第二代测序技术在一中国先天性白内障家系致病基因检测中的应用

背景 某些遗传性疾病具有高度遗传异质性,因此传统的Sanger测序技术已经不能满足医学研究及临床工作的需求.第二代测序(NGS)技术由于具有费用低及检测速度快的优点而得到广泛应用,但在先天性眼病突变基因的检测中的应用效果有待验证.目的 探讨NGS技术对先天性白内障患者进行致病基因诊断和产前诊断的可行性.方法 于2013年1月收集来自河南省洛阳市的一汉族先天性白内障家系,抽取家系中3例患者(Ⅱ2、Ⅲ3、Ⅲ4)和3名表型正常者(Ⅱ3、Ⅲ1、Ⅲ2)的外周血各2 ml,EDTA抗凝,在河南省医学遗传研究所应用NGS技术对先证者进行基因突变位点检测,并采用Sanger测序技术对NGS结果进行验证,然后用Sanger测序技术对该家系其他成员的外周血样本进行突变位点的序列分析,根据确定的致病突变位点对先证者的胎儿进行产前诊断.本研究遵循赫尔辛基宣言,检测方案经河南省人民医院医学伦理委员会批准,所有研究对象均签署知情同意书.结果 该家系4代14位成员中共5例患者,其中男2例,女3例,分布于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代中,其他家系成员表型正常,符合常染色体显性遗传方式.NGS检测发现先证者Ⅲ3CRYBB1基因第6外显子上存在c.682T＞C(p.S228P)杂合突变,Sanger法验证了该点突变.Sanger法检测发现家系中患者均存在CRYBB1基因c.682 T＞C突变,而家系中表型正常者CRYBB1基因的c.682位点基因型为T/T野生型.产前诊断结果显示胎儿(Ⅳ1)CRYBB1基因c.682位点基因型为T/T野生型.结论 NGS可用于先天性白内障基因突变的快速检测,该家系致病性基因为CRYBB1基因c.682T＞C突变,应用NGS技术结合一代测序技术成功对先证者进行了产前诊断.     

先天性白内障致病基因的研究进展

先天性白内障是导致儿童低视力和失明的主要原因,约1/3的先天性白内障患者是遗传所致.先天性白内障的病因不同,且表型多样.先天性白内障与特定的基因突变有关,其致病基因主要包括编码晶状体的结构蛋白、缝隙连接蛋白、膜蛋白、晶状体发育中的调节蛋白基因.定位和识别导致白内障形成的基因突变对了解先天性白内障的分子缺陷和病理生理的特点是必要的.随着分子遗传学技术的发展,先天性白内障发病的分子机制研究已取得了较大的进展,进一步了解遗传、环境及营养等因素对晶状体代谢的影响.就先天性白内障的致病基因及其分子发病机制的研究进展进行综述.     

全外显子组测序法对一中国常染色体显性遗传先天性白内障家系GJA3基因突变位点的分析

背景 先天性白内障是儿童致盲的重要原因,多数先天性白内障与遗传有关.目前已知的与常染色体显性遗传先天性白内障(ADCC)有关的基因有39个. 目的 采用全外显子组测序法对一ADCC家系的致病突变基因进行筛查和分析.方法 纳入2014年8月-9月在郑州大学第一附属医院就诊的一ADCC家系,分别采集家系中14例患者和14名表型正常成员外周静脉血各10 ml,同期同法采集100名健康体检者10 ml的外周静脉血作为对照.用标准酚-氯仿提取法提取所有受检者基因组DNA,并采用全外显子组测序法将先证者的DNA进行全外显子组测序,与数据库对比后筛选出候选基因突变位点,设计突变基因位点引物后采用PCR技术对家系中受检者及100名健康对照者的该基因位点进行扩增并测序,以验证候选基因的致病性并分析其致病机制.结果 该家系共5代68名成员,患病者20例,遗传方式符合常染色体显性遗传方式.患者均双眼发病,晶状体混浊以皮质性为主.先证者全外显子组测序后分析发现,13号染色体GJA3基因的2号外显子第143位核糖核苷酸A突变为G(c.143A＞G),导致其编码的第48位氨基酸由谷氨酸变为甘氨酸(p.E48G).PCR扩增产物测序结果显示该家系中患病受检者DNA均有此突变,但该家系中表型正常的受检者及100名健康对照者该候选基因均不存在此突变.结论 GJA3基因c.143A＞G为该ADCC家系的致病基因突变位点,增补了GJA3基因的突变谱.     

全外显子组测序法对中国先天性白内障一家系致病基因的研究

背景 基因突变是导致遗传性先天性白内障的主要原因,全外显子组测序技术是目前研究致病基因突变较为理想的检测手段. 目的 应用高通量测序技术对中国汉族常染色体显性遗传先天性白内障(ADCC)一家系的3例患者进行全外显子组测序,筛选该ADCC家系的致病基因. 方法 采用横断面研究方法,收集中国汉族先天性白内障一家系,共有4代48人家系成员,其中Ⅰ1和Ⅰ2已去世.在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代中各取1例患者的静脉血8 ～ 10 ml,采用全外显子捕获和新一代测序技术进行高通量测序,测序结果与人类HA PMAP8、dbSNP130和1000 Genome Project数据库进行比对,过滤已报道的常见变异后,再过滤掉同义突变,最后通过Sanger法测序排除外显子测序的假阳性结果,筛选出候选基因,并对其进行突变筛查.结果 该家系的所有成员中共11例患病者,且各代均有患病者,男女发病比例相当,符合ADCC的遗传规律,所有患者均为核性白内障.全外显子组测序发现,在各候选基因中,主要内源性蛋白(MIP)基因是ADCC的已知基因,故采用Sanger法首先对MIP基因进行验证并确定杂合突变(chr12:56845250 C＞T)为该家系的致病突变.该突变位于剪切位点上,造成由第4外显子编码的61个氨基酸被亮氨酸-组氨酸-丝氨酸所替代,导致异常截短蛋白的产生.结论 MIP基因剪切位点的杂合突变是导致该ADCC家系致病的分子发病机制.     

中国北方先天性白内障家系中缝隙连接蛋白基因突变的筛查

目的：在一中国人先天性白内障家系中进行缝隙连接蛋白基因（GJA3、GJA8）突变筛查.方法：通过聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）对一先天性白内障家系中的全部患者进行GJA3基因及GJA8基因外显子的扩增,扩增产物进行直接测序.结果：该家系GJA8基因的外显子及其邻近的内含子未发现任何突变.先证者GJA3基因外显子非编码区发现碱基CA的缺失.结论：缝隙连接蛋白基因为该先天性白内障家系的非致病性基因.     

中国北方一常染色体显性遗传先天性核性白内障家系CRYGD基因突变的鉴定

背景 先天性白内障是儿童致盲的主要原因之一,约1/3的先天性白内障由遗传因素引起,多为常染色体显性遗传,目前确定至少26个基因为常染色体显性遗传先天性白内障(ADCC)的致病基因,发现的致病基因突变已超过100种.目的 明确一ADCC家系的致病基因突变.方法 对2011年1月在北京同仁医院就诊的一来自河北的汉族ADCC家系进行分析,在获得受检者知情同意后,对所有家系成员进行详细的眼科检查并采集外周静脉血各5 ml,提取全基因组DNA.在已知的17个ADCC致病基因周围选取21个荧光标记的微卫星,经多重PCR扩增后进行连锁分析,两点法计算LOD值.对候选基因进行DNA直接测序分析,用ProtScale软件对基因突变前后蛋白局部的疏水性进行分析.用限制性片段长度多态性(RFLP)方法对所有家系成员及100个正常对照者进行基因突变共分离分析.结果 该家系共4代20名成员,其中患者9例,连续4代均有患者发病,符合常染色体显性遗传特征.临床检查证实9例患者均为双眼晶状体核性混浊.连锁分析发现微卫星D2S325和D2S2358与该家系中所有患者均连锁,重组分数(θ)为0时D2S325获得最大LOD值,为4.68.对位于D2S325附近的CRYGC和CR YGD基因进行DNA直接测序,发现CRYGD基因cDNA第127位一已知错义突变(c.T127C),导致编码蛋白第43位色氨酸变为精氨酸(p.W43R).ProtScale软件预测突变后的CRYGD蛋白第43位及其周围氨基酸疏水性明显增加.该突变与家系内所有患者表型共分离,家系中表型正常的成员及100名正常对照者均未发现此突变.结论 CRYGD基因c.T127C突变是该ADCC家系的致病基因突变,蛋白局部疏水性增加造成的空间结构异常可能是引起该ADCC家系发病的主要原因.     

*常染色体显性先天性缝合状白内障家系致病基因的定位

目的对我国一常染色体显性先天性缝合状白内障家系进行致病基因的定位。方法采集家系成员外周静脉血提取基因组DNA。选用美国Applied Biosystems公司提供的约400个遗传标记物进行基因扫描。数据经Linkage软件包进行连锁分析,初步确定致病基因所在染色体区域。在阳性区域内选取更高密度的荧光标记物进行精细扫描,用Cyrillic软件进行单体型分析。结果两点间连锁分析在D3S1279处获得最大对数优势记分（LOD）值Zmax=2．32（θmax=0．00）。通过精细扫描和单体型分析将致病基因定位于D3S1267和D3S1614之间约38．6厘摩（cM）区域内。结论先天性缝合状白内障家系的致病基因位于3号染色体3q21．1-q26．2约38．6cM区域内。（中华腥科杂志,2006,42：908—912）     

先天性白内障一患病家系的致病基因筛查

目的:对先天性核型白内障一患病家系进行致病基因突变筛查,以探索其潜在遗传学缺陷.方法:经过详细的病史采集及临床检查后,应用PCR直接测序法对先证者及其家系内其他9例患者和11名有血缘关系的正常家系成员以及20名无血缘关系的正常对照者进行核型白内障候选基因的突变检测.结果:在该家系患者的GJA8基因发现了c.139G>A的杂合错义突变,导致第47位高度保守的天冬氨酸改变为天冬酰胺(p.D47N),而家系内正常成员及正常对照者中均未发现该突变.结论:p.D47N突变在中国先天性白内障家系中是首次报道.这一突变是该患病家系的潜在遗传学病因,GJA8基因是先天性白内障的致病基因之一.本研究也证实了先天性白内障是一种临床和遗传异质性疾病,特别是在不同种族之间这种异质性更加明显.     

先天性前极白内障家系致病基因的定位与候选基因突变检测

目的 对中国一常染色体显性遗传先天性前极白内障家系进行致病基因的定位与候选基因突变检测.方法 采集家系成员外周静脉血,提取基因组DNA.选用ABI公司提供的约400个遗传标记物进行基因扫描.基因扫描分初步扫描和精细扫描两步进行.首先对已报道的先天性白内障候选区域进行初步扫描,之后在阳性区域内进行精细扫描.数据经连锁分析,初步确定致病基因所在染色体区域.在阳性区域内选取更高密度的荧光标记物进行精细扫描,并进行单体型分析.候选基因直接测序检测基因突变.结果 两点间连锁分析在微卫星标记D21S1252处获得最大对数优势计分(LOD)值Zmax=3.23(θmax=0.00).精细定位和单体型分析将致病基因定位于微卫星标记D21S263和D21S266之间,遗传距离约18.47厘摩(cM),染色体位置为21q22.11-q22.3.候选基因直接测序发现CRYAA基因第3外显子第347碱基一个G→A的点突变.结论 本研究将一中国先天性前极白内障家系的致病基因定位于21号染色体21q22.11-q22.3区域内,并在CRYAA基因发现一个点突变与此家系共分离.

Abstract：

Objective To map the gene mutation responsible for autosomal dominant inherited congenital anterior polar cataract in a Chinese family. Methods Peripheral blood samples were collected from the members in this congenital cataract family. DNA was extracted from the blood samples. A genescan was performed using approximately 400 microsatellite markers (ABI). Linkage analysis was processed to define the region of mutated gene. High density primers labeled with fluorescent stain for the positive region were adopted for fine targeting and haplotype analysis was performed. Mutation detection was carried out by sequencing candidate genes. Results The maximum two-point LOD score was obtained at D21S1252,Zmax = 3. 23 ( θmax = 0. 00). After fine targeting and haplotype analysis,the mutated gene was located within a 18. 47 cM region between D21S263 and D21S266 on chromosome 21q22.11 -q22.3. Direct sequencing of the candidate gene revealed a G→ A transition in exon 3 of CRYAA. Conclusion The present study has identified a missense mutation in CRYAA associated with congenital anterior polar cataract in a Chinese family.     

全外显子组测序技术对两个眼前节发育不良家系致病基因检测

目的 筛查两个眼前节发育不良(anterior segment dysgenesis,ASD)家系的致病基因突变.方法 对2个来自河北和河南的ASD家系进行分析.在获得受检者同意后,对家系成员进行详细的眼科检查,采集外周静脉血,提取全基因组DNA.依据测序需求选取家系1中2例患者及1名正常对照、家系2中1例患者及1名正常对照进行全外显子组测序,对测序结果筛选候选基因,运用Sanger测序进行验证.利用PolyPhen-2,SIFT HumanSplicing Finder软件进行突变危害性预测.结果 家系1连续3代均有患者发病,符合常染色体显性遗传特征,9例患者有均不同程度的双眼ASD.得到13个SNV和55个InDel候选突变,在候选基因PAX6中,家系1发现一已知错义突变c.T2A(p.M1K);家系2中共8名成员,其中2例患者,在测序中发现一已知剪切位点突变c.357+ 1g＞c.3个预测软件作出危害性预测.结论 外显子测序技术快速检测出PAX6基因中T2A(p.M1K)和c.357 +1g＞c突变,并确定其为ASD的致病突变.