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基于多重PCR靶向测序的乳腺癌易感基因BRCA1/2全外显子区位点变异检测

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.2 BRCA1/2突变研究现状

1.1.3 其它与遗传性乳腺癌相关的易感基因简介

1.1.4 BRCA1/2突变检测方法

1.1.5 目标富集方法

1.1.6 DNA文库构建

1.1.7 BRCA1/2相关乳腺癌的治疗

1.2 研究内容

1.3 研究目的及意义

第二章 BRCA1/2全外显子多重PCR靶向富集引物设计及反应条件优化

2.1 引言

2.2 实验材料

2.2.1 主要实验仪器与设备

2.2.2 主要实验试剂

2.2.3 实验样本

2.3 基因组DNA提取及纯度鉴定

2.3.1 全血液基因组DNA提取

2.3.2 DNA纯度鉴定

2.4 BRCA1全外显子富集

2.4.1 BRCA1特异性引物设计与合成

2.4.2 BRCA1全外显子多重PCR扩增

2.4.3 磁珠纯化

2.4.4 Qubit定量

2.4.5 琼脂糖凝胶电泳

2.4.6 结果与讨论

2.5 BRCA2全外显子富集

2.5.1 BRCA2特异性引物设计与合成

2.5.2 BRCA2全外显子多重PCR扩增

2.5.3 结果与讨论

2.6 本章小结

第三章 BRCA1/2全外显子多重PCR靶向测序及其在正常人群中的测试应用

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.2.1 实验样本

3.2.2 主要实验仪器与设备

3.2.3 主要实验试剂与分析软件

3.2.4 基因组DNA提取及纯度鉴定

3.2.5 BRCA1/2全外显子富集

3.3 数据分析

3.4 Sanger测序

3.5 结果与讨论

3.5.1 文库产出

3.5.2 文库长度分布

3.5.3 覆盖度、测序深度及捕获效率分析

3.5.4 BRCA1/2全外显子位点变异识别

3.6 本章小结

第四章 BRCA1/2全外显子多重PCR靶向测序技术在乳腺癌患者血液基因组DNA的变异检测中应用

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.2.1 样本类型及要求

4.2.2 主要实验仪器与设备

4.2.3 主要实验试剂与分析软件

4.2.4 基因组DNA提取及纯度鉴定

4.2.5 BRCA1/2全外显子富集

4.2.6 数据分析

4.2.7 Sanger测序

4.2.8 SNPs致病性分析及预测

4.3 结果与讨论

4.3.1 研究对象基本资料

4.3.2 文库产出

4.3.3 文库长度分布

4.3.4 覆盖度及测序深度分析

4.3.5 BRCA1/2全外显子位点变异识别

4.3.6 健康样本和乳腺癌样本检出SNPs比较

4.3.7 SNPs致病性分析及预测

4.4 成本效益

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

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摘要

乳腺癌是女性中常见的一种癌症,近年来中国乳腺癌的发生率和死亡率呈上升趋势。乳腺癌的发生发展受到遗传、激素水平、生活习惯和环境等多种因素的影响,其中遗传背景、年龄和性别是乳腺癌发生的高危因素,约5-10%的乳腺癌是遗传性乳腺癌。与乳腺癌发生高度相关的易感基因主要是BRCA1和BRCA2基因,约15%的家族性乳腺癌与BRCA1/2基因突变相关。BRCA1/2基因是抑癌基因,能够维持双链DNA的稳定性,BRCA1/2编码区突变会升高患乳腺癌的风险。基于多重PCR的靶向测序技术是一种高效、经济、准确的测序方案,利用该技术对疾病易感基因的突变检测已经得到越来越广泛的应用。基于转座酶的建库试剂盒具有高效、省时、起始DNA需求量低等优势。本论文利用多重PCR靶向富集BRCA1/2外显子并结合基于转座酶的建库试剂盒建库,利用二代测序平台Illumina Hiseq2500系统对该DNA文库进行突变位点检测并对其测序结果进行应用分析,主要研究内容分为以下三个部分:
  1、设计靶向富集BRCA1/2全外显子的多重PCR引物及多重PCR反应条件优化。研究共设计了58对引物覆盖BRCA1/2外显子和剪接位点区域,其中BRCA1引物25对和BRCA2引物33对,分别覆盖基因长度17763bp和24383bp,扩增子长度在400-1500bp之间。BRCA1/2多重PCR反应总体系均为25μL,包括2×Premix Ex Taq HS(TaKaRa)12.5μL,模板DNA5ng,BRCA1混合引物(每条1μM)1μL或BRCA2混合引物(每条1μM)4μL。反应条件:95℃预变性2min,94℃变性30s,56℃退火1min,72℃延伸2min,循环参数为22次,72℃终延伸10min。扩增后发现,BRCA1产物浓度高于BRCA2产物。
  2、NGS测序文库制备及生物信息学分析。为了确定最优的NGS文库制备方法,利用多重PCR和基于转座酶建库的方法制备了四组不同的比对文库:1)BRCA1PCR文库,2)BRCA2PCR文库,3)BRCA1/2PCR产物混合文库及4)BRCA1/2引物混合PCR文库(BRCA2∶BRCA1=4∶1,混合引物总量2pmol)。NGS测序及生物信息学分析结果显示,这4种基于多重PCR靶向测序的方法,在1或2个多重PCR反应中可以捕获BRCA1和BRCA2所有外显子。这4种文库的30×平均覆盖度分别为100%、100%、99.94%和100%。在这4种文库中,BRCA2外显子平均测序深度和捕获效率均高于BRCA1外显子。应用多重PCR靶向测序的方法对21例健康外周血全血样本和2例乳腺癌肿瘤组织样本的BRCA1/2外显子进行测序,共检出25个SNPs位点(其中1个BRCA1c.T5102A突变未被报道过)。未发现小片段的插入和缺失。4种方法检出的SNPs位点经Sanger测序验证为真。这种基于多重PCR靶向测序的方法能够用于临床样本BRCA1/2突变检测。
  3、应用基于多重PCR靶向测序的方法检测乳腺癌样本BRCA1和BRCA2基因全外显子区变异。提取基因组DNA,应用方法3)和4)制备12个乳腺癌外周血白细胞样本的NGS文库,检测BRCA1和BRCA2基因全外显子区突变。高通量测序结果显示BRCA1/2所有外显子均被捕获,共检出24个突变,其中有1例BRCA1致病突变rs80357303,该易感突变被报道会增加乳腺癌的发病风险。结合21个健康样本对照分析,共检出30个SNPs,其中7个SNPs包括rs28897689、rs55919657、rs118093942、rs11571707和rs80359065、rs80357303(致病突变)和未报道的BRCA1c.T5102A突变仅出现在乳腺癌样本中,3个SNPs包括rs1800062、rs80359785和rs80357127仅出现在健康样本中。SNPs致病性预测结果显示,未报道的BRCA1c.T5102A突变为良性,而rs80359065很可能是导致BRCA2蛋白有害突变。Sanger测序验证进一步证实这种基于多重PCR靶向测序的方法在检测BRCA1/2全外显子区变异方面具有高的应用潜力。

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