基因诊断课件.ppt
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1、第一页,共43页。几乎所有的疾病均在一定程度上与基因有某种联几乎所有的疾病均在一定程度上与基因有某种联络,基因的改变,或是疾病发生的原因,或是疾络,基因的改变,或是疾病发生的原因,或是疾病发生的结果,或是疾病发生时的伴随现象,而病发生的结果,或是疾病发生时的伴随现象,而这些现象的出现是有规律的。因此,可以通过检这些现象的出现是有规律的。因此,可以通过检测基因的改变来反映疾病的发生和开展,疗效和测基因的改变来反映疾病的发生和开展,疗效和预后预后 基因诊断:是以基因诊断:是以DNADNA或或RNARNA为诊断材料,通过检查基因的为诊断材料,通过检查基因的存在、缺陷或表达异常,对人体状态和疾病作出诊
2、断的存在、缺陷或表达异常,对人体状态和疾病作出诊断的方法和过程。方法和过程。2021/1/122第二页,共43页。第一阶段:世纪年代,以DNA分子杂交为根底,通过限制性片段长度多态性性RFLP)分析进展 第二阶段:应用PCR技术 第三阶段:应用基因芯片技术2021/1/123第三页,共43页。一一.基因诊断中常用的几种技术基因诊断中常用的几种技术一一 核酸杂交核酸杂交二二 PCR PCR三三 DNA DNA序列测定序列测定四四 DNA DNA芯片技术芯片技术2021/1/124第四页,共43页。(1)(1)方法方法:以顺序核酸片段作为探针以顺序核酸片段作为探针,经放射性或非放射性物质标记后经放
3、射性或非放射性物质标记后,再再与未知的目的核酸片段进展杂交反响与未知的目的核酸片段进展杂交反响,别离已杂交和未杂交的标记别离已杂交和未杂交的标记核酸链核酸链,通过标记信号的检测就可以对未知的目的核酸链进展定性、通过标记信号的检测就可以对未知的目的核酸链进展定性、定量分析定量分析.(2)(2)几种不同形式的核酸分子杂交几种不同形式的核酸分子杂交 a.Southern a.Southern印迹印迹(southern blot)(southern blot)杂交杂交:用于用于DNADNA的检测,可的检测,可用于基因的限制性内切酶谱分析,基因突变分析等用于基因的限制性内切酶谱分析,基因突变分析等 b.
4、Northern b.Northern印迹印迹(Northern blot)(Northern blot)杂交杂交:用于用于RNARNA的检测,能对的检测,能对组织细胞中的总组织细胞中的总RNA RNA 或或mRNAmRNA进展定性和定量分析进展定性和定量分析 c.c.斑点杂交斑点杂交dot blot):dot blot):既可以检测既可以检测DNADNA也可以检测也可以检测RNA,RNA,用于用于特定基因及其表达的定性和定量分析方法简单、灵敏;但特特定基因及其表达的定性和定量分析方法简单、灵敏;但特异性低异性低2021/1/125第五页,共43页。d.原位杂交in situ hybridiz
5、ation):e.f.是细胞学技术与核酸杂交技术结合的一种核酸分析检测技术可分为DNA原位杂交和RNA原位杂交,用于检测染色体中特定的基因位置,用于染色体疾病的诊断g.分类:玻片原位杂交:如中期的染色体和组h.织切片.i.膜上原位杂交:将菌落或噬菌斑影印在尼 j.龙膜(如硝酸纤维膜)k.l.2021/1/126第六页,共43页。2021/1/127第七页,共43页。等位基因特异性寡聚核苷酸等位基因特异性寡聚核苷酸allele specific allele specific oligonnucleotide,ASO)oligonnucleotide,ASO)探针斑点杂交:探针斑点杂交:PCR-
6、ASOPCR-ASO该方法是诊断点的突变:需分别合成野生型和突变型探该方法是诊断点的突变:需分别合成野生型和突变型探针在基因诊断时,只需用针在基因诊断时,只需用PCRPCR扩增受检者目的扩增受检者目的DNADNA片段,片段,再分别与上述探针杂交杂交的结果有如下几种情况:再分别与上述探针杂交杂交的结果有如下几种情况:PCR PCR扩增产物与正常探针杂交,不与突变探针杂交扩增产物与正常探针杂交,不与突变探针杂交-不不 存在这种突变;存在这种突变;只与突变探针杂交只与突变探针杂交-突变基因为纯合子;突变基因为纯合子;与正常探针和突变探针都可杂交与正常探针和突变探针都可杂交-突变基因为杂合子;突变基因
7、为杂合子;与正常探针和突变探针都不能杂交与正常探针和突变探针都不能杂交-突变基因不属突变基因不属于已发于已发 现的类型现的类型2021/1/128第八页,共43页。单链构象多态性单链构象多态性single strand single strand conformation ploymorphism,SSCP)conformation ploymorphism,SSCP)分析分析2021/1/129第九页,共43页。基因突变导致的基因碱基组成或(和)顺序发生改变,会在基因构造中产生新的限制性内切酶位点或使原有的位点消失.用限制酶对不同个体基因组进展消化时,其电泳条带的数目和大小就会产生改变,根据
8、这些改变可以判断出突变是否存在.2021/1/1210第十页,共43页。限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性 RFLPs(restriction fragment length polymorphisms)样品一样品二1987年等人以RFLP为遗传标记绘制了第一张人类遗传图谱2021/1/1211第十一页,共43页。双链DNA在一定浓度变性剂(尿素,甲酰胺)作用下,会变性而解链,导致DNA分子电泳迁移率变化.当在不同梯度浓度变性胶中电泳时,DNA泳动到变性剂浓度能使DNA发生变性,DNA开场解链,从而不同的DNA片段会形成不同的迁移率条带优点:可靠,检出单碱基突变率可达缺点:富含高熔点GC
9、区时,那么难以检测出突变2021/1/1212第十二页,共43页。在PCR扩增前,先用化学试剂NaHSO3)处理模板DNA,将所有未甲基化的胞嘧啶C)转变成尿嘧啶(U),在PCR扩增时,U与引物中A配对;而CpG岛上甲基化的C不受影响,在扩增时仍与G配对,基于这种差异可以进展甲基化特异性PCR设计一对甲基化特异性引物引物中G结合模板中C);和非甲基化特异性引物引物中A结合模板中U),通过PCR扩增就可检测出甲基化等位基因化学修饰的DNA序列和非甲基化等位基因序列用于一些疾病和肿瘤的基因诊断2021/1/1213第十三页,共43页。定量PCR(quantiative PCR,Q-PCR):就是对
10、靶核酸分子进展定量分析的技术.根据PCR扩增指数增长期原理,理论上扩增产物累积分子数N=No(1+E),其中E是指每次循环中参与复制的模板数与总模板数的比率.通过N值可求出No.但PCR扩增时平台期(15-25)的出现会影响测量的准确度.定量PCR的策略和方法较多.n2021/1/1214第十四页,共43页。a.通过测定PCR产物量 方法:对量的靶DNA进展系列稀释,比较待测样品和系列稀释样品的PCR产量,还可对未知量的靶DNA进展绝对定量.b.采用极限稀释法对靶核酸进展定量分析:方法:将待测DNA标本进展倍数稀释,直至扩增不到靶基因的稀释度,用稀释程度表示启始靶基因分子数的相对量,是一种半定
11、量方法.2021/1/1215第十五页,共43页。c.采用非竞争性对照法对靶核酸进展定量分析 方法:该方法是在一个试管内同步扩增来自同一DNA的一段靶序列和另一段内标序列,用内标序列控制DNA的用量、可扩增性和管间扩增效率的变化,通过比较两段序列PCR扩增产物电泳带的荧光强度,对靶序列进展定量分析 d.采用竞争抑制法对靶核酸进展定量分析:方法:参照标准不是同一核酸分子上的另一段序列,通常是人工模板,与待测序列具有一样的引物结合位点,能与待测序列竞争聚合酶,底物,引物分子.方法:将竞争模板作系列稀释后参加恒量的样品DNA进展PCR扩增,通过别离和分析竞争模板和样品DNA的PCR产量,对样品DNA
12、进展定量分析2021/1/1216第十六页,共43页。e.荧光定量PCR(FQ-PCR)技术是一种目前国内外应用较为广泛的定量PCR技术,是通过始点定量和荧光检测系统实时监测累计荧光强度而实现,具有灵敏度高,特异性强等优点.FQ-PCR技术的两种定量形式:绝对定量:一般采用外标准品定量的制备来实现绝对定量.如合成目的基因;将PCR产物直接梯度稀释;或将PCR产物克隆到载体上,抽取质粒,经过测量浓度和拷贝数可准确定量.优点:稳定,准确.相对定量:指在测定目的基因的同时测定一内源性管家基因(如-actin,rRNA等),该管家基因主要是用于核苷酸的拷贝数的比较,反映反响体系内是否存在PCR扩增的影
13、响因素.2021/1/1217第十七页,共43页。1977年Sanger创立的链终止反响序列测序法 用放射性同位素标记引物,用双脱氧核苷酸随机终止DNA链的延伸,产生长度不同的DNA片段,再用聚丙烯酰胺凝胶电泳别离这些片段,放射自显影读出结果。自动测序法 采用四色荧光标记代替了放射性同位素标记。DNA 测序测定是基因突变检测的最直接,最准确的方法,它不仅可确定突变的部位,还可确定突变的性质2021/1/1218第十八页,共43页。DNA芯片DNA chip)又称为基因芯片,DNA微阵列DNA microarray)该技术的根底仍然是利用核酸分子杂交原理:首先将一系列预先设计好的核酸探针olig
14、os or cDNA)有序地,高密度地排列在玻璃,硅片或尼龙膜等固体支持物上,制成DNA微阵列。用荧光标记待测样品DNA,cDNA,RNA)与位于芯片上的核酸探针杂交后,通过激光共聚焦荧光扫描系统检测杂交信号强度,再用特定的软件对荧光信号进展综合分析,就能获得待测样品的大量基因序列信息或表达信息。基因芯片按照用处分为:表达芯片,诊断芯片,指纹图谱芯片,测序芯片,毒理芯片等。该技术可用于新基因鉴定,突变检测,表达监控和遗传制图等。2021/1/1219第十九页,共43页。已经根本清楚基因突变与疾病发生之间的分子机制,相关的基因已被克隆,测序,并被定位在染色体上。如:一些与疾病有关的内源基因-癌基
15、因,抑癌基因和血红蛋白基因突变型。诊断方法:根据突变的基因序列设计探针.2021/1/1220第二十页,共43页。许多基因病,虽然它们的基因构造还没有说明,但通过染色体分析已被定位在染色体的特定位置上,这些基因是通过检测与特定染色体位点连锁的遗传标记来发现的。原理:同一染色体上位置非常靠近的相邻基因或其它遗传标记,在遗传过程中别离的几率很低,常常一起遗传,形成连锁。可以通过一个或几个基因或遗传标记的分析,理解另一个或几个基因。2021/1/1221第二十一页,共43页。40-60年代:功能克隆,即基于明显可见的或直接与生化功能相关的线索确定与疾病相关的基因:如苯丙酮尿症与镰刀型的贫血病等.70
16、-80年代:定位克隆,即基于疾病-染色体-基因的反向遗传学策略对没有明显的表型或生化功能异常的疾病.90-今 :表型克隆,不考虑基因在染色体上的位置信息,而是直接在疾病与正常样本之间寻找分子程度上的差异.2021/1/1222第二十二页,共43页。表型克隆:对疾病相关的一组基因进展克隆 一些多基因,多因素的疾病,如:肥胖,哮喘,高血压,冠心病,肿瘤,精神病,自体免疫性疾病等,由于疾病发生的原因复杂,不仅涉及多基因互作,还涉及基因与环境互作。不可能通过前面的方法来诊断,必须利用差异显示等技术找出正常人和疾病患者之间的差异序列,鉴定与疾病相关的多个基因,确定导致疾病的分子缺陷。方法:根据克隆到的一
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