醫(yī)學遺傳學研究緒論培訓課件

1、緒 論醫(yī)學遺傳學研究的對象醫(yī)學遺傳學研究的范圍遺傳病的概念和分類醫(yī)學遺傳學發(fā)展簡史醫(yī)學遺傳學分科走進基因組醫(yī)學時代1緒 論醫(yī)學遺傳學研究的對象醫(yī)學遺傳學研究的范圍遺傳病的第一節(jié) 醫(yī)學遺傳學研究的對象和范圍 一、遺傳與變異 1.遺傳(Hereditary)： 子代和親代之間在形態(tài)構(gòu)造、生理機能特點上都相似的現(xiàn)象。2第一節(jié) 醫(yī)學遺傳學研究的對象和范圍 一、遺傳與變異2有其父必有其子有其父必有其子性狀：生物的形態(tài)特征和生理特性 如：是否卷舌，有無耳垂，血型，毛發(fā)顏色4性狀：生物的形態(tài)特征和生理特性 42.變異(Variance)： 親代和子代之間，以及子代個體間的性狀差異?！澳干抛?，各有不同”“種

2、瓜得豆，種豆得瓜”基因工程遺傳和變異是生物界普遍現(xiàn)象，表現(xiàn)型與環(huán)境影響密不可分。52.變異(Variance)：5二、醫(yī)學遺傳學研究的對象和范圍遺傳學(Genetics)：研究生物遺傳物質(zhì)及其變化規(guī)律。人類遺傳學(Human Genetics)：廣泛地探討人類性狀的遺傳和變異的規(guī)律及物質(zhì)基礎(chǔ)。醫(yī)學遺傳學(Medical Genetics)：遺傳學與醫(yī)學結(jié)合產(chǎn)生的邊緣學科，研究疾病產(chǎn)生的遺傳機制、遺傳方式及其診治和預(yù)防的策略和措施。 遺傳病的基本特征遺傳物質(zhì)變化突變。 人類疾病在一定程度上都和遺傳有關(guān)。6二、醫(yī)學遺傳學研究的對象和范圍6 第二節(jié) 遺傳病的概念和分類一、遺傳?。℅enetic di

3、seases）：遺傳物質(zhì)發(fā)生突變所引起的疾病。 垂直傳遞 特點： 終生性 遺傳物質(zhì)突變 7 第二節(jié) 遺傳病的概念和分類一、遺傳?。℅enetic d1. 發(fā)病受環(huán)境因素不同程度影響環(huán)境因素1、遺傳因素 決定作用：先天性聾啞、甲型血友?。?、遺傳因素 主要，環(huán)境因素 誘發(fā)：苯丙酮尿癥；3、遺傳和環(huán)境雙重作用：哮喘?。?0%）、消化性潰瘍（37%）；4、環(huán)境因素 決定作用：外傷等。（傳染性疾?。?？1234遺傳因素81. 發(fā)病受環(huán)境因素不同程度影響環(huán)境因素1、遺傳因素 決2. 遺傳病 vs. 家族性疾病 & 先天性疾病家族性疾病 (Familial disease): 大多數(shù)遺傳病呈家族聚集現(xiàn)象；

4、某些遺傳病為散發(fā)性，僅有先證者發(fā)?。?某些環(huán)境因素致病亦有家族聚集現(xiàn)象。先天性疾病(Congenital disease): 指出生時既表現(xiàn)出來的疾病; 大多數(shù)遺傳病都是先天的，出生前致病基因已經(jīng)表達； 某些遺傳病需發(fā)育到一定年齡出現(xiàn)表型； 某些先天畸形為環(huán)境因素所致。92. 遺傳病 vs. 家族性疾病 & 先天性疾病家族性疾病 二、遺傳病分類： 染色體?。喝旧w數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常自然流產(chǎn)。 單基因?。簡蝹€基因突變(孟德爾方式)兒童。 多基因?。哼z傳因素&環(huán)境因素共同作用。 體細胞遺傳?。后w細胞 腫瘤癌。 線粒體?。耗芰看x 神經(jīng)肌肉 母系遺傳。10二、遺傳病分類： 染色體病：染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常

5、自然流遺傳性疾病的群體發(fā)生率疾 病發(fā)生率（%）疾 病發(fā) 生 率（%）單基因缺陷多基因遺傳病 常顯遺傳病0.14 先天性疾病2.3 常隱遺傳病0.17 其他疾病2.4 X連鎖遺傳病0.05 小 計4.7 小 計0.36未歸類遺傳病0.12染色體缺陷0.19總計5.3711遺傳性疾病的群體發(fā)生率疾 病疾 病單基因缺陷多基因遺1. 染色體病 常表現(xiàn)為生長遲緩、智力低下和身體器官異常的復雜綜合征(syndrome)。數(shù)目異常: 常染色體 21三體綜合征，47，XY/XX,+21 性染色體 Turner綜合征45,X結(jié)構(gòu)異常: 常染色體 5p-，貓叫綜合征 性染色體 脆性X染色體綜合征121. 染色體病

6、 常表現(xiàn)為生長遲緩、智力低下和身體器官2. 單基因病 單個基因/等位突變，符合孟德爾遺傳。 分類：Autosomal Dominant (AD) 并指、多指癥Autosomal Recessive (AR) PKU、先天聾啞X-linked Dominant (XD) 抗VD佝僂病X-linked Recessive (XR) DMD、血友病Y- linked Fashion132. 單基因病 單個基因/等位突變，符合孟德爾遺傳。3. 多基因病多基因交互作用：主基因 & 微效基因 與環(huán)境因素交互作用 常見復雜疾病: 唇腭裂、精神分裂癥、 高血壓、糖尿病、先心病 消化性潰瘍等。143. 多基因病

7、多基因交互作用：主基因 & 微效基因145. 線粒體病突變發(fā)生在特定體細胞，而非生殖細胞，不傳遞給后代。實例：惡性腫瘤、白血病。4. 體細胞遺傳病突變發(fā)生在線粒體DNA中，一般由母親傳遞給后代。實例： Leber視神經(jīng)病。155. 線粒體病突變發(fā)生在特定體細胞，而非生殖細胞，不傳遞給后三、遺傳病的研究方法群體篩查家系調(diào)查系譜分析核型分析雙生子分析種族差異比較疾病組分分析伴隨性狀研究16三、遺傳病的研究方法群體篩查16第三節(jié) 醫(yī)學遺傳學分科和發(fā)展簡史現(xiàn)代科學的迅猛發(fā)展，新概念、新技術(shù)的不斷引進，醫(yī)學遺傳學發(fā)展十分迅速，從群體 個體 細胞 分子水平。同時向基礎(chǔ)及臨床許多學科滲透，進而形成了許多與之

8、密切相關(guān)的其它遺傳學分支。17第三節(jié) 醫(yī)學遺傳學分科和發(fā)展簡史現(xiàn)代科學的迅猛發(fā)展，新概念一、醫(yī)學遺傳學分科 1、臨床遺傳學 研究臨床各種遺傳病的診斷、產(chǎn)前診斷、預(yù)防、遺傳咨詢以及治療。 例如：二院 臨床遺傳科 ：Down綜合征，代謝??；細胞遺傳學診斷(FISH)，突變檢測，產(chǎn)前診斷。 醫(yī)學遺傳教研室：常見單基因?。―MD、血友病、PKU）、性別異常的分子遺傳學診斷，產(chǎn)前診斷。 18一、醫(yī)學遺傳學分科 1、臨床遺傳學 研究臨床各種遺2、細胞遺傳學 研究人類染色體的數(shù)目、結(jié)構(gòu)異常與疾病的關(guān)系。1923年 Painter TS，人的染色體數(shù)目2n=48，性染色體為 XX，XY。1952年 徐道覺，偶

9、然應(yīng)用低滲處理細胞獲得染色體分散良好為46條，但未能肯定其發(fā)現(xiàn)。1956年 蔣有興和Levan A，證明人的體細胞染色體數(shù)為46條，標志著人類細胞遺傳學開始。1959年 Lejune J ，發(fā)現(xiàn)先天愚型是由于多了一條G組染色體，即21三體。繼之發(fā)現(xiàn)：Turner綜合征（45，X） Klinefelter綜合征（47，XXY）現(xiàn)已明確百余種染色體異常綜合征和萬余種罕見的異常核型。192、細胞遺傳學 研究人類染色體的數(shù)目、結(jié)構(gòu)異常與疾病的3、體細胞遺傳學 以體外細胞的培養(yǎng)和雜交的方法，研究基因作用、人類基因圖的繪制，誘變的本質(zhì)等。優(yōu)越性： 1）體外培養(yǎng)迅速、大量繁殖傳代，可長期保存； 2）可打破種

10、屬界限進行不同種屬、不同細胞的雜交； 3）可施加各種因素進行研究。應(yīng)用： 1）雜交進行基因定位： 人鼠 TK酶基因定位。 2）細胞雜交：單克隆抗體的制備。 3）抑制基因研究：腫瘤細胞正常細胞失去腫瘤特征。 4）克隆羊、牛、猴、鼠及豬。203、體細胞遺傳學 以體外細胞的培養(yǎng)和雜交的方法，研究基因4、生化遺傳學1902年，Garrod AE 分離出尿黑酸尿病患者的尿中尿黑酸，證實該病由于代謝異常所致，提出“先天性代謝缺陷”。 1949年，Pauling L 發(fā)現(xiàn)鐮狀細胞貧血患者Hb與正常人電泳的速率不同，推斷其由分子結(jié)構(gòu)改變所致，提出“分子病”的概念。 1956年，Ingram VM 證實了Hbs

11、分子結(jié)構(gòu)的改變是鏈第6位由谷Aa纈Aa所致。 生化遺傳學在此基礎(chǔ)上建立和發(fā)展，即應(yīng)用生化的方法研究遺傳病的蛋白和酶的變化以及核酸的相應(yīng)改變。214、生化遺傳學1902年，Garrod AE 215、分子遺傳學1944年，Avery 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)。 1953年，Watson 和Crick 闡明了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，標志著分子遺傳學的開始。1958年，Crick 提出的中心法則是遺傳信息的傳遞原則。1961年，Jacob和Monod 提出乳糖操縱子模型，建立了基因調(diào)控的概念。 225、分子遺傳學1944年，Avery 221967年，Khorana等 破譯了全部遺傳密碼 1

12、968年，Arber等 發(fā)現(xiàn)了限制性核酸內(nèi)切酶，推進了DNA重組技術(shù) 1977年，Sanger 發(fā)明了雙脫氧核苷酸測序法 DNA序列分析 1985年，Mullis 建立體外擴增DNA方法（PCR） 人工合成DNA 分子遺傳學依據(jù)上述理論和技術(shù)，研究基因結(jié)構(gòu)、突變、表達及調(diào)控，闡明遺傳病的分子機制，為基因診斷、治療提供手段。分子遺傳學231967年，Khorana等分子遺傳學236、腫瘤遺傳學 應(yīng)用遺傳學的基本原理和方法，研究腫瘤發(fā)生的遺傳基礎(chǔ)，腫瘤的早期診斷、治療以及預(yù)防提供科學依據(jù)。 7、群體遺傳學 以群體為研究對象，研究群體中的遺傳結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律，如遺傳病的種類、發(fā)病率、基因頻率和攜帶者頻

13、率，以控制遺傳病在群體中的播散。 其理論依據(jù)是1908年Hardy和1909年Weinberg提出的遺傳平衡定律。246、腫瘤遺傳學 應(yīng)用遺傳學的基本原理和方法，研究腫瘤 8、免疫遺傳學 9、藥物遺傳學 10、遺傳毒理學11、發(fā)育遺傳學 12、行為遺傳學25 8、免疫遺傳學 25二、遺傳學史上的里程碑1865 Mendel 豌豆分離律和自由組合律1902 Garrod 尿黑酸尿癥先天性代謝缺陷1926 Morgan 果蠅染色體1953 Watson & Crick DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1956 Pauling 鐮狀細胞貧血癥分子病1969 Pardue 分子雜交1972 Berg 體外DNA重組1

14、977 Sanger 雙脫氧核苷酸法DNA測序1985 Mullis PCR 體外DNA擴增2003 HGP 解譯人類遺傳密碼26二、遺傳學史上的里程碑1865 Mendel 豌豆分離 第四節(jié) 走進基因組醫(yī)學時代一、研究熱點1. 基因工程 20世紀70年代興起。在核酸限制性內(nèi)切酶、載體質(zhì)粒、連接酶和其它修飾酶被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)以后，人類實現(xiàn)重組疫苗、生物制藥、轉(zhuǎn)基因動/植物等。2. 克隆 對哺乳動物特定發(fā)育階段的核供體（胚胎分裂球或體細胞核）,及相應(yīng)的核受體（去核的受精卵或成熟的卵母細胞）進行體外重構(gòu)胚胎并移植，從而達到擴繁同基因型哺乳動物種群的目的。27 第四節(jié) 走進基因組醫(yī)學時代一、研究熱點27克

15、隆羊多利(1997.4.23-2003.4.14),威爾穆特教授-克隆羊之父 1997年2月，威爾穆特等利用綿羊乳腺細胞成功地克隆出體細胞核移植后代-Doly。 28克隆羊多利(1997.4.23-2003.4.14),威3. RNA干擾- 表觀遺傳現(xiàn)象之一，轉(zhuǎn)錄后基因沉默。1990 Jorgensen，向矮牽牛中導入更多拷貝與粉紅色色素合成有關(guān)的基因，以產(chǎn)生顏色更深的紫色矮牽?；?結(jié)果許多花朵的顏色，反而變成白色。發(fā)生導入的基因和其同源的內(nèi)源基因同時都被抑制的現(xiàn)象。 1995 Dr Guo，在秀麗小桿線蟲中發(fā)現(xiàn)正義RNA具有很高的基因沉默活性。1998 華盛頓卡內(nèi)基研究院Andrew Fir

16、e和馬薩諸塞大學Craig Mello通過實驗闡明了這一反?，F(xiàn)象。293. RNA干擾-294.基因診斷 & 基因治療利用分子遺傳學的技術(shù)方法技術(shù)從DNA水平檢測人類遺傳性疾病的基因缺陷。被廣泛地應(yīng)用于遺傳病的診斷、產(chǎn)前診斷、個體對某種重大疾病的易感性。 如：地貧、鐮狀細胞貧血、遺傳病產(chǎn)前無創(chuàng)診斷。 將某種遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到患者細胞內(nèi)，使其體內(nèi)發(fā)揮作用，以達到治療疾病目的方法。 如：ADA，地中海貧血。5 Knock-in/Knock-out 模式生物。6 Y染色體與人類進化、性別分化。304.基因診斷 & 基因治療30Human Genome ProjectGregor Mendel (1822

17、1884) Francis Crick James Watson (1916-2004) (1928- )1990.10-2003.45. 人類基因組計劃Double helix 186519532003 孟德爾提出“遺傳因子” DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 人類基因組計劃完成31Human Genome ProjectGregor Me 1）人類基因組的組成（3.2109 bp）32 1）人類基因組的組成（3.2109 bp）321986年3月，Renato Dulbecco 提出1990年10月，美國政府正式啟動了HGP,投資30億美元，預(yù)期 于2005年完成人類基因組約30億個堿基對的全序列測定19

18、98年5月，Craig Venter創(chuàng)立Celera公司1999年9月，中國加入HGP，測序任務(wù)3000萬bp1999年12月，第22條染色體破譯2000年4月，中國完成1%測序任務(wù)2000年5月，第21條染色體破譯2000年6月，人類基因組工作框架圖公布2001年2月，公布基因組基本信息2001年9月，HGP第十次戰(zhàn)略大會在杭州召開，還有1%的難測序列，約700個疑難點2003年4月，六國共同完成人類基因測序工作。 2）HGP 簡史331986年3月，Renato Dulbecco 提出 2）1990年啟動的人類基因組計劃（HGP）于2001年“大功告成”，至2003年結(jié)束，歷時共13年。2

19、001年2月15日出版的英國nature雜志和2001年2月16日出版的美國science雜志。 分別正式公布了人類基因組計劃和塞萊拉遺傳公司的人類基因組全序列數(shù)據(jù)，人類基因組草圖誕生了。2001年2月，公布人類基因組草圖存在很多重要的不足。例如，僅測出了約90的常染色質(zhì)基因組序列，而且序列之間存在147821個未檢測出的空缺等等，使得2001年人類基因草圖略顯潦草。341990年啟動的人類基因組計劃（HGP）于2001年“大功告國際人類基因組測序協(xié)作組（IHGSC）立即啟動了一項十分艱難、但非常必要的“糾錯補漏”程序,用了3年的時間將草圖一點點地豐滿起來，那些令人頭疼的縫隙也從原來的15萬個

20、減少到現(xiàn)在的341個。在20012003年之間，IHGSC的不懈努力終于將此草圖轉(zhuǎn)化為今天這張既高度精確又相當完整的人類基因組圖。發(fā)表在2004年10月21日Nature（2004, 431:931）上。報告對2001年2月發(fā)表的初步分析報告進行了補充。35國際人類基因組測序協(xié)作組（IHGSC）立即啟動了一項十分艱難36363)人類基因組計劃的宗旨破譯DNA序列中蘊藏的全部信息。揭示人體生理和病理過程的分子基礎(chǔ)。逐步認識生命的起源、進化、遺傳、發(fā)育、衰老以及死亡的本質(zhì)。為人類疾病的預(yù)測、診斷、預(yù)防和治療提供最為合理和有效的方法和途徑。373)人類基因組計劃的宗旨破譯DNA序列中蘊藏的全部信息。

21、374)人類基因組計劃（1990.102003.4）主要內(nèi)容制圖（Mapping）遺傳圖：又稱連鎖圖，是以遺傳多態(tài)性（遺傳 標記）為位標，以遺傳學距離cM為圖距制作的 基因圖。 RFLP，STR，SNP。物理圖：以已知核苷酸的一個DNA片段為標記，以序列長度kb/Mb為距離的基因組圖。 測序（Sequencing） 利用自動測序儀，完成全部堿基的測序圖。384)人類基因組計劃（1990.102003.4）主要內(nèi)容制測序策略Celera公司W(wǎng)hole shotgun HGPNested shotgun 全基因組霰彈法 分級霰彈法39測序策略3940405)人類基因組計劃（1990.102003.

22、4）基本策略(1) 對基因組進行標記和劃界將每條染色體劃分為長短臂、帶、亞帶和亞亞帶，為定位基因和特定序列提供了染色體標志。一般以500 kb標以一個特異的DNA標記，作為特定基因或序列的界標。(2) 切割和排序標記好后，再對基因組DNA用一定內(nèi)切酶切割成片段并進行克隆，并用已知的標記將這些克隆有序排列。(3) 建立遺傳圖譜、物理圖譜和基因圖譜。(4) 進行全序列測定。(5) 確定每一個基因結(jié)構(gòu)、特性和功能。415)人類基因組計劃（1990.102003.4）基本策略(6)人類基因組計劃的意義 是人類自然科學史上最重大的研究項目之一，可與產(chǎn)生原子彈的曼哈頓工程和人類登月阿波羅飛行任務(wù)相媲美，是

23、當前國際生物學、醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi)一項引人注目的工程，將推動整個生命科學的發(fā)展。 人類基因組研究成果表明:（1）基因數(shù)量少得驚人，約2-2.5萬；（2）人類基因組中存在“熱點”和大片“荒漠”；（3）三分之一重復序列為“垃圾”DNA；（4）個體間99.99的基因序列相同。種族歧視毫無根據(jù)。426)人類基因組計劃的意義 是人類自然科學史上最中國人類基因組計劃1993年，啟動中國人類基因組計劃（CHGP），首先開展了 “中華民族基因組中若干位點基因結(jié)構(gòu)的研究”。1997年，啟動了“重大疾病相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu) 與功能研究”項目。 在上海和北京相繼成立了國家人類基因組南方、北方中心。研究成果:1%測序任

24、務(wù)：2000年4月，3號染色體3000萬bp，精確度 99.99%，發(fā)現(xiàn)142個基因（80個為預(yù)測基因）“炎黃一號”：2007年10月11日，完成第一個完整的中國人 基因組圖譜。43中國人類基因組計劃1993年，啟動中國人類基因組計劃（CHG7) HGP帶來的新名詞(1) 基因組學（genomics）：Mckusick于1986年首創(chuàng)，指的是從整體的方式來闡明基因組功能遺傳的科學。 (2) 比較基因組學（comparative genomics）：研究模式生物與人類及其他生物基因組整體比較全基因組核苷酸序列特點。特點是在整個基因組的層次上比較基因組的大小及基因數(shù)目、位置、順序、特定基因的缺失等。(3) 藥物基因組學（pharcogenomics）：從基因組入手，研究藥物作用的遺傳多態(tài)性，優(yōu)化藥物設(shè)計，發(fā)現(xiàn)藥物作用的靶點的科學。447) HGP帶來的新名詞(1) 基因組學（genomics）(4) 轉(zhuǎn)錄物組學(transcriptomics): 研究細胞在不同時空基因轉(zhuǎn)錄物的種類，結(jié)構(gòu)和功能 。(5) 蛋白質(zhì)組學(proteomics): 研究細胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)組的組成、結(jié)構(gòu)與功能及其活動規(guī)律。(6) 功能基因組學(functional genomics): 研究基因及DNA序列功能，基因表達的調(diào)控，以及基因組和基因與