基因檢測介紹

1、2024/2/29,1,醫(yī)學遺傳學檢測,2024/2/29,2,人類基因組計劃The Human Genome Project,2024/2/29,3,人類基因組計劃能帶給我們什么,?,基因檢測必然會成為重要的醫(yī)學檢查技術(shù),2024/2/29,4,“人類基因組計劃的完成為醫(yī)學提供了大量信息，由此發(fā)展出1000余種疾病的基因診斷技術(shù)，目前已經(jīng)有700余種用于臨床。其中大部分可以診斷發(fā)病率低的遺傳病，但是越來越多的基因診斷技術(shù)被用于廣大

2、人群，主要用于： 1. 疾病相關(guān)基因變異攜帶者的發(fā)現(xiàn) 2. 常見疾病的遺傳風險預測和提示 3. 指導個體化用藥基因檢測和其它正在發(fā)展遺傳篩選和預防技術(shù)將對人類的健康醫(yī)療產(chǎn)生巨大的影響?！?— 美國國家疾病控制中心基因檢測部,2024/2/29,5,美國疾病預防控制中心http://www.cdc.gov/,2024/2/29,6,,美國基因檢測中心http://www.genetests.org/,2024/2/29,

3、7,北京大學醫(yī)學遺傳中心 http://pucmg.pku.edu.cn/index.htm,分子診斷：1. Prader-Willi 綜合征（Prader-Willi syndrome,PWS2. 延髓脊髓性肌萎縮（Spinal and bulbar muscular Atrophy,SBMA）3. 鐮刀狀貧血（Sickle Cell disease，SCD）4. 脆X綜合征（Fragile X syndrome）

4、5. V因子點突變分析 （Factor V deficiency）6. 脊髓性肌萎縮癥（Spinal Muscular Atrophy，SMA）7. 強直性肌營養(yǎng)不良（Myotonic Dystrophy，DM）8. 脊髓小腦共濟失調(diào)（Spinocerebella Axia,SCA）9. 腓骨肌萎縮癥（Charcot－Marie－Tooth disease，CMT）10. 脊索側(cè)索硬化（Amyotrophic Lat

5、eral Sclerosis ， ALS）11. 弗里德里西共濟失調(diào) （Friedreich Ataxia ，F(xiàn)RDA）12. 齒狀核紅核蒼白球路易斯核萎縮 （Dentatorubarl-Pallidoluysian Atrophy ， DRPLA）13. 亨廷頓（Huntington disease ， HD）14. 安吉曼綜合癥 Angelman syndrome,(AS )15. 先天性無虹膜癥(Aniridia

6、),2024/2/29,8,一. 什么是基因？,基因是DNA起作用的單位。DNA含有大量的化學信息數(shù)據(jù)庫，攜帶合成所有細胞所需蛋白質(zhì)的整套信息。每個基因含有一套指導信息，通常編碼一個特定蛋白。,2024/2/29,9,十七,十八世紀普遍認為為遺傳是預成的。,達爾文(Charles Darwin ,1856) 孟德爾(Gregor Mendel (1866),2024/2/29,10,什么是人基因組?,細胞,細胞核,染色體,,,

7、2024/2/29,11,DNA 與染色體結(jié)構(gòu),DNA 分子 (chromosome),,,鹼基,,A,T,G,C,,,,,,,,,,,,,2024/2/29,12,,,基因,2024/2/29,13,基因組包括所有基因,蛋白質(zhì) 2,蛋白質(zhì) 1,非編碼區(qū),非編碼區(qū),基因 1 編碼區(qū),,,,,,,,,,,,基因 2 編碼區(qū),2024/2/29,14,23 對染色體 32 億堿基對,人類細胞含有兩套染色體，一套來自于父親，一套來自于母親

8、。,2024/2/29,15,二. 基因是如何工作的？,雖然每個含有一套完整的基因，但是細胞使用基因的時候是有選擇性的，使得腦細胞與骨細胞不同。,一個正常細胞只會激活實時需要的基因而抑制其它基因的活力。,2024/2/29,16,基因通過它們所編碼的蛋白質(zhì)決定人體的特征，包括人體如何應對環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。,2024/2/29,17,氨基酸,Lysine side chain,20 種不同的氨基酸,Basic Structure o

9、f an Amino Acid,Graphic Representation of an Amino Acid,Lysine,Carboxyl group,Amino group,,,,,2024/2/29,18,側(cè)鏈親水的氨基酸,Lysine,Water,Oil,Histidine,Glutamic acid,Aspartic acid,Arginine,,,,,,,,2024/2/29,19,側(cè)鏈親脂肪的氨基酸,Alanine,,,

10、Water,Oil,,,Methionine,Phenylalanine,Proline,Cysteine,Tryptophan,Leucine,Glycine,Valine,,,,,,,,,Isoleucine,2024/2/29,20,側(cè)鏈親水和脂肪的氨基酸,Water,Oil,,,Serine,Tyrosine,Asparagine,Threonine,,,,,,Glutamine,2024/2/29,21,蛋白質(zhì),Amino g

11、roup,Carboxyl group,Peptide bond,Amino group,Amino group,Carboxyl group,Carboxyl group,,,,,,,,,Peptide bond,2024/2/29,22,基因到蛋白質(zhì) I,DNA,TACGCAATATGCATT,AUGCGUUAUACGUAA,mRNA,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024/2/29,23,基因到蛋

12、白質(zhì) II,2024/2/29,24,Ribosome,mRNA,tRNA,,,A,Codons:AUG=Methionine=StartCGU=ArginineUAU=TyrosineACG=ThreonineUAA=Stop,Methionine,Arginine,Threonine,Tyrosine,U,G,C,G,U,U,A,U,A,C,U,A,A,G,,,,,,,,,,,Stop,Tyrosine,Methionin

13、e,Threonine,Arginine,,,,,,,,,,基因到蛋白質(zhì) III,2024/2/29,25,蛋白質(zhì)折疊與功能,Amino acid chain grows,and folds,into a 3-D structure.,,,2024/2/29,26,2024/2/29,27,三. 基因是如何引發(fā)疾病的？,一個人的健康依賴于上千個蛋白質(zhì)持續(xù)共同作用，在正確的地方以正確的數(shù)量一起發(fā)揮作用。,2024/2/29,28,在最近的

14、10年中，對于人類遺傳學的研究得到了長足的發(fā)展。而在疾病遺傳基礎(chǔ)方面，人類基因的理解也飛速發(fā)展。目前超過4000種疾病(例如鐮刀細胞貧血癥和囊性纖維性變病)被認為是具有遺傳性的，并且在家族中傳遞。并且現(xiàn)在已經(jīng)知道在普通條件下，如心臟病、糖尿病和多種癌癥中我們基因發(fā)生的變化起到了重要作用。,基因與人類健康密切相關(guān),2024/2/29,29,疾病與基因有關(guān),許多疾病可以追溯到我們自身的基因上。單基因疾病: 一個基因的異常引起的疾病，從母

15、親和/或者父親那里繼承的突變基因相關(guān)。多基因疾病: 疾病的發(fā)生與多個基因有關(guān)，常見疾病如心血管病, 糖尿病,大多數(shù)癌癥, 老年性癡呆等與多種基因，以及環(huán)境和基因互相作用相關(guān)。,2024/2/29,30,單基因疾病僅與一個特定的基因密切相關(guān)，大多數(shù)比較少見的遺傳性疾病屬于這一類。在這類疾病發(fā)生原因中單個基因突變的影響力可以達到80%以上。 地中海貧血(Mediteranean Anemia) 亨廷頓氏?。℉untington’

16、s Disease，HD） 肌肉營養(yǎng)不良性萎縮（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD） 苯丙酮尿癥（Phenylketonuria ,簡稱PKU）,2024/2/29,31,,單基因疾病分類:AD: 常染色體顯性遺傳AR: 常染色體隱性遺傳XD: X染色體顯性遺傳XR: X染色體隱性遺傳Y- : Y連鎖遺傳,2024/2/29,32,多基因疾傳病有一定的遺傳基礎(chǔ)和家族聚集現(xiàn)象，它

17、不取決于一對基因，而是幾對基因。同時，還受環(huán)境因素影響，它不遵守孟德爾遺傳定律。,易感性：susceptibility ?由遺傳因素決定的患病的風險，在一定的環(huán)境條 件下，易感性的高低可以代表易患性的高低。?多基因病，遺傳因素決定的不是疾病本身，而是 這種疾病的遺傳易感性。?有遺傳易感性的個體能否發(fā)病，取決于各種遺傳 因素和環(huán)境因素的相互作用，包括飲食、活動、 有害因子等。,2024/2/29,33,疾病癥狀與幾個或

18、者更多突變等位基因有關(guān),2.各個基因分別對疾病只產(chǎn)生小的影響,3.基因的表現(xiàn)受到大量外界因素的影響。,多基因疾病與多個基因有關(guān)，如高血壓病與近20個基因有關(guān)。癌癥、高血壓病、糖尿病、老年性癡呆、中風、冠心病等，大多數(shù)疾病與基因的關(guān)系是：,,疾病是基因與外界因素相互作用的結(jié)果, 基因突變并不一定導致疾病。因此通過基因檢測了解等位基因的突變, 可以調(diào)節(jié)外界因素(生活環(huán)境/生活習慣/飲食)。做到 避免或延緩疾病，或減輕癥狀，及早治療。,2

19、024/2/29,34,基因的變異,每個人的基因系列基本是一樣的但是每個基因有不同的形式— 等位基因,2024/2/29,35,基因突變的方式:? 基因上單個堿基的突變，? 基因的片段的丟失和增加? 拷貝數(shù)增加? 染色體異常,2024/2/29,36,基因的變異是如何發(fā)生的？,遺傳性突變(生殖性突變 ) — 從父母親那里繼承的獲得性突變(體細胞突變)— 體細胞突變在個別細胞DNA中出現(xiàn),2024/2/29,37,什么是基因

20、組的變異?,人類共有序列,有變異的序列,多態(tài)性,缺失,移位,插入, 重復,染色體,,,,,2024/2/29,38,基因突變可能產(chǎn)生三種后果：不影響編碼蛋白的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)仍有功能，但有缺陷蛋白質(zhì)會完全失去作用,2024/2/29,39,,人類基因組的變異,個體 1,個體2,= DNA中的變異,2024/2/29,40,,不造成后果的變異,= 不造成后果的變異,2024/2/29,41,,造成后果的變異,= 造成后果的變異,2

21、024/2/29,42,,造成疾病的變異,= Variation in DNA that causes harmful change,血友病 A（hemophilia A）是凝血因子VIII 缺乏所導致的出血性疾病，約占先天性出血性疾病的85% 。,2024/2/29,43,,造成潛在疾病的變異,多年后,= 造成潛在疾病的變異,2024/2/29,44,體細胞的基因DNA序列的突變,2024/2/29,45,當基因發(fā)生突變，基因所編碼

22、的蛋白質(zhì)變得不正常。某些蛋白質(zhì)改變是不重要的，而其它則可能會帶來嚴重后果。,基因突變,異常蛋白質(zhì),,2024/2/29,46,單核苷酸多態(tài)性（SNP）是最常見的基因變異,至少1%的人群,絕大多數(shù)人群,共有序列,G to C,SNP 位點,變異的序列,,,四. 最常見的基因變異 SNP,2024/2/29,47,單核苷酸多態(tài)性（SNP）,2024/2/29,48,,為什么 SNPs 重要?,個體 1,個體 2,= SNP vari

23、ations in DNA,SNP標志基因 A,基因 B,基因 A,SNP 可能使基因 B 產(chǎn)生變異的蛋白質(zhì)分子,2024/2/29,49,編碼區(qū)的SNPs– 不造成蛋白質(zhì)分子改變,DNA SNP C to G,RNA CodonCUG to CUC,Protein Leucine to Leucine,No change in shape,Leucine,Leucine,mRNA,G A C,,,C U G,,,,C U C,CU

24、G,,,,CUC,,,,,G A G,,,,,,,,,,,,,,,,2024/2/29,50,DNA SNP A to C,RNA CodonGAU to GAG,Protein Aspartic acid to Glutamic acid,Slight change in shape,Aspartic acid,Glutamic acid,mRNA,C T A,,,G A U,G A G,GAU,,,,GAG,,,,,C T

25、C,,,,,,,,,,,,,,,,,,,編碼區(qū)的SNPs– 造成蛋白質(zhì)分子微細無害改變,2024/2/29,51,DNA SNP T to A,RNA CodonGAU to GUU,Protein Aspartic acid to Valine,Change in shape,Aspartic acid,Valine,mRNA,C T,G A U,G U U,GAU,,,,GUU,,,,C A,,,,,,,,,,,,,,,,

26、,,,A,,,,A,編碼區(qū)的SNPs 造成蛋白質(zhì)分子有害改變－突變,天(門)冬氨酸,2024/2/29,52,,編碼區(qū)的SNPs – 細微的蛋白質(zhì)變化只在某種情況下才引起疾病,SmokingSwitched-on genes,Pattern AMany years later,= SNPs causing latent effects,Pattern BMany years later,,,,,,2024/2/29,53,SNP

27、s 對藥物的反應的作用,Transporter,治療乳腺癌藥物,Absorption in the breast,Drug in breast tissue,Metabolism in the liver,Excretion in the kidney,Drug becomes inactive or toxic,Transportation in the blood,Drug in bloodstream,,,,,,,,,,,,,

28、,,,,,,2024/2/29,54,非編碼區(qū)SNPs – 基因的標志物,Gene Y,,,,,SNP X,Gene Y,,,,,SNP X,Gene Y,,,,,SNP X,2024/2/29,55,SNP 位圖(SNP Maps),All SNPs are recorded,SNP location,All chromosomes are sequenced,SNP Data,,,2024/2/29,56,個體的SNP 譜,SNP

29、譜A,SNP 譜B,SNP 譜C,SNP 譜F,SNP 譜E,SNP 譜D,2024/2/29,57,SNP 譜有助于確定藥物的療效和副作用,乳腺癌病人,個體的SNP 譜可以分成不同的類型,SNP 譜 A,對藥物有期望的反應,,,對藥物沒有期望的反應,,SNP 譜 A的人對藥物有期望的反應,SNP 譜E,SNP 譜 B,SNP 譜 C,SNP 譜D,2024/2/29,58,SNP 譜有助于確定癌癥相關(guān)基因,CC gene 5,結(jié)腸

30、癌病人共同的SNPs 可以成為結(jié)腸癌的基因標記物,CC gene 1,CC gene 2,CC gene 3,CC gene 4,,,,,,,,,,,Chrom E,Chrom A,Chrom B,Chrom C,Chrom D,2024/2/29,59,SNPs 與癌癥風險,癌癥病人,正常人群,,,,,,這個人的癌癥風險比正常人群高,=10個人,SNP B,=10個人,SNP A,2024/2/29,60,五. 疾病相關(guān)的基因變異

31、如何遺傳？,基因是成對出現(xiàn)的，從父母中各自繼承一個拷貝。許多基因具有大量的變異形式，稱為等位基因。,,一個顯性等位基因可以掩蓋一個正常的等位基因。一個隱性基因會由于它的處于其它染色體上對應等位基因發(fā)生失活或者丟失變得顯性。,2024/2/29,61,在顯性遺傳疾病中，如果受到影響的父母親具有一個引起疾病的等位基因，而且它可以掩蓋另一個相對的正常等位基因，那么這個家庭的每個孩子有50％的可能繼承這個疾病的等位基因而得病。,2024/2/2

32、9,62,常染色體顯性遺傳病 1,亨廷頓舞蹈癥：進行性神經(jīng)性疾病，其特征為運動異常（舞蹈癥），癡呆，平均發(fā)病年齡大約３５歲。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,II,III,1,1,1,2,2,2,3,3,4,4,5,2024/2/29,63,家族性高膽固醇血癥是常染色體顯性遺傳，診斷一名患者就可以立即鑒別一群高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化的高危人群。所有一級親屬有50%患病的可能，因進行檢查。高膽固醇血癥在兒童中也

33、存在，所以可在早期進行檢查，通過飲食和藥物加以預防。,常染色體顯性遺傳病 2,2024/2/29,64,在隱性遺傳疾病中，父母親沒有疾病，但都攜帶有一個正常的等位基因和一個突變的等位基因。每個孩子有四分之一的可能繼承兩個突變等位基因而患?。凰姆种坏目赡芾^承兩個正常等位基因，以及二分之一可能繼承一個正常一個突變的等位基因而成為象父母一樣的攜帶者。,2024/2/29,65,常染色體隱性遺傳 1,白化病先天性高度近視等,2024/2/2

34、9,66,鐮狀細胞貧血（AR，11p15.5） 1.Hb Hb 表現(xiàn)為鐮狀細胞病 2.Hb Hb 鐮狀細胞特征 3.雙雜合子：類似于純合子　　　　　　　　　　　　　 鐮狀細胞貧血：在非裔美國人中約占8%。鐮狀細胞阻塞微循環(huán)，導致內(nèi)臟器官嚴重損傷。,常染色體隱性遺傳 2,2024/2/29,67,然而，大多數(shù)疾病和特征并不遵循簡單的遺傳方式；基因的表現(xiàn)受到大量因子的影響。并不是所有的突變等位基

35、因都可以導致疾病的產(chǎn)生。甚至是顯性等位基因BRCA1乳腺癌易感性基因在65歲患病風險是80％而不是100％。這個數(shù)字表明：某個基因突變導致疾病產(chǎn)生的可能性稱為外顯率。,2024/2/29,68,六. 什么是基因檢測？,基因檢測涉及到個人DNA的檢測，從血中采集一點細胞樣本或者，偶爾從其它體液或者組織中―疾病發(fā)生的地方采集。DNA變化可以相對較大：比如染色體片斷的丟失或者增加—甚至是整個染色體—這個在顯微鏡下可見?；蛘呖梢苑浅Ｐ?，小到

36、一個化學堿基的外加、丟失或者突變?；蚩梢园l(fā)生過度表達（有太多的拷貝），失活或者完全丟失。有時，染色體片斷發(fā)生顛倒或者轉(zhuǎn)位，基因所處的位點也可以使得基因發(fā)生永久性和不正常關(guān)閉或者打開。,2024/2/29,69,不同類型的基因檢 測被用于：? 尋找染色體整體異常? 基因內(nèi)和臨近片斷的變 異? 基因的表達程度,2024/2/29,70,基因檢測的分類,● 診斷性基因檢測 多數(shù)用于有癥狀單基因疾病診斷

37、 單基因疾病癥狀出現(xiàn)前的診斷● 預測性基因檢測 多數(shù)用于多基因常見疾病的遺傳風險預測● 個體化用藥基因檢測 用于指導臨床藥物治療,2024/2/29,71,? 基因組檢測可以用于尋找疾病的易感者。? 新生兒單基因遺傳病的篩選。 ? 攜帶者測試可以用來幫助夫婦來了解他們是 否攜帶異?；?避免因此將其傳遞給他們子 代的風險。? 基因檢測也被用于個體化治療:

38、如指導硝酸 甘油用于治療冠心病。? 基因檢測還被用于指導個體化的醫(yī)療和保健。,七. 基因組檢測有什么用處？,2024/2/29,72,目前在基因測定中所得到的結(jié)果聚焦于預測性基因檢測：這些檢測是在出現(xiàn)任何癥狀前鑒定人們患有某種病的可能性。現(xiàn)在已經(jīng)可以對1318種疾病進行檢測，而隨著越來越多的疾病相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)，意味著可以進行更多種的檢測。,2024/2/29,73,八. 基因檢測可以預測哪 些類型的疾??？,預測性基

39、因檢測尋找那些因為單基因錯誤的遺傳而導致的“家族性疾病” — 鐮刀樣貧血等。預測性基因檢測可以判斷常見的多基因遺傳性疾病的發(fā)病風險—老年型癡呆, 心血管疾病，失明，癌癥等。,2024/2/29,74,所有的癌癥都是與基因相關(guān)的，是由突變基因所引發(fā)的。然而，只有少量癌癥是遺傳的：生殖細胞攜帶突變，從一代傳到下一代，而使得人體中所有細胞都出現(xiàn)這個突變。發(fā)現(xiàn)與常見癌癥相關(guān)的突變基因, 攜帶有癌癥基因的人更傾向于在年輕時就產(chǎn)生癌癥，但

40、是這類遺傳性(或者家族性)癌癥大約占到了所有癌癥的5－10％。,基因和癌癥間的聯(lián)系,2024/2/29,75,癌癥通常起源于一個體細胞。細胞從正常轉(zhuǎn)化成惡性需要經(jīng)歷一系列明顯階段，每個階段受到一個或者一套基因的控制,遺傳性癌癥患者已經(jīng)具備了第一步的突變。大多數(shù)癌癥起源于基因的隨機突變，整個生命周期中他們在人體細胞中產(chǎn)生，發(fā)展 — 要么是在細胞進行分裂時產(chǎn)生的錯誤，要么是應對于環(huán)境因素例如輻射或者化學物質(zhì)所產(chǎn)生的損傷。,2024/2

41、/29,76,2024/2/29,77,當然，就算沒有攜帶易感基因的家族成員也不能完全免除患病的風險。象其他人一樣，他們在自己的生命周期中可以在同一個基因上出現(xiàn)突變?；蛘?，他們會遺傳到一個不同的，未知的易感基因。,2024/2/29,78,九. 預測性基因檢測 能告訴你什么？,一個精確的基因檢測可以告訴你你是否具有或者不具有某種疾病相關(guān)基因變異。如果你有了這種基因，還有各種外界因素會影響到這個基因的外顯率，

42、它們的綜合效應才決定你是否真正發(fā)病。幾乎每一個具有家族性結(jié)腸腺瘤基因型的人都會在某天發(fā)展成結(jié)腸癌。另一方面，攜帶BRCA1乳腺癌易感基因的婦女有80％的幾率在65歲時發(fā)展成乳腺癌；她們的風險很高，但不是絕對的。,2024/2/29,79,評估,干預方式,,家族疾病史,,,,,,,推薦個體化的預防措施,家族的遺傳學檢測,推薦個體化的預防措施,推薦標準的預防措施,一般風險,中等風險,高風險 /遺傳風險,疾病風險分類,2024/2/2

43、9,80,十. 基因檢測的好處是什么？,出身于高危家族的人們生活在未知的恐懼中。一個陰性檢測可以帶來極大的心理緩解作用，而一個陽性檢測也會帶來好處。它可以消除不確定性，讓人們可以決定自己的未來。一個陽性檢測可以讓人們得到最好的生存機會，降低生病的風險。了解疾病的遺傳風險，可以采取干預措施，降低發(fā)病的幾率，提高健康水平和生活質(zhì)量， 延長壽命。,2024/2/29,81,跟蹤會引起遺傳性癌癥的基因可以對所有癌癥研究有所幫助 ，通過對癌

44、癥基因的鑒定，科學家能夠?qū)λ邪┌Y病人進行研究?；蚝突驑酥疽蔡峁┝烁倪M癌癥診斷和治療的方法。 在疾病高危人群中對藥物進行測定可以更有效率地評估疾病預防藥物的作用。,2024/2/29,82,一種疾病的基因檢測,一類疾病的基因檢測,,基因檢測的發(fā)展趨勢,心血管疾病自身免疫性疾病癌癥精神障礙性疾病,整體的基因檢測,,技術(shù)上可以做到，信息不充分。,地中海貧血囊性纖維病,2024/2/29,83,十一. 基

45、因檢測的局限性,大多數(shù)常見疾病是多基因的疾病，是環(huán)境因素與遺傳因素互相作用才導致疾病。所以對基因檢測的結(jié)果要準確理解。陽性結(jié)果可能帶來心理沖擊，對家庭和社會關(guān)系的影響。 目前，預測性基因檢測的結(jié)果對多基因疾病來說大多數(shù)提示可能性，而不是確定性。,2024/2/29,84,基因檢測是重要的醫(yī)學檢查新技術(shù), 具有其它方法所沒有的特點。但是基因檢測不能替代體檢和實驗室檢驗，而是應該結(jié)合分析。基因檢測不能檢查人類所有的疾病， 目前可