找不到致病原因,说明仍然存在未发现的致病基因,而且几乎每年都有新的致病基因被发现。我们在珠江医院发现了一个脊髓小脑性共济失调家系,家系中共有4名已知患者并呈现明显的显性遗传。家系中的患者具有典型的脊髓小脑性共济失调症状,发病年龄在40岁左右。先证者最初出现不明原因的步行不稳,走路及站立时,身体向双边倒,步行缓慢,起立困难,随后症状进行性加重。双下肢浅感觉减退,双上肢桡骨膜、肱二、三头肌反射减弱。双下肢膝、跟腱反射消失。MRI显示：双侧小脑萎缩,腰3/4及腰4/5椎间盘终板周围炎。在研究病人的症状和中国SCAs流行病学调查的结果后,我们决定优先筛查家系SCA3、SCA1、 SCA3、SCA6、SCA7的基因突变。在随后的电泳和毛细管电泳中我们发现家系中患者的SCA3基因CAG拷贝数超出了正常阈值——分别为Ⅲ1：27/68次;Ⅲ3：27/68次,而年龄相符的家系正常人没有超过。同时在家系中发现了3名未到发病年龄的潜在患者,分别为：Ⅲ4：14/68次;Ⅳ8：14/68次;Ⅳ10：29/71次。我们的发现为家系成员之后的遗传咨询和产前诊断奠定了基础。
【关键词】：单基因遗传病 常染色体显性多囊肾病 PKD1基因 遗传性共济失调 SCA3基因 突变分析
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R596.2
【目录】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-16
• 第一部分 一个显性多囊肾病家系的致病突变分析16-44
• 第一章 前言16-18
• 第二章 实验材料18-22
• 2.1 研究对象18
• 2.2 全体家系成员的外周血样本18
• 2.3 先证者的肾组织样本和正常的肾组织样本18
• 2.4 主要的试剂18-21
• 2.4.1 基因组DNA与组织RNA提取试剂18-19
• 2.4.2 PCR试剂和核酸电泳试剂19-20
• 2.4.3 总蛋白提取试剂20
• 2.4.4 逆转录和荧光定量PCR试剂20
• 2.4.5 免疫组化和免疫荧光试剂20-21
• 2.5 主要的仪器设备21-22
• 第三章 实验方法22-33
• 3.1 临床症状检查和家系图22
• 3.2 家系样本的采集22
• 3.3 外周血基因组DNA的提取22-23
• 3.4 肾组织总RNA和总蛋白的提取23-24
• 3.4.1 肾组织总RNA的提取23-24
• 3.4.2 肾组织蛋白的提取24
• 3.5 基因组DNA、RNA和蛋白浓度测定24-25
• 3.5.1 DNA浓度的测定24
• 3.5.2 RNA浓度的测定24
• 3.5.3 蛋白浓度的测定(BCA法)24-25
• 3.6 全基因组二代测序和直接测序25
• 3.7 相关基因MRNA定量分析25-27
• 3.7.1 总RNA逆转录25-26
• 3.7.2 荧光定量PCR26-27
• 3.8 免疫组织化学、免疫荧光和TUNEL27-29
• 3.8.1 石蜡包埋切片27
• 3.8.2 免疫组织化学27-28
• 3.8.3 免疫荧光28
• 3.8.4 TUNEL28-29
• 3.9 SDS-PAGE电泳和WESTERN BLOT29-32
• 3.9.1 SDS-PAGE电泳29-30
• 3.9.2 WESTERN BLOT30-32
• 3.10 突变致病性预测32
• 3.11 数据库32-33
• 第四章 实验结果33-42
• 4.1 家系图及家系成员的临床特征33-36
• 4.2 突变检测36-37
• 4.3 组织PC1表达分析37-38
• 4.4 增殖和凋亡分析38-39
• 4.5 基质重构相关基因的表达分析39-40
• 4.6 突变的致病性评估40-42
• 第五章 分析与讨论42-44
• 第二部分 一个脊髓小脑性共济失调家系的致病基因突变鉴定44-67
• 第一章 前言44-45
• 第二章 实验材料45-48
• 2.1 研究对象45
• 2.2 全体家系成员外周血样本45
• 2.3 主要的试剂和耗材45-46
• 2.3.1 基因组DNA提取试剂45
• 2.3.2 常规PCR和电泳试剂45-46
• 2.3.3 毛细管电泳试剂46
• 2.4 主要仪器设备46-48
• 第三章 实验方法48-54
• 3.1 临床症状检查和家系图48
• 3.2 家系外周血样本采集48
• 3.3 样本基因组DNA的提取48-49
• 3.4 诊断技术流程49
• 3.5 候选基因筛查49-51
• 3.6 引物设计51-52
• 3.7 PCR扩增体系52
• 3.8 琼脂糖凝胶电泳52-53
• 3.9 毛细管电泳53-54
• 第四章 实验结果54-66
• 4.1 家系中已知的病患情况54
• 4.2 先证者的临床特征54-55
• 4.3 突变检测结果55-66
• 第五章 分析与讨论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读学位期间成果70-71
• 英文缩略词表71-73
• 致谢73-74

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