外显子组测序在遗传病研究中的应用

        外显子组指染色体上全部外显子区域的集合,该区域包含蛋白质编码合成所需要的绝大部分信息,与个体表型相关的大部分功能性变异也都集中在染色体的外显子区。外显子组测序是指利用高效的序列捕获技术将全基因组范围内的外显子区域DNA捕获、富集后进行高通量测序的基因组分析方法。相比传统测序,该方法能够迅速的获得所有外显子区域的遗传信息,在大幅提升效率的同时显著降低了研究成本;相比全基因组测序,该方法能够在缩短实验周期、减少数据分析量及实验投入的基础上有针对性的得到大部分全基因组测序所能得到的信息。基于外显子组测序良好性价比,该方法目前在国际上已经被广泛的应用于遗传病和癌症研究中。
 
        遗传病指的是由遗传物质改变而引起的疾病,包括染色体病、单基因病和多基因病。2009年8月16日,Nature杂志发表了第一篇将外显子测序应用于遗传疾病致病变异基因发掘方面的研究论文。该研究通过对12个病人外显子区域的序列测定,准确的找出了弗里曼谢尔登综合征的致病变异基因MYH3,从而证明了外显子测序在确定罕见致病变异基因研究中的可行性和应用价值。随后外显子测序成功的应用在了米勒综合症、歌舞伎综合症、重型颅脑畸形等孟德尔疾病相关致病基因的研究中,其价值和意义得到了越来越多科学家的认可。随着高通量测序技术的不断发展,外显子组测序技术也变得日益成熟,目前该项技术在遗传疾病中的具体方案如下。
 
1. 单基因疾病家系样本的研究方案
        首先需要按照疾病表型对家系成员进行严格筛查,明确其患病情况并进行该疾病研究的背景调查。如果对于该疾病已经有一些研究背景和相关的致病基因报道,可通过传统PCR测序方法对已知的疾病相关变异进行验证和初筛,如果在所研究的样本中未发现相关的基因变异,那么可以挑选适量核心家系成员进行外显子组测序。一般患病个体选取3-5个样本,再在同一家系内选取1-2名适当的正常个体作为对照。按照疾病模型(AD,AR等)及样品的家系信息对测序得到的结果进行分析,缩小候选变异的范围,经过多种注释、筛选后过滤掉对功能无影响的变异及公共数据库中的常见变异,再使用传统PCR测序进行样本扩大化验证及相关的功能研究,最终确定疾病相关变异。具体的流程见下图:
 
2. 单基因疾病散发样本的研究方案
        不同的散发样本中的疾病相关变异可能有多种,并且由于样本间没有血缘关系,遗传背景相差较大,测序得到的结果也较难分析。为了更为准确的得到有价值的结果,使用散发样本进行外显子组测序要求的样本数目比家系样本要多一些。一般建议至少做30个患病个体样本以上的平行测序分析。对大量患病个体的测序数据进行多样本分析,从而确定候选疾病相关变异,再用传统PCR测序在其他的相同疾病患病个体和正常人群中做进一步验证。具体的流程见下图:
 
3. 复杂疾病的研究方案
        对于复杂疾病,首先应该选择具有遗传性较高的病例作为研究对象,一般需要满足以下几个特点:a. 与疾病相关;b. 高度遗传;c. 在患者中表现较早,表型一致,高外显率;d. 疾病的发病机制相似。整体的研究思路一般是通过适量样本的外显子测序(患病和健康个体各50例)找到与疾病高度关联的低频突变,然后根据这一结果订制合适的芯片,在大样本里进行大规模验证。从而获得精确度更高的疾病相关变异位点。接着可以针对这些位点进行生物学功能研究,从而得到有意义的结果,开发出疾病诊断及治疗的相关产品等。

 

添加时间:

2013年01月30日

上一个:

外显子组测序成败的关键——质量

下一个:

外显子组测序在癌症研究中的应用
本网站由阿里云提供云计算及安全服务 Powered by CloudDream