关键词:
拷贝数变异
α地中海贫血
荧光定量PCR
分子筛查
摘要:
一、α珠蛋白基因拷贝数变异的检测方法研究
拷贝数变异(Copy number variants, CNVs)是一种重要的结构变异,可通过改变基因的剂量或影响基因表达来改变表型或导致疾病。CNV在人类基因组中的分布非常普遍,可影响基因组中超过10%的序列。然而受限于检测手段,这类遗传变异直到最近几年才为研究者所重视并迅速成为当前人类遗传学研究的热点。
以我们熟悉的α珠蛋白基因为例,可以看到该基因的拷贝数变异与α地中海贫血(简称α地贫)的临床表型间存在密切联系。正常个体中存在4个α珠蛋白基因。当1~4个α珠蛋白基因相继发生缺失时,可分别导致以下几种不同的临床表型:其中1个基因缺失时为“静止型”,没有可检测的临床症状,无明显血液学改变;2个基因缺失时为“标准型”,表现为典型的小细胞、低色素性贫血;3个基因缺失时为“中间型”,表现为血红蛋白病即HbH病,有明显的甚至严重的贫血症状,患儿从1岁左右即出现贫血,严重者肝脾肿大及黄疸,面黄肌瘦并伴骨骼变化,靠输血维持生命;4个基因都缺失时为“重型”,表现为致死性巴氏水肿胎综合症,是最严重的一种,生下来就是死胎或很快就死亡。除缺失外,α珠蛋白基因的重复会产生5个拷贝的α珠蛋白基因(αααanti3.7/αα或αααanti4.2/αα),这一额外的α珠蛋白基因会导致β地贫患者的临床症状加重。我们通过对α珠蛋白基因拷贝数的定量来确定基因型,直接筛查出地中海贫血的高危人群。不仅如此,还可以α珠蛋白基因为模型,探索出一种适用于其它靶基因位点拷贝数检测的通用方法,以满足目前对CNV-疾病间关系研究的需要。
近年来,多种基于芯片的高通量方法用于识别全基因范围内的CNV,如芯片比较基因组杂交(Array comparative genomic hybridization, Array CGH)、SNP分型芯片(SNP genotyping arrays)以及深度测序方法(Deep sequencing-based approaches)。这些方法具有较高的分辨率,主要应用于全基因组范围CNV图谱的构建和疾病的关联分析,但并不适用于诊断针对某种疾病的特定基因位点的拷贝数变异。而针对靶基因位点CNV的检测方法有以下几种:多重可扩增探针杂交(Multiplex amplifiable probe hybridization, MAPH),多重连接探针扩增(Multiplex ligation-dependent probe amplification, MLPA),短荧光片段多重定量PCR (Quantitative multiplex PCR of short fluorescent fragments, QMPSF)以及实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)。作为筛查和诊断的目的,这几种方法都存在各自的优缺点。以目前应用较广泛的MLPA方法为例,该方法高效、特异,在一次反应中可以同时检测40多个靶序列拷贝数的改变。不足之处在于:1、开放式检测平台,容易造成污染;2、其设计的长探针不能通过普通的化学方法合成,需要通过M13载体克隆的方法获得;3、杂交步骤耗时过长(约16小时)。这些都限制了其作为分子筛查方法的推广和应用。
实时荧光定量PCR是比较受欢迎的检测平台,因为操作简便,快速高效,具有很高的敏感性和特异性;其次,是在封闭的体系中完成扩增并进行实时测定,有效的避免污染,而且直接检测结果,无需扩增后操作;另外,多荧光通道允许在同一反应体系中同时对多个靶序列进行扩增。该方法已广泛应用于针对特定位点进行拷贝数定量,对已知的CNV进行确认。但是多重PCR本身存在一些问题。如不同引物对之间的错配扩增,不同靶序列扩增效率不一致导致效率低的靶点被扩增效率较高的靶点所抑制,这些都会影响拷贝数定量分析。
为了更好的利用实时定量PCR的优势,同时又避免多重PCR扩增效率不一致的缺点,我们建立了一种基于多重加尾引物扩增的巢式实时荧光定量PCR的新方法。我们选择α珠蛋白基因作为建立该方法的候选基因。该方法的建立,有助于在人群中大规模筛查α珠蛋白基因的重复和缺失,建立一种可靠的分子筛查方法。在此基础上,有望成为一种适用于其它疾病相关的CNV进行快速分型的通用方法。
本方法的研究原理是针对特异位点序列设计加尾引物,包括上游引物和下游引物。经过有限循环的扩增后,扩增产物包含完整的基因组短片段序列及加尾序列。这样就将位点的起始拷贝数等比例转化为可供扩增的加尾产物的数目。然后加入通用引物及荧光检测探针,对不同位点的加尾产物同时扩增并记录荧光曲线Cq值。本研究将涉及到上述拷贝数变异的α1珠蛋白基因(简称α1)和α2珠蛋白基因(简称α2)作为待检基因,看家基因