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    賽?;蚬_課《神經系統遺傳病基因檢測簡介》
    2021-07-28

    賽?;蚬_課《神經系統遺傳病基因檢測簡介》


    賽?;蚬_而第二節正式開講。今天我們來共同探討一下關于神經系統遺傳病基因檢測技術的一些簡單知識。



    這次主要從以下三個方面進行簡單的介紹:神經系統遺傳病基因檢測的一些簡單知識,包括OMIM數據庫的簡單介紹;單基因遺傳病的遺傳方式以及神經系統遺傳病的基因檢測技術選擇。

    圖片

    第一部分:我們來講一下OMIM數據庫。



    由美國Johns Hopkins大學醫學院Victor A McKusiek教授主編的《人類孟德爾遺傳》(Mendelian Inheritance in Man:Catologs of Human Genes and Genetic Disor ders,MIM)一書,一直是醫學遺傳學最權威的百科全書,被譽為醫學遺傳學界的"《圣經》"。MIM 包括所有已知的遺傳病、遺傳決定的性狀及其基因,除了簡略描述各種疾病的臨床特征、診斷、鑒別診斷、治療與預防外,還提供已知有關致病基因的連鎖關系、染色體定位、組成結構和功能、動物模型等資料,并附有經縝密篩選的相關參考文獻。


    MIM 制定的各種遺傳病、性狀、基因的編號,簡稱MIM 號,為全世界所公認。有關疾病的報道必須冠以MIM 號,以明確所討論的是哪一種遺傳病。然而,現在對疾病基因及其分子醫學的研究,用"日新月異"4個字來形容,一點也不夸張。印刷版本的MIM,盡管一厚再厚,但在科學研究已進入數字化年代的當今,顯然已很難跟上醫學遺傳學發展的步伐,有些力不從心。


    鑒此,聯機形式的"在線人類孟德爾遺傳 (Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)于1987年應運而生,并且免費供全世界科學家瀏覽和下載。OMIM數據庫是一個持續更新的關于人類基因和遺傳紊亂的數據庫。 主要著眼于可遺傳的或遺傳性的基因疾病,包括文本信息和相關參考信息、序列紀錄、圖譜和相關其他數據庫。



    據OMIM數據庫記載,截至到2017年4月15號,已明確致病基因的單基因疾病種類有4931種,3342個已知的致病基因。單基因遺傳病單個發病率低,但單基因病種類極多,所以總體發病率高,且具有先天性、致死致殘性的特點。


    第二部分:單基因遺傳病遺傳方式。



    遺傳病按照突變類型和遺傳方式分,主要分為3大類:染色體病、單基因病、多基因病。第一大類:染色體病,又可以根據常染色體和性染色體分成染色體數目異常(18三體綜合征、Turner綜合征等)和染色體結構異常(貓叫綜合征)。第二大類,單基因病,也是臨床中基因檢測技術應用最多的一個領域。其按孟德爾遺傳方式分類,可以分成常染色體顯性遺傳病、常染色體隱性遺傳病、X連鎖顯性遺傳病、X連鎖隱性遺傳病和Y連鎖遺傳病。另一單基因遺傳病的大類是線粒體病,其遺傳方式不符合孟德爾遺傳。第三大類:多基因病,有家族聚集現象,但系譜分析又不符合一般的常染色體顯、隱性或性連鎖的遺傳方式,即同胞中的患病率遠低于1/2或1/4,大約只有1%-10%。同時,發病還受到環境因素的重要影響。這些有一定遺傳基礎的復雜疾病稱為多基因遺傳病,又稱復雜疾病。


    以下我們主要介紹一下單基因病的遺傳方式。



    常染色體遺傳病是指決定該病的基因位于第1—22號常染色體上,患病與性別無關。


    常染色體顯性遺傳?。ˋutosomal dominant--AD):等位基因之一突變,雜合狀態下即可發病。人體中有23對,46條染色體。在形成生殖細胞的過程中,成對的染色體分開,每對染色體中的一條進入精子或卵細胞中,通過受精作用形成的受精卵既含有卵細胞的染色體,又含有精子的染色體,因此人的受精卵中的每一對染色體都是一條來自父方,一條來自母方。


    位于一對同源染色體的相同位置上控制某一性狀的不同形式的基因稱為等位基因。不同的等位基因產生例如發色或血型等遺傳特征的變化。等位基因控制相對性狀的顯隱性關系及遺傳效應,可將等位基因區分為不同的類別。在個體中,等位基因的某個形式(顯性的)可以比其他形式(隱性的)表達得多。


    如圖示例:線條位置代表等位基因,其中紅色表示該條染色體上的基因發生了突變,黑色代表正常。符合常染色體顯性遺傳方式的疾病患者,若雙親中有一方為存在雜合突變的患者,則生育患病孩子的概率是50%。



    祖孫三代中,奶奶患有癲癇,爺爺是正常的。他們的兩個兒子都患有癲癇,雖然發病的年齡和頻率略有不同。其中大兒子、小兒子、大孫子都是癲癇患者。小孫子,現年一歲半,目前還沒有發病。所以家里比較擔心這個小孫子,會不會也是癲癇患者,并會在日后發病。


    我們通過全外顯測序篩查到了和該家系疾病表征相符的致病基因突變,LGI1,LGI1基因突變導致的常染色體顯性遺傳的顳葉癲癇,其癲癇對應的典型表型癥狀為聽覺功能失常并由感覺性失語,屬于常染色體顯性遺傳。不管是發作癥狀還是遺傳模式均與該家系相吻合。


    全外顯測序和一代驗證均證實:奶奶、大兒子、小兒子、大孫子的LGI1基因均發生了雜合突變,小孫子該基因未見突變信息。那么如果大孫子以后結婚生育的話,若伴侶該基因正常,則生育患病孩子的概率是50%。


    常染色體隱性遺傳?。ˋutosomal recessive--AR):基因性狀是隱性的,即只有純合子時才顯示病狀。如果父母雙方都是病理性基因雜合突變攜帶者,則下一代1/4發病、2/4為攜帶者、1/4為正常。如果父母一方為病理性基因雜合突變攜帶者,一方為正常人,則下一代外表上均無病,但1/2為攜帶者,1/2為正常人。常染色體隱性遺傳病的特點為:病兒雙親都無病,但都是致病基因攜帶者;病者子女中一般不發病,所以看不到連續傳遞,多數為散發或隔代遺傳;在近親婚配時,子代發病的風險增高。



    如我們分析的這一個實例,檢出的與患者表型相符的致病基因為ASAH1,對應的疾病是伴隨進行性肌陣攣性癲癇的脊肌萎縮,屬于常染色體隱性遺傳。該患者的父母是近親婚配,患者檢出ASAH1基因的純合突變位點,而父母都是致病基因雜合突變的攜帶者,哥哥也是雜合突變的攜帶者。




    X連鎖顯性遺傳?。╔-linked dominant):如同常染色體顯性遺傳病,雜合子即患病。突變基因位于X染色體,只有男性患者的子女的信息可將X連鎖遺傳與常染色體顯性遺傳病進行區別。該病的遺傳特征為:男性患者的女兒總是患者,兒子正常,沒有父-子傳遞現象;女性患者將疾病傳遞給男女后代的機會都是1/2;若患者的生育率正常,家系中女性患者的數目要比男性患者多約一倍。




    X連鎖隱性遺傳病,男性較女性多。雙親無病時,兒子可能發病,致病基因只能從攜帶者母親傳來,如血友病、進行性肌營養不良假性肥大型。


    對于X連鎖遺傳病來說,由于男性只有一條X染色體,另一條Y染色體,所以無論致病基因是顯性或隱性,只要X染色體上有了致病基因就會發病。另外,父親X染色體不能傳給兒子,而只能傳給女兒,因此男性的X連鎖基因只能從母親處傳來,將來只能傳給女兒。



    致病基因位于Y染色體上,并隨著Y染色體而傳遞,故只有男性才出現癥狀。這類致病基因只由父親傳給兒子,再由兒子傳給孫子,女性是不會出現相應的遺傳性狀或遺傳病,這種遺傳方式稱為Y連鎖遺傳(Y-linked inheritance)

    以下簡單介紹一下針對于部分神經系統的單基因遺傳病,我們該如何選擇基因檢測技術。



    神經系統類的單基因病變異種類主要有5大種,包括單核苷酸突變SNV、插入缺失InDel、線粒體基因突變、拷貝數變異CNV和動態突變。




    上一次課程中我們講過突變的類型,感興趣的老師可以再翻閱一下上次課程的PPT。圖中的兩張圖展示了兩種突變類型的mapping圖。



    那么這兩種突變類型,市場上最主要使用的測序手段就是全外顯子組測序和目標區域捕獲測序(基因panel)。



    全外顯子組測序是指利用序列捕獲技術將全基因組外顯子區域DNA捕捉并富集后進行高通量測序的基因組分析方法。其是對人體內所有的蛋白質編碼區進行測序。而基因panel則是對于某個或者某些遺傳病相關的致病區域進行捕獲并測序的方法,舉個比較極端的例子,現在只對gene1基因的1號和2號外顯子的部分區域感興趣,那就只需要在這兩個區域進行捕獲富集,再測序就可以了。

    那么外顯子組測序為什么可以應用于遺傳病的檢測呢?是因為現已報道的絕大多數單基因遺傳病的致病的突異約85%都發生在基因的外顯子區。


    全外顯子組測序相比于基因panel具有哪些優勢呢?主要包括以下幾個方面:1、由于WES測序的范圍很全,所以相比于panel具有篩查全面,準確率高,陽性致病基因檢出率高的優點。2、當測序的樣本量足夠大的情況下,我們可以發現新的疾病相關的致病基因。而對于單例患者樣本或者是家系樣本來說,發現新的新發突變位點則是有可能實現的。3、隨著疾病基因數據庫的不斷更新,若現在檢測結果為陰性的患者WES數據,使用相同的數據可以再一次進行分析并最終發現疾病分子層面的相關信息。實現一次測序,終生受用的目的。而基因panel由于其捕獲范圍有限,所以其成本較低,臨床售價也相對的會比WES便宜。但是其的陽性檢出率肯定是要比WES低的。而且這批數據也只是當時有效,若結果為陰性,但還是懷疑是基因突變導致的疾病患者,則只能選擇再次測序了。



    我們的報告當中,除包括與患者表型相關的檢出的致病基因突變之外,還會根據現有的參考文獻將與該基因對應的相應的治療建議也會列在報告當中。而且除和患者主訴相關的致病基因報告之外,在征得患者的知情同意之后,我們還會參考美國醫學遺傳學會(ACMG)推薦的59個單基因遺傳病的相關基因中發現的致病或疑似致病變異同時進行報告(此類遺傳疾病很可能與患者目前臨床表現及診斷無關,但均涉及可以進行早期干預的嚴重疾?。?。




    表中為所列的59個致病基因和其對應的疾病及遺傳方式。


    在我們所做的一個癲癇患者的例子中,我們除了找到和該患者疾病表型對應的癲癇致病基因之外,我們也檢測到了其中的一個補充醫學發現的致病突變:SCN5A,對應的疾病是Brugada 綜合征,這是一種離子通道基因異常所致的原發性心電疾病,屬心源性猝死的高危人群。Brugada綜合征是導致青壯年猝死的主要原因。一旦診斷成立,立即植入ICD(及早置入心臟除顫器(ICD))是防止患者猝死的唯一有效的辦法。所以對于該患者來說,即使現在沒有患該疾病,在其以后的生活當中,也應該對該疾病引起足夠的重視。


    那么我們現在看一下神經系統都有哪些疾病適合進行全外顯子組測序呢?



    該表中列出了神經系統疾病中適合WES測序的部分疾病種類,還請各位老師參考。



    線粒體病主要是由于遺傳缺損引起線粒體代謝酶缺陷,致使ATP合成障礙、能量來源不足導致的一組異質性病變。其按照突變來源分可以分成線粒體DNA突變導致,以及由核基因突變導致(WES可檢出)。對于線粒體DNA突變導致的疾病具有母系遺傳的特征,其可以通過對線粒體基因組進行基因組測序或位點測序進行確定。


    表中列出了線粒體DNA突變和核基因突變導致的部分線粒體相關疾病的一個疾病列表,請各位老師參考。

    CNV檢測現在主要的是以下三種技術:比較基因組雜交技術 (aCGH)、SNP-array、多重連接探針擴增技術 (MLPA)和低倍基因組測序。如果患者存在畸形,精神發育遲滯,多系統疾病等,可以考慮先進行CNV檢測。



    但是適合CNV檢測的疾病進行CNV檢測也并不能保證100%的檢出率。比如我們接到的這樣一個病例,患者的臨床表型和SMA很相符,而SMA患者中約 95-98%是由 SMN1 基因純合缺失引起,其余由 SMN1 基因雜合缺失、轉換及點突變導致,而 SMN2 基因拷貝數在修飾 SMA 表型方面起一定的作用。SMA 的基因診斷一般通過檢測 SMN1 基因外顯子 7 的拷貝數來完成。 我們在使用MLPA檢測之后,結果是陰性。而在對該加下進行全外顯測序之后,則發現了致病的基因單核苷酸變異。所以對于臨床患者來說,如果想將陽性檢出率提高,有時我們會推薦WES和CNV檢測同時進行。表中列出了部分神經系統疾病適合選擇該種檢測手段的疾病列表,請各位老師參考。



    神經系統中還有一種致病突變為動態突變(詳細資料可參考上一期)。

    表中列出了適合進行動態突變檢測的疾病列表,請各位老師參考。


    神經系統疾病涉及的疾病種類多,檢測方式也較為多樣。但是不管哪一種檢測方式都離不開將分子層面的結果與患者表型進行聯系,所以患者的臨床表型除對應選擇不同的檢測方式之外,對于后期的數據解讀也是至關重要的。所以對于檢測公司來說,臨床表型的收集很是重要。


    我們公司現在的惠晶-神經系統疾病基因檢測提供了關于神經系統疾病的全套解決方案。歡迎各位老師進行咨詢。


    以上是關于OMIM數據庫、單基因遺傳病的遺傳方式和神經系統遺傳病的基因檢測技術選擇的一些簡單介紹。

    感謝各位老師在百忙之中抽出時間收聽我們這次課程。下面我們進入提問環節,各位老師有任何相關問題,都歡迎您在群內提出,我們共同進行交流。






    現場問答環節




    1. 渡小渡老師提問:

    有一個孩子是癲癇患者,那么他會遺傳給小孩嗎?


    答:您有做過基因檢測嗎?檢測到了陽性的檢測結果嗎?




    2.渡小渡老師提問:

    還沒有呢,這個只有做基因檢測之后才能確定嗎?


    答:首先,我們要通過基因檢測的技術來看一下是否能檢測到陽性的結果,其次我們才能通過檢測到的陽性致病基因來判斷一下遺傳模式。我們還要知道其配偶的對應基因的類型,來預估一下該患者生育健康小孩的幾率。




    3. 澈王爵老師提問:

    您剛才說,一個癲癇患者檢測到了一個導致心率失常的基因突變,這個你們的檢測技術也是可以實現的嗎?


    答:是的,老師。我們公司現在主推使用全外顯子組測序,這個的檢測范圍很全,是不只包括和患者現在懷疑表型對應的基因的。所以說如果同一個客戶,有不同疾病的分析需求,我們也可以使用同一批數據進行分析。PPT中所說的SCN5A基因的突變位點對應的Brugada綜合征,屬于ACMG推薦報道的補充醫學發現的范疇,在客戶選擇同意知情這些檢測結果時,我們會給出對應的報告。




    4.Guohua老師提問:

    對于意義不明或證據力度不足的突變信息如何進行解讀?


    答:我們在報告中會首選報告與患者表型相符的臨床意義比較明確的。如果實在找不到很明確的陽性結果,我們也會將最懷疑的臨床意義未名突變進行報告,但是我們會對這一類的結果進行詳細的解釋。對于這種突變,我們不做過度解讀。只是報告事實,包括我們參考得文獻,文獻中如是說。。。這樣想進一步了解情況的老師也可以根據我們提供的文獻,做深一步的研究。




    5.Guohua老師提問:

    那這種與臨床相符的陽性突變(如有部分文獻報道)與疾病的關聯性是100%嗎?如何鑒別這種文獻證據力度?


    答:老師,任何檢測結果都不能夠保證100%的關聯性的,我們在給出檢測結論時,如果參考各種信息,我們給出了致病突變位點,這種情況下,我們也會將所參考的各種文獻列在報告當中。而對應的文獻報道信息的可信度是和下的最終檢測結論相關的,所以還要具體問題具體分析




    6.江南煙雨老師提問:

    針對不同的人群,突變比例的差異對于數據結果的解讀有影響,你們解讀數據結果時是否有中國人群對應的數據庫,對于一些研究較少的突變位點,臨床數據不多的情況下怎么給出解釋?


    答:第一,我們現在正在不斷的搜集國內的疾病患者對應的測序數據,而且也會將我們測序的數據不斷的形成我們對應的國內人的疾病數據庫,在不斷完善當中。對于第二個問題,如果我們非常確定檢測到的罕見突變位點對應的致病基因的表型和患者非常相關,我們的報告中也會給出,但是對應的檢測結論我們就會斟酌了,在檢測報告中我們也會給出具體的說明信息。我們會特別關注基于人群的大規模數據庫(千人基因組, ExAc,Esp6500 等)中,亞洲人群中突變的發生頻率。




    7.遠海老師提問:

    請問CMA和CNV的關系。如果要檢測CNV,是推薦CMA呢還是MLPA?


    答:染色體基因芯片分析(Chromosomal MicroarrayAnalysis,CMA),包括aCGH 和 SNParray 兩種技術, 可同時檢測很多種因染色體拷貝數變異而導致的疾病。當患者存在畸形,智力障礙等情況下,我們又不能明確懷疑的致病基因的情況下,可以使用這一種檢測技術,但是這種技術也是有局限性的,有些只能檢測>10kb以上的片段。而MLPA檢測,則是患者對應的疾病有明確懷疑的致病基因對應的CNV突變,這種情況下,我們會推薦MLPA。





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