第三章基因诊断 的未来发展 基因诊断的基本原理 基因诊断是通过检测患者体内遗 传物质的结构或表达水平的变化而作 出或辅助临床诊断的技术,其原理是以 DNA和RNA或蛋白质为研究材料,应 用分子生物学技术,通过检查基因的结 构或表达来诊断疾病。 基因的动态变化 11基因表达在疾病发生发展过 程中的动态变化 dama cell protection---------- gene products-delayed response genes 1.1表达增加 细胞缺血、缺氧、缺葡萄糖损伤 grp、hsp、HF-1a)
第三章 基因诊断 的未来发展 基因诊断的基本原理 基因诊断是通过检测患者体内遗 传物质的结构或表达水平的变化而作 出或辅助临床诊断的技术，其原理是以 DNA 和 RNA 或蛋白质为研究材料，应 用分子生物学技术，通过检查基因的结 构或表达来诊断疾病。 1. 基因的动态变化 1.1 基因表达在疾病发生发展过 程中的动态变化 cell damage--------------------------------- ------------------------------------------ ---------- ↗ stress cell protection----------- ↘ ↗ early response genes→ gene products→delayed response genes ↘ cell deterioration------- 1.1 表达增加 细胞缺血、缺氧、缺葡萄糖损伤 （grp、hsp、HIF-1 α ）
细胞出血性损伤(HO) 细胞癌变(癌基因的表达:小细胞 肺癌C-myc扩增表达20~76倍; 成胶质细胞瘤C-erbB扩增表达 50倍;视网膜母细胞瘤Nmyc扩 增表达140-250倍) 12表达减少 肿瘤抑制基因(RB、Tp53、MTS1 或p16、MTS2或p15、CP1或p2 KIP1、WT1、NF1、APC、MCC、DCC PTPG、RARA) a-珠蛋白生成障碍性贫血(α珠蛋 白基因缺失或部分缺失而使α珠蛋白 合成减少) 1.3病原微生物感染 分子诊断技术具有快速、准确、特 异性高、敏感性强等特点,不仅可以对 感染性疾病的病原体进行定性,而且可 以定量。主要采用PCR结合ELSA的方 法,以降低特异性差及PCR污染带来的 误诊问题 目前可以开展分子诊断的感染性 疾病病原体主要有结核杆菌(引起结核 病)、幽门螺杆菌(与消化性溃疡、胃 癌的发生密切有关)、乙型肝炎病毒(引 起乙型病毒性肝炎)、丙型肝炎病毒(引 起丙型病毒性肝炎)、庚型肝炎病毒(引 起庚型病毒性肝炎)、人乳头瘤病毒(主 要引起尖锐性湿疣等,其中某些型别可 能与宫颈癌的发生密切有关)、汉坦病 毒(引起流行性出血热)、类风湿因子 (用于辅助诊断类风湿性关节炎)、C 反应蛋白(为肺炎球菌的C多糖物质, 在急性炎症时增加,主要用于辅助诊断
细胞出血性损伤（HO） 细胞癌变（癌基因的表达：小细胞 肺癌C-myc扩增表达20~76倍； 成胶质细胞瘤C-erbB扩增表达 50倍；视网膜母细胞瘤N-myc扩 增表达140~250倍） 1.2 表达减少 肿瘤抑制基因（RB、Tp53、MTS1 或p16、MTS2或p15、CIP1或 p21、 KIP1、WT1、NF1、APC、MCC、DCC、 PTPG、RARA） α-珠蛋白生成障碍性贫血（α珠蛋 白基因缺失或部分缺失而使α珠蛋白 合成减少） 1.3 病原微生物感染 分子诊断技术具有快速、准确、特 异性高、敏感性强等特点，不仅可以对 感染性疾病的病原体进行定性，而且可 以定量。主要采用PCR结合ELISA的方 法，以降低特异性差及PCR污染带来的 误诊问题。 目前可以开展分子诊断的感染性 疾病病原体主要有结核杆菌（引起结核 病）、幽门螺杆菌（与消化性溃疡、胃 癌的发生密切有关）、乙型肝炎病毒（引 起乙型病毒性肝炎）、丙型肝炎病毒（引 起丙型病毒性肝炎）、庚型肝炎病毒（引 起庚型病毒性肝炎）、人乳头瘤病毒（主 要引起尖锐性湿疣等，其中某些型别可 能与宫颈癌的发生密切有关）、汉坦病 毒（引起流行性出血热）、类风湿因子 （用于辅助诊断类风湿性关节炎）、C 反应蛋白（为肺炎球菌的C多糖物质， 在急性炎症时增加，主要用于辅助诊断
活动性风湿热等)、淋球菌(引起淋病, 其中性病淋巴肉芽肿亚种主要引起化 脓性淋巴结炎和慢性淋巴肉芽肿)、沙 眼衣原体(引起沙眼)、梅毒螺旋体(引 起梅毒)、生殖器支原体(引起泌尿生 殖系感染与不育)、单纯疱疹病毒(其 中HSV-2主要引起原发性生殖器疱疹) 人类嗜T细胞病毒(可引起T细胞白血 病)、EB病毒(可能与儿童恶性淋巴瘤 鼻咽癌的发生有密切关系)、巨细胞病 毒(孕妇早期子宫内感染可引起死胎、 早产和先天畸形)、水痘-带状疱疹病毒 (可引起水痘、带状疱疹,孕妇患水痘 可引起胎儿畸形、流产和死胎)、卡氏 肺囊虫(主要引起AIDS的继发感染)、 嗜肺军团菌(引起呼吸道感染)、腺病 毒(引起呼吸道、眼结膜或胃肠感染) 伯氏疏螺旋体(引起莱姆病)、阴道毛 滴虫(引起滴虫性阴道炎)、疟原虫(引 起疟疾)、HVv(引起ADS) 2.基因的静态变化 2.1静态突变 点突变:同义突变、无义突变、错 义突变、终止密码突变 ①碱基的置换 颠换:嘌呤换嘧啶;嘧 啶换嘌呤; 转换:嘌呤换嘌呤:嘧 啶换嘧啶 ②移码突变:移码 碱基对的缺失:ORF缩 短或延长 碱基对的插入:ORF缩 短或延长
活动性风湿热等）、淋球菌（引起淋病， 其中性病淋巴肉芽肿亚种主要引起化 脓性淋巴结炎和慢性淋巴肉芽肿）、沙 眼衣原体（引起沙眼）、梅毒螺旋体（引 起梅毒）、生殖器支原体（引起泌尿生 殖系感染与不育）、单纯疱疹病毒（其 中HSV-2主要引起原发性生殖器疱疹）、 人类嗜T细胞病毒（可引起T细胞白血 病）、EB病毒（可能与儿童恶性淋巴瘤、 鼻咽癌的发生有密切关系）、巨细胞病 毒（孕妇早期子宫内感染可引起死胎、 早产和先天畸形）、水痘-带状疱疹病毒 （可引起水痘、带状疱疹，孕妇患水痘 可引起胎儿畸形、流产和死胎）、卡氏 肺囊虫（主要引起AIDS的继发感染）、 嗜肺军团菌（引起呼吸道感染）、腺病 毒（引起呼吸道、眼结膜或胃肠感染）、 伯氏疏螺旋体（引起莱姆病）、阴道毛 滴虫（引起滴虫性阴道炎）、疟原虫（引 起疟疾）、HIV（引起AIDS）。 2. 基因的静态变化 2.1 静态突变 点突变：同义突变、无义突变、错 义突变、终止密码突变 ①碱基的置换 颠换：嘌呤换嘧啶；嘧 啶换嘌呤； 转换：嘌呤换嘌呤；嘧 啶换嘧啶 ②移码突变：移码 碱基对的缺失：ORF缩 短或延长； 碱基对的插入：ORF缩 短或延长
片段突变:缺失、重复、重排 22动态突变 三核苷酸重复扩增 TRED1型疾病的临床及遗传学特征 特征 HD DRPLA SBMA SCAI SCAZ 发病年龄 10~70 30~50 遗传方式 AD Ⅹ连锁 染色体定4p16.3 12p13.31 Xql1-q12 12q24 位 重复类型 CAG CAG CAG CAG CAG 基因 HD DRPLA AR SCAI SCAZ 重复定位编码区 编码区,多编码区 编码 编码 多聚谷 聚谷氨酰胺多聚谷氨 区,多 氨酰胺 酰胺 聚谷氨 酰胺 酰胺 正常范围 7~23 2~30 异常范围 40~121 49~75 早发现象有 有 无 有 有 父母来源父>母 母 父>母 蛋白 hunting Atrophin-1 雄激素受 ataxin- ataxi 突变效应囊泡转神经元毒性运动神经 细胞降 不明 运,细胞 元毒性 解成分 骨架 的核内 聚集 注:HD: Huntington舞蹈病; DRPLA: 齿状核、苍白球、丘脑下体萎缩:SBMA: 脊髓肌萎缩:SCA:脊髓小脑共济失调; MD: Machado- Joseph病 TREDZ 型疾病的临床及遗传学特征
片段突变：缺失、重复、重排 2.2 动态突变 三核苷酸重复扩增 TRED1 型疾病的临床及遗传学特征 特征 HD DRPLA SBMA SCA1 SCA2 发病年龄 10～60y 10～70 30～50 30～50 2～65 遗传方式 AD AD X 连锁 AD AD 染色体定 位 4p16.3 12p13.31 Xq11-q12 6p23 12q24.1 重复类型 CAG CAG CAG CAG CAG 基因 HD DRPLA AR SCA1 SCA2 重复定位 编码区， 多聚谷 氨酰胺 编码区，多 聚谷氨酰胺 编码区， 多聚谷氨 酰胺 编码 区，多 聚谷氨 酰胺 编码 区，多 聚谷氨 酰胺 正常范围 9～35 7～23 12～30 6～39 15～29 异常范围 40～121 49～75 40～72 41～81 35～37 早发现象 有 有 无 有 有 父母来源 父>母 父>母 父>母 父>母 父=母 蛋白 huntingti n Atrophin-1 雄激素受 体 ataxin- 1 ataxin-2 突变效应 囊泡转 运，细胞 骨架 神经元毒性 运动神经 元毒性 细胞降 解成分 的核内 聚集 不明 注：HD：Huntington 舞蹈病； DRPLA： 齿状核、苍白球、丘脑下体萎缩；SBMA： 脊髓肌萎缩；SCA：脊髓小脑共济失调； MJD：Machado-Joseph 病 TRED2 型疾病的临床及遗传学特征
特征 FRAXA FRAXE DM FI 发病年龄 出生时 出生时 10~50 遗传方式 X连锁 X连锁 AD AR 染色体定位Xq27.3 Xq28 19q13.2-q13.3 9q13- 重复类型 CCG GAA 基因 FMR-I(FRAXA FRAXE DMPK FRD 重复定位 5′非编码区 不明 3′非编码区 内含 正常范围 6~25 5~37 异常范围 200~4000 >200 200~ 早发现象 有 不明 有 父母来源 母源 不明 =母 母〉父 蛋白 FMRI(FMRP 不明 强直性肌萎缩蛋白 激酶DMPK) 突变效应 突触蛋白翻译 不明 种蛋白与DMPK 核编 的调节异常 RNA上CUG的不 对铁 恰当结合 注:FRAX:脆性Ⅹ综合征;DM 强直性肌营养不良 3基因表达产物 目前的基因诊断技术较多的着眼 于,检测基因突变以及基因表达增加或 减少的变化,基因产物其空间结构和修 饰上的异常的检测,也将是基因诊断技 术的发展方向 回目录上一章下一章
特征 FRAXA FRAXE DM Friedreich 共济失调 发病年龄 出生时 出生时 10～50 1～40 遗传方式 X 连锁 X 连锁 AD AR 染色体定位 Xq27.3 Xq28 19q13.2-q13.3 9q13-q21.1 重复类型 CCG CCG CTG GAA 基因 FMR-1(FRAXA ) FRAXE DMPK FRDA 重复定位 5ˊ非编码区 不明 3ˊ非编码区 内含子 正常范围 6～50 6～25 5～37 7～22 异常范围 200～4000 >200 >2000 200～1200 早发现象 有 不明 有 无 父母来源 母源 不明 父=母 母>父 蛋白 FMR1(FMRP) 不明 强直性肌萎缩蛋白 激酶(DMPK) frataxin 突变效应 突触蛋白翻译 的调节异常 不明 一种蛋白与 DMPK RNA 上 CUG 的不 恰当结合 核编码的线粒体蛋白 对铁-硫基团向线粒体 的转运异常 注：FRAX：脆性 X 综合征；DM： 强直性肌营养不良 3 基因表达产物 目前的基因诊断技术较多的着眼 于，检测基因突变以及基因表达增加或 减少的变化，基因产物其空间结构和修 饰上的异常的检测，也将是基因诊断技 术的发展方向。 回目录 上一章 下一章