醫(yī)學遺傳學研究緒論專家講座

第一章緒論中國醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院醫(yī)學遺傳學教研室醫(yī)學遺傳學研究緒論第1頁2醫(yī)學遺傳學研究緒論第2頁3第一節(jié)醫(yī)學遺傳學研究對象和范圍

一、遺傳與變異

1.遺傳(Hereditary)：子代和親代之間在形態(tài)結構、生理機能特點上都相同現(xiàn)象。醫(yī)學遺傳學研究緒論第3頁有其父必有其子醫(yī)學遺傳學研究緒論第4頁5性狀：生物形態(tài)特征和生理特征如：是否卷舌，有沒有耳垂，血型，毛發(fā)顏色醫(yī)學遺傳學研究緒論第5頁62.變異(Variance)：親代和子代之間，以及子代個體間性狀差異。“母生九子，各有不一樣”“種瓜得豆，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。醫(yī)學遺傳學研究緒論第6頁7二、醫(yī)學遺傳學研究對象和范圍遺傳學(Genetics)：碩士物遺傳物質及其改變規(guī)律。人類遺傳學(HumanGenetics)：廣泛地探討人類性狀遺傳和變異規(guī)律及物質基礎。醫(yī)學遺傳學(MedicalGenetics)：遺傳學與醫(yī)學結合產(chǎn)生邊緣學科，研究疾病產(chǎn)生遺傳機制、遺傳方式及其診治和預防策略和辦法。★遺傳病基本特征—遺傳物質改變—突變。★

人類疾病在一定程度上都和遺傳相關。醫(yī)學遺傳學研究緒論第7頁8

第二節(jié)遺傳病概念和分類一、遺傳?。℅eneticdiseases）：遺傳物質發(fā)生突變所引發(fā)疾病。

垂直傳遞特點：終生性遺傳物質突變

醫(yī)學遺傳學研究緒論第8頁91.發(fā)病受環(huán)境原因不一樣程度影響環(huán)境原因1、遺傳原因→決定作用：先天性聾啞、甲型血友?。?、遺傳原因→主要，環(huán)境原因→誘發(fā)：苯丙酮尿癥；3、遺傳和環(huán)境雙重作用：哮喘病（80%）、消化性潰瘍（37%）；4、環(huán)境原因→決定作用：外傷等。（傳染性疾?。?？1234遺傳原因醫(yī)學遺傳學研究緒論第9頁102.遺傳病vs.家族性疾病&先天性疾病家族性疾病(Familialdisease):

大多數(shù)遺傳病呈家族聚集現(xiàn)象；一些遺傳病為散發(fā)性，僅有先證者發(fā)??；一些環(huán)境原因致病亦有家族聚集現(xiàn)象。先天性疾病(Congenitaldisease):

指出生時既表現(xiàn)出來疾病;

大多數(shù)遺傳病都是先天，出生前致病基因已經(jīng)表示；一些遺傳病需發(fā)育到一定年紀出現(xiàn)表型；一些先天畸形為環(huán)境原因所致。醫(yī)學遺傳學研究緒論第10頁11二、遺傳病分類：

★染色體?。喝旧w數(shù)目和結構異常→自然流產(chǎn)。★單基因?。簡蝹€基因突變(孟德爾方式)→兒童?！锒嗷虿。哼z傳原因&環(huán)境原因共同作用?！矬w細胞遺傳?。后w細胞→腫瘤／癌?！锞€粒體?。耗芰看x→神經(jīng)肌肉→母系遺傳。醫(yī)學遺傳學研究緒論第11頁12遺傳性疾病群體發(fā)生率疾病發(fā)生率（%）疾病發(fā)生率（%）單基因缺點多基因遺傳病

常顯遺傳病0.14

先天性疾病2.3

常隱遺傳病0.17其它疾病2.4X連鎖遺傳病0.05

小計4.7

小計0.36未歸類遺傳病0.12染色體缺點0.19總計5.37醫(yī)學遺傳學研究緒論第12頁131.染色體病

常表現(xiàn)為生長遲緩、智力低下和身體器官異常復雜綜合征(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結構異常:

常染色體→5p-，貓叫綜合征性染色體→脆性X染色體綜合征醫(yī)學遺傳學研究緒論第13頁142.單基因病

單個基因/等位突變，符合孟德爾遺傳。

分類：AutosomalDominant(AD)→并指、多指癥AutosomalRecessive(AR)→PKU、先天聾啞X-linkedDominant(XD)→抗VD佝僂病X-linkedRecessive(XR)

→DMD、血友病Y-linkedFashion醫(yī)學遺傳學研究緒論第14頁153.多基因病多基因交互作用：主基因

&

微效基因與環(huán)境原因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。醫(yī)學遺傳學研究緒論第15頁165.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，普通由母親傳遞給后代。實例：Leber視神經(jīng)病。醫(yī)學遺傳學研究緒論第16頁17三、遺傳病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醫(yī)學遺傳學研究緒論第17頁18第三節(jié)醫(yī)學遺傳學分科和發(fā)展簡史當代科學迅猛發(fā)展，新概念、新技術不停引進，醫(yī)學遺傳學發(fā)展十分快速，從群體→個體→細胞→分子水平。同時向基礎及臨床許多學科滲透，進而形成了許多與之親密相關其它遺傳學分支。醫(yī)學遺傳學研究緒論第18頁19一、醫(yī)學遺傳學分科

1、臨床遺傳學

研究臨床各種遺傳病診療、產(chǎn)前診療、預防、遺傳咨詢以及治療。

比如：二院臨床遺傳科：Down綜合征，代謝病；細胞遺傳學診療(FISH)，突變檢測，產(chǎn)前診療。

醫(yī)學遺傳教研室：常見單基因病（DMD、血友病、PKU）、性別異常分子遺傳學診療，產(chǎn)前診療。醫(yī)學遺傳學研究緒論第19頁202、細胞遺傳學

研究人類染色體數(shù)目、結構異常與疾病關系。1923年PainterTS，人染色體數(shù)目2n=48，性染色體為XX，XY。1952年徐道覺，偶然應用低滲處理細胞取得染色體分散良好為46條，但未能必定其發(fā)覺。1956年蔣有興和LevanA，證實人體細胞染色體數(shù)為46條，標志著人類細胞遺傳學開始。1959年LejuneJ

，發(fā)覺先天愚型是因為多了一條G組染色體，即21三體。繼之發(fā)覺：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異常核型。醫(yī)學遺傳學研究緒論第20頁213、體細胞遺傳學

以體外細胞培養(yǎng)和雜交方法，研究基因作用、人類基因圖繪制，誘變本質等。優(yōu)越性：

1）體外培養(yǎng)快速、大量繁殖傳代，可長久保留；

2）可打破種屬界限進行不一樣種屬、不一樣細胞雜交；

3）可施加各種原因進行研究。應用：

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。醫(yī)學遺傳學研究緒論第21頁224、生化遺傳學1902年，GarrodAE

分離出尿黑酸尿病患者尿中尿黑酸，證實該病因為代謝異常所致，提出“先天性代謝缺點”。1949年，PaulingL

發(fā)覺鐮狀細胞貧血患者Hb與正常人電泳速率不一樣，推斷其由分子結構改變所致，提出“分子病”概念。1956年，IngramVM

證實了Hbs分子結構改變是β鏈第6位由谷Aa→纈Aa所致。生化遺傳學在此基礎上建立和發(fā)展，即應用生化方法研究遺傳病蛋白和酶改變以及核酸對應改變。醫(yī)學遺傳學研究緒論第22頁235、分子遺傳學1944年，Avery

肺炎雙球菌轉化試驗證實DNA是遺傳物質。1953年，Watson和Crick

說明了DNA雙螺旋結構，標志著分子遺傳學開始。1958年，Crick

提出中心法則是遺傳信息傳遞標準。1961年，Jacob和Monod

提出乳糖操縱子模型，建立了基因調(diào)控概念。醫(yī)學遺傳學研究緒論第23頁241967年，Khorana等破譯了全部遺傳密碼1968年，Arber等

發(fā)覺了限制性核酸內(nèi)切酶，推進了DNA重組技術1977年，Sanger

創(chuàng)造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，研究基因結構、突變、表示及調(diào)控，說明遺傳病分子機制，為基因診療、治療提供伎倆。分子遺傳學醫(yī)學遺傳學研究緒論第24頁256、腫瘤遺傳學

應用遺傳學基本原理和方法，研究腫瘤發(fā)生遺傳基礎，腫瘤早期診療、治療以及預防提供科學依據(jù)。

7、群體遺傳學以群體為研究對象，研究群體中遺傳結構及改變規(guī)律，如遺傳病種類、發(fā)病率、基因頻率和攜帶者頻率，以控制遺傳病在群體中播散。其理論依據(jù)是1908年Hardy和1909年Weinberg提出遺傳平衡定律。醫(yī)學遺傳學研究緒論第25頁26

8、免疫遺傳學

9、藥品遺傳學10、遺傳毒理學11、發(fā)育遺傳學12、行為遺傳學醫(yī)學遺傳學研究緒論第26頁27二、遺傳學史上里程碑1865Mendel→豌豆→分離律和自由組合律1902Garrod→尿黑酸尿癥→先天性代謝缺點1926Morgan→果蠅→染色體1953Watson&Crick→DNA雙螺旋結構1956Pauling→鐮狀細胞貧血癥→分子病1969Pardue→分子雜交1972Berg→體外DNA重組1977Sanger→雙脫氧核苷酸法→DNA測序1985Mullis→PCR→體外DNA擴增HGP→解譯人類遺傳密碼醫(yī)學遺傳學研究緒論第27頁28

第四節(jié)走進基因組醫(yī)課時代一、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、載體質粒、連接酶和其它修飾酶被陸續(xù)發(fā)覺以后，人類實現(xiàn)重組疫苗、生物制藥、轉基因動/植物等。2.克隆對哺乳動物特定發(fā)育階段核供體（胚胎分裂球或體細胞核）,及對應核受體（去核受精卵或成熟卵母細胞）進行體外重構胚胎并移植，從而到達擴繁同基因型哺乳動物種群目標。醫(yī)學遺傳學研究緒論第28頁29克隆羊多利(1997.4.23---.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。

醫(yī)學遺傳學研究緒論第29頁303.RNA干擾----

表觀遺傳現(xiàn)象之一，轉錄后基因緘默。1990Jorgensen，向矮牽牛中導入更多拷貝與粉紅色色素合成相關基因，以產(chǎn)生顏色更深紫色矮牽?；?結果許多花朵顏色，反而變成白色。發(fā)生導入基因和其同源內(nèi)源基因同時都被抑制現(xiàn)象。

1995DrGuo，在秀麗小桿線蟲中發(fā)覺正義RNA含有很高基因緘默活性。1998

華盛頓卡內(nèi)基研究院AndrewFire和馬薩諸塞大學CraigMello經(jīng)過試驗說明了這一反?，F(xiàn)象。醫(yī)學遺傳學研究緒論第30頁314.基因診療&基因治療利用分子遺傳學技術方法技術從DNA水平檢測人類遺傳性疾病基因缺點。被廣泛地應用于遺傳病診療、產(chǎn)前診療、個體對某種重大疾病易感性。如：地貧、鐮狀細胞貧血、遺傳病產(chǎn)前無創(chuàng)診療。將某種遺傳物質轉移到患者細胞內(nèi)，使其體內(nèi)發(fā)揮作用，以到達治療疾病目標方法。如：ADA，地中海貧血。5Knock-in/Knock-out模式生物。6Y染色體與人類進化、性別分化。醫(yī)學遺傳學研究緒論第31頁32HumanGenomeProjectGregorMendel(1822~1884)

FrancisCrickJamesWatson(1916-)(1928-)1990.10-.45.人類基因組計劃Doublehelix

1865~1953~

孟德爾提出“遺傳因子”—DNA雙螺旋結構—

人類基因組計劃完成醫(yī)學遺傳學研究緒論第32頁33

1）人類基因組組成（3.2×109bp）醫(yī)學遺傳學研究緒論第33頁341986年3月，RenatoDulbecco提出1990年10月，美國政府正式開啟了HGP,投資30億美元，預期于年完成人類基因組約30億個堿基正確全序列測定1998年5月，CraigVenter創(chuàng)建Celera企業(yè)1999年9月，中國加入HGP，測序任務3000萬bp1999年12月，第22條染色體破譯年4月，中國完成1%測序任務年5月，第21條染色體破譯年6月，人類基因組工作框架圖公布年2月，公布基因組基本信息年9月，HGP第十次戰(zhàn)略大會在杭州召開，還有1%難測序列，約700個疑難點年4月，六國共同完成人類基因測序工作。

2）HGP

簡史醫(yī)學遺傳學研究緒論第34頁351990年開啟人類基因組計劃（HGP）于年“大功告成”，至年結束，歷時共13年。年2月15日出版英國《nature》雜志和年2月16日出版美國《science》雜志。

分別正式公布了人類基因組計劃和塞萊拉遺傳企業(yè)人類基因組全序列數(shù)據(jù)，人類基因組草圖誕生了。年2月，公布人類基因組草圖存在很多主要不足。比如，僅測出了約90％常染色質基因組序列，而且序列之間存在147821個未檢測出空缺等等，使得年人類基因草圖略顯潦草。醫(yī)學遺傳學研究緒論第35頁36國際人類基因組測序協(xié)作組（IHGSC）馬上開啟了一項十分艱難、但非常必要“糾錯補漏”程序,用了3年時間將草圖一點點地豐滿起來，那些令人頭疼縫隙也從原來15萬個降低到現(xiàn)在341個。在－年之間，IHGSC不懈努力終于將此草圖轉化為今天這張既高度準確又相當完整人類基因組圖。發(fā)表在年10月21日Nature（,431:931）上。匯報對年2月發(fā)表初步分析匯報進行了補充。醫(yī)學遺傳學研究緒論第36頁37醫(yī)學遺傳學研究緒論第37頁383)人類基因組計劃宗旨破譯DNA序列中蘊藏全部信息。揭示人體生理和病理過程分子基礎。逐步認識生命起源、進化、遺傳、發(fā)育、衰老以及死亡本質。為人類疾病預測、診療、預防和治療提供最為合理和有效方法和路徑。醫(yī)學遺傳學研究緒論第38頁394)人類基因組計劃（1990.10～.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（遺傳標識）為位標，以遺傳學距離cM為圖距制作基因圖。RFLP，STR，SNP。物理圖：以已知核苷酸一個DNA片段為標識，以序列長度kb/Mb為距離基因組圖。

測序（Sequencing）利用自動測序儀，完成全部堿基測序圖。醫(yī)學遺傳學研究緒論第39頁40測序策略Celera企業(yè)→Wholeshotgun

HGP→Nestedshotgun

全基因組霰彈法分級霰彈法醫(yī)學遺傳學研究緒論第40頁41醫(yī)學遺傳學研究緒論第41頁425)人類基因組計劃（1990.10～.4）基本策略(1)對基因組進行標識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。普通以500kb標以一個特異DNA標識，作為特定基因或序列界標。(2)切割和排序標識好后，再對基因組DNA用一定內(nèi)切酶切割成片段并進行克隆，并用已知標識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)確定每一個基因結構、特征和功效。醫(yī)學遺傳學研究緒論第42頁436)人類基因組計劃意義

是人類自然科學史上最重大研究項目之一，可與產(chǎn)生原子彈曼哈頓工程和人類登月阿波羅飛行任務相媲美，是當前國際生物學、醫(yī)學領域內(nèi)一項引人注目標工程，將推進整個生命科學發(fā)展。

人類基因組研究結果表明:

（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％基因序列相同。種族歧視毫無依據(jù)。醫(yī)學遺傳學研究緒論第43頁44中國人類基因組計劃1993年，開啟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構研究”。1997年，開啟了“重大疾病相關基因定位、克隆、結構與功效研究”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。研究結果:1%測序任務：年4月，3號染色體3000萬bp，準確度

99.99%，發(fā)覺142個基因（80個為預測基因）“炎黃一號”：年10月11日，完成第一個完整中國人基因組圖譜。醫(yī)學遺傳學研究緒論第44頁457)HGP帶來新名詞(1)基因組學（genomics）：Mckusick于1986年首創(chuàng)，指是從整體方式來說明基因組功效遺傳科學。(2)比較基因組學（comparativegenomics）：研究模式生物與人類及其它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層次上比較基因組大小及基因數(shù)目、位置、次序、特定基因缺失等。(3)藥品基因組學（pharcogenomics）：從基因組入手，研究藥品作用遺傳多態(tài)性，優(yōu)化藥品設計，發(fā)覺藥品作用靶點科學。醫(yī)學遺傳學研究緒論第45頁46(4)轉錄物組學(transcriptomics):研究細胞在不一樣時空基因轉錄物種類，結構和功效。(5)蛋白質組學(proteomics):研究細胞內(nèi)全部蛋白質組組成