全基因组外显子测序发现X连锁显性遗传性高度近视疾病的致病基因及人类基因变异数据库LOVD的创建

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第一部分全基因组外显子测序发现X连锁显性遗传性高度近视疾病的致病基因
　　背景:高度近视是非常严重的近视类型，一般是指眼轴长度长于26mm或者屈光度大于-6.00D的屈光不正。在中国，高度近视的发病率为1％-2％。高度近视的病因相当复杂，与遗传和环境因素都有关联，其发病机理至今仍不清楚，但是遗传因素在高度近视发生过程中起着重要作用，目前已有21种高度近视类型的致病基因或者染色体位点被鉴定。自2010年以来，基于芯片的高通量测序技术成为全基因组外显子测序经济、适用、高效的策略，研究人员利用全外显子组测序技术鉴定不少孟德尔遗传疾病致病基因，这为识别遗传性高度近视疾病的致病基因和研究其发病机理提供新思路。
　　方法:选择同一个高度近视家系不同家庭的三个患者进行全基因组外显子测序，并按照一定的优化策略，识别其候选致病基因和致病变异。用Sanger测序方法验证家系成员携带候选致病变异的情况，进一步筛选致病变异。利用生物信息学方法分析候选致病变异，初步确定致病变异和致病基因。利用反转录PCR检测致病基因在小鼠不同组织中的表达情况，推测其基因功能。利用连锁分析技术验证候选致病基因与疾病是否共分离，确定致病基因。
　　结果:全基因组外显子测序数据经过变异筛选后，获得9个候选致病变异。经过家系成员基因组分析后，筛选出3个位于X染色体上的候选致病变异。生物信息学分析初步确定致病基因是A3基因，携带无义突变c.228T＞A p.Tyr76*，且至少在600个正常个体中未检测到。反转录PCR结果显示A3基因在小鼠眼睛组织中高度特异性表达。连锁分析实验表明A3基因的无义突变c.228T＞A p.Tyr76*在高度近视疾病家系中与疾病共分离。经数据库和文献查询，A3基因在视网膜视锥细胞内特异表达，参与光传导级联失活反应。斑马鱼A3基因敲除模型研究文献报道，缺少A3基因会导致视网膜电图(ERG)的b波振幅降低，并延长其恢复时间，这与高度近视家系ERG检测结果一致。
　　结论:高度近视具有显著的遗传异质性，存在多种遗传模式和致病基因。本研究利用全基因外显子组测序技术发现X连锁显性遗传性高度近视的致病基因A3基因。结合生物信息学、连锁分析和全基因外显子组测序技术是发现孟德尔遗传病致病基因的有效策略。
　　第二部分人类基因变异数据库LOVD的创建
　　国际人类基因变异组计划（Human Variome Project，HVP）是由临床医师、遗传学专家、研究人员和生物信息学人员参与的国际合作计划，主要任务是全面建立各个基因专一数据库，收集和共享所有文献报道和研究单位未发表的致病突变和非致病变异，分析基因型和临床表型的相互关系和发病的分子机制，以期能够准确进行临床基因诊断，正确防治疾病，实现个性化医疗。HVP提议建立不同国家的节点来共同完成人类基因变异的收集、管理和共享。LOVD(Leiden Opensource Variation Database)平台是HVP推荐使用的基因变异数据收集和管理平台，已被多个国家接受。本研究使用LOVD平台创建中国节点的人类基因变异数据库（http://www.genomed.org/LOVD2/），建立96个基因数据库，收集14859条变异，单一变异9224条。基因变异数据统计显示致病变异和可能致病的变异占总数的37％，其中缺失和替换变异最为常见，分布在不同外显子上。但有部分基因的致病变异集中在个别外显子上，如MYH7和CDC73基因，致病变异大多数位于外显子30-40和外显子1-7。还有一些致病变异位于不常见的位置，如KCNQ1基因的变异c.1032G＞A(p.Ala344Ala)虽是同义变异，但影响mRNA转录。c.903+469T＞C位于MTRR基因内含子7内部，偏离剪切位点区域，却是一个比较常见的致病变异。另外，基因5'-UTR和3'-UTR区域也存在不少致病变异，如BR CA1基因c.-3G＞C和GLA基因c.1277_1278delTAA。总之，人类基因变异数据库LOVD的创建，不仅可以整体分析基因变异数据，如热点区域、突变类型、频率、遗传模式、种族差异以及基因型和表型关系等，而且为相关的科研人员、遗传学家和临床医师提供数据，尤其有助于基因检测策略的选择和基因变异的解读。

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作者
丛培宽;
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作者单位

浙江大学;

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授予单位浙江大学;
学科病理学与病理生理学
授予学位博士
导师姓名祁鸣;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类病理生理学;其他科学技术在医学上的应用;
关键词
病理生理学; 国际人类基因变异组计划; 基因变异数据库; LOVD平台; 基因检测;

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