遺傳多態(tài)與基因突變四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院

醫(yī)學(xué)遺傳室

2011年3月遺傳多態(tài)與基因突變1目的與要求

掌握遺傳多態(tài)性的概念、分類(lèi)及檢出方法了解遺傳多態(tài)性的醫(yī)學(xué)意義熟悉基因突變的概念及類(lèi)型了解基因突變與疾病的關(guān)系目的與要求掌握遺傳多態(tài)性的概念、分類(lèi)及檢出方法2遺傳多態(tài)性多態(tài)性(Polymorphism):

群體中經(jīng)常存在的兩種或兩種以上較常見(jiàn)的變異型或等位基因，其中最罕見(jiàn)的一種在人群中不少于1%。遺傳多態(tài)性多態(tài)性(Polymorphism):3多態(tài)性表現(xiàn)形式蛋白質(zhì)、酶的多態(tài)結(jié)合珠蛋白：HP-1、HP2-1、HP2-2；G6PD有3種類(lèi)型；抗原多態(tài)性：紅細(xì)胞抗原ABO型；HLA的多態(tài)性；多態(tài)性表現(xiàn)形式4多態(tài)性表現(xiàn)形式續(xù)染色體多態(tài)：染色體的細(xì)胞遺傳學(xué)形態(tài)隨體的有無(wú)、次溢痕的大小、以及帶紋的變異等。多態(tài)性表現(xiàn)形式續(xù)染色體多態(tài)：染色體的細(xì)胞遺5[醫(yī)學(xué)]遺傳多態(tài)性與基因突變課件6[醫(yī)學(xué)]遺傳多態(tài)性與基因突變課件7多態(tài)性表現(xiàn)形式

續(xù)

DNA多態(tài)(分子水平的遺傳多態(tài))堿基變異：1/1000bp點(diǎn)多態(tài)重復(fù)序列多態(tài)(STR、VNTR等)多態(tài)性表現(xiàn)形式續(xù)DNA多態(tài)(分子水平的8

限制性片斷片斷長(zhǎng)度多態(tài)性

(RFLP)

----Restrictionfragmentlengthpolymorphism

DNA序列的改變，甚至于一個(gè)核苷酸變化，就可能引起某個(gè)限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)的丟失或產(chǎn)生，導(dǎo)致酶切片段長(zhǎng)度的變化。

限制性片斷片斷長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)

----Restr9[醫(yī)學(xué)]遺傳多態(tài)性與基因突變課件10檢測(cè)技術(shù)：PCR-RFLP酶切(瓊脂糖)電泳SouthernBlot

檢測(cè)技術(shù)：PCR-RFLP11

RFLP示例RFLP示例12RFLP的實(shí)例，不同位置的電泳條帶顯示不同的等位基因。家系圖譜和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)照關(guān)系用于顯示孟德?tīng)栠z傳方式。RFLP的實(shí)例，不同位置的電泳條帶顯示不同的等位基因。13RFLP的局限性：?jiǎn)蝹€(gè)堿基改變引起酶切位點(diǎn)的出現(xiàn)或消失，“能切”與“不能切”兩種情況，“多態(tài)性”信息量低；現(xiàn)有的限制性內(nèi)切酶不能檢測(cè)出所有的核苷酸的改變；分布不均RFLP的局限性：14

VNTR和新一代的RFLP

----VNTR(Variablenumbertandemrepeats)基因組中存在的小衛(wèi)星DNA是由短的DNA序列串聯(lián)重復(fù)組成，重復(fù)次數(shù)在人群中高度變異，當(dāng)用限制酶切割VNTR區(qū)域時(shí)，只要酶切位點(diǎn)不在重復(fù)區(qū)，就可以得到各種長(zhǎng)度不同的片段。

VNTR和新一代的RFLP

----VNTR(Vari15

VNTR區(qū)域VNTR區(qū)域16

VNTR示意圖VNTR示意圖17VNTR的特點(diǎn)：按孟德?tīng)柗绞竭z傳復(fù)等位基因,多態(tài)信息含量高用于個(gè)體鑒別、遺傳分析和基因定位等VNTR的特點(diǎn)：18

DNA指紋

用適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切酶消化基因組DNA，從各位點(diǎn)可獲得一系列長(zhǎng)度不等的小衛(wèi)星片斷，如用適當(dāng)?shù)奶结樧鲇∮涬s交,獲得的具有高度個(gè)體特異性的帶譜。用途：個(gè)體識(shí)別、親子鑒定DNA指紋19個(gè)人鑒定個(gè)人鑒定20IsAF2thefatherofC2a?andC2b?IsAF1thefatherofC1?M1=FirstMotherC1=FirstChildAF1=AllegedFatherM2=SecondMotherC2a=SecondChildC2b=ThirdChildAF2=AllegedFather2IsAF2thefatherofC2a?Is21

單核苷酸多態(tài)（SNP）

----singlenucleotidepolymorphism

基因組內(nèi)特定核苷酸位置上存在兩種不同的堿基，其中最少的一種在群體中的頻率不小于1%,平均每隔100-300bp有一多態(tài)位點(diǎn).

單核苷酸多態(tài)（SNP）

----singlenuc22單核苷酸多態(tài)性的特征二態(tài)的遺傳變異多為轉(zhuǎn)換，CTCG二核苷酸處集中分布單核苷酸多態(tài)性的特征二態(tài)的遺傳變異23CTCT24單核苷酸多態(tài)性的類(lèi)型與作用位于基因編碼區(qū)同義變異（synonymous）錯(cuò)義變異（missense）無(wú)義變異（nonsense）提前終止（stopcodon）

單核苷酸多態(tài)性的類(lèi)型與作用位于基因編碼區(qū)25單核苷酸多態(tài)性的類(lèi)型與作用續(xù)位于非基因編碼區(qū)或基因間隔區(qū)基因剪接（genesplicing）轉(zhuǎn)錄調(diào)控（transcriptregulation）非編碼RNA（noncodingRNA）

單核苷酸多態(tài)性的類(lèi)型與作用續(xù)位于非基因編碼區(qū)或基因間隔區(qū)26

DNA多態(tài)的檢測(cè)方法限制性片斷長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)單鏈構(gòu)象多態(tài)性（SSCP）變性梯度凝膠電泳（DGGE）等位基因特異的寡核苷酸雜交（ASO）

DNA多態(tài)的檢測(cè)方法限制性片斷長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)27DNA多態(tài)的檢測(cè)方法續(xù)

DNA芯片DNA測(cè)序DHPLC

質(zhì)譜法DNA多態(tài)的檢測(cè)方法續(xù)DNA芯片28遺傳多態(tài)的醫(yī)學(xué)意義和應(yīng)用連鎖分析與基因定位疾病的關(guān)聯(lián)分析復(fù)雜疾病或過(guò)程的基因定位法醫(yī)學(xué)應(yīng)用:個(gè)人識(shí)別，親權(quán)鑒定等遺傳多態(tài)的醫(yī)學(xué)意義和應(yīng)用連鎖分析與基因定位29遺傳多態(tài)的醫(yī)學(xué)意義和應(yīng)用

續(xù)疾病發(fā)病的分子遺傳機(jī)理的闡明

鐮刀血紅蛋白貧血環(huán)境因子易感基因的檢出

指導(dǎo)用藥和藥物設(shè)計(jì)

肝酯酶基因啟動(dòng)子區(qū)的一個(gè)多態(tài)與他汀類(lèi)降血脂的效果有高度的相關(guān)性（ZambonA,etal

Circulation,2001,103(6):792-798）

遺傳多態(tài)的醫(yī)學(xué)意義和應(yīng)用續(xù)疾病發(fā)病的分子遺傳機(jī)理的30參考文獻(xiàn)張思仲.人類(lèi)基因組的單核苷酸多態(tài)性及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用,《中華醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)雜志》1999,16(2):119-121.張思仲.基因多態(tài)性研究與遺傳性疾病,《中華醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)雜志》2000,80(9):654-656.參考文獻(xiàn)張思仲.人類(lèi)基因組的單核苷酸多態(tài)性及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用,《中31基因突變的概念

基因突變(genemutation)是指基因組DNA分子某些堿基或其順序發(fā)身改變.生物進(jìn)化的基礎(chǔ)基因突變產(chǎn)生新的基因遺傳病產(chǎn)生的原因基因突變的概念基因突變(genemutati32基因突變的分子機(jī)制一般分為兩大類(lèi)－靜態(tài)突變和動(dòng)態(tài)突變。

靜態(tài)突變（staticmutation）是在一定條件下生物各世代中以相對(duì)穩(wěn)定的頻率發(fā)生的基因突變?？煞譃辄c(diǎn)突變和片段突變。

基因突變的分子機(jī)制一般分為兩大類(lèi)－靜態(tài)突變和動(dòng)態(tài)突變。33點(diǎn)突變（pointmutation）

DNA鏈中一個(gè)或一對(duì)堿基發(fā)生的改變。它有兩種形式：堿基替換和移碼突變。堿基替換（basesubstitution）:

DNA鏈中堿基之間互相替換。點(diǎn)突變（pointmutation）DNA鏈中一個(gè)34轉(zhuǎn)換（transition）:嘌呤與嘌呤之間，或嘧啶與嘧啶之間的替換。顛換（transvertion）:嘌呤與嘧啶之間的替換。轉(zhuǎn)換（transition）:嘌呤與嘌呤之間，或嘧啶與嘧啶之35如果堿基替換影響的是密碼子，則會(huì)產(chǎn)生同義突變、無(wú)義突變、錯(cuò)義突變和終止密碼突變等遺傳學(xué)效應(yīng)；如果影響的是非密碼子區(qū)域，則產(chǎn)生幾種不同的遺傳學(xué)效果：無(wú)明確的遺傳學(xué)效應(yīng)、改變調(diào)控序列從而影響基因表達(dá)的調(diào)控、改變外顯子-內(nèi)含子接頭處的序列從而影響外顯子的加工拼接?；蛲蛔兊倪z傳學(xué)效應(yīng)如果堿基替換影響的是密碼子，則會(huì)產(chǎn)生同義突變、無(wú)義突變、36同義突變（samesensemutation）堿基被替換之后，產(chǎn)生了新的密碼子，但新舊密碼子同義，所編碼的氨基酸種類(lèi)保持不變，因此同義突變并不產(chǎn)生突變效應(yīng)。同義突變（samesensemutation）37無(wú)義突變（non-sensemutation）堿基替換使編碼氨基酸的密碼變成終止密碼UAA、UAG或UGA。無(wú)義突變（non-sensemutation）38錯(cuò)義突變（missensemutation）

堿基替換使編碼某種氨基酸的密碼子變成編碼另一種氨基酸的密碼子，從而使多肽鏈的氨基酸種類(lèi)和序列發(fā)生改變。錯(cuò)義突變（missensemutation）39終止密碼突變（terminatorcodonmutation）DNA分子中的某一個(gè)終止密碼突變?yōu)榫幋a氨基酸的密碼，從而使多肽鏈的合成至此仍繼續(xù)下去，直至下一個(gè)終止密碼子為止，形成超長(zhǎng)的異常多肽鏈。

DNAATT顛換ATGmRNAUAAUAC氨基酸終止子酪氨酸終止密碼突變（terminatorcodonmutati40移碼突變（frame-shiftmutation）除堿基替換外，點(diǎn)突變的另一種形式就是移碼突變。由于基因組DNA鏈中插入或缺失1個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)，從而使自插入或缺失的那一點(diǎn)以下的三聯(lián)體密碼的組合發(fā)生改變，進(jìn)而使其編碼的氨基酸種類(lèi)和序列發(fā)生變化。移碼突變（frame-shiftmutation）除堿基替41堿基對(duì)插入和（或）缺失的數(shù)目和方式不同，對(duì)其后的密碼組合的改變的影響程度不同。

移碼突變引起的最小變化是在DNA鏈上增加或減少一個(gè)遺傳密碼導(dǎo)致合成的多肽鏈多或少一個(gè)氨基酸，若大范圍改變密碼組合則會(huì)引起的整條多肽鏈的氨基酸種類(lèi)及序列的變化。因而移碼突變的后果往往是嚴(yán)重的，通常是導(dǎo)致一條或幾條多肽鏈喪失活性或根本不能合成，進(jìn)而嚴(yán)重影響細(xì)胞或機(jī)體的正常生命活動(dòng)。堿基對(duì)插入和（或）缺失的數(shù)目和方式不同，對(duì)其后的密碼組合的改42影響非密碼子區(qū)域的突變調(diào)控序列突變：使蛋白質(zhì)合成的速度或效率發(fā)生改變，進(jìn)而影響著這些蛋白質(zhì)的功能，并引起疾病。內(nèi)含子與外顯子剪輯位點(diǎn)突變：GT-AG中的任一堿基發(fā)生置換而導(dǎo)致剪輯和加工異常，不能形成正確的mRNA分子。影響非密碼子區(qū)域的突變43片段突變片段突變是DNA鏈中某些小片段的堿基序列發(fā)生缺失、重復(fù)或重排。片段突變片段突變是DNA鏈中某些小片段的堿基序列發(fā)生缺失、重44動(dòng)態(tài)突變(Dynamicmutation)在人類(lèi)基因組中有大量的重復(fù)序列,如微衛(wèi)星DNA或稱為短串聯(lián)重復(fù)序列STR,它們的重復(fù)次數(shù)變動(dòng)很大,有些STR,尤其是三核苷酸重復(fù),在靠近基因或位于基因序列中時(shí),它們的重復(fù)次數(shù)在一代一代傳遞過(guò)程中會(huì)發(fā)生明顯的增加,從而導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生,稱為動(dòng)態(tài)突變。例如,脆性X染色體綜合癥即是由于三核苷酸CCG重復(fù)序列的拷貝數(shù)增加所致。動(dòng)態(tài)突變(Dynamicmutation)在人類(lèi)基因組中45突變體：攜帶突變Gene的細(xì)胞或個(gè)體野生型：未突變Gene的細(xì)胞或個(gè)體突變熱點(diǎn)(Hotspotsofmutation)：DNA分子中某些部位的突變頻率大大高于平均數(shù)，這些部位稱為突變熱點(diǎn)?；蛲蛔兊钠渌嚓P(guān)概念突變體：攜帶突變Gene的細(xì)胞或個(gè)體基因突變的其它相關(guān)概念46誘發(fā)基因突變的因素

根據(jù)基因突變發(fā)生的原因，可將突變分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變。在自然條件下，未經(jīng)人工處理而發(fā)生的突變?yōu)樽园l(fā)突變（spontaneousmutation）。經(jīng)人工處理而發(fā)生的突變是誘發(fā)突變（inducedmutaion）。能誘發(fā)基因突變的各種內(nèi)外環(huán)境因素統(tǒng)稱為誘變劑（mutagen）。

誘發(fā)基因突變的因素根據(jù)基因突變發(fā)生的原因，可將突變47物理因素

紫外線紫外線的照射可使DNA順序中相鄰的嘧啶類(lèi)堿基結(jié)合成嘧啶二聚體，最常見(jiàn)的為胸腺嘧啶二聚體（TT）。在復(fù)制或轉(zhuǎn)錄進(jìn)行時(shí)，該處堿基配對(duì)發(fā)生錯(cuò)誤，從而引起新合成的DNA或RNA鏈的堿基改變。物理因素紫外線48紫外線誘發(fā)的胸腺嘧啶二聚體紫外線誘發(fā)的胸腺嘧啶二聚體49物理因素續(xù)電離輻射

射線直接擊中DNA鏈，DNA分子吸收能量后引起DNA鏈和染色體的斷裂，片斷發(fā)生重排，引起染色體結(jié)構(gòu)畸變.。放射性污染物理因素續(xù)電離輻射放射性污染50化學(xué)因素羥胺（hydroxylamine，HA）可使胞嘧啶（C）的化學(xué)成分發(fā)生改變，而不能正常地與鳥(niǎo)嘌呤（G）配對(duì)，而改為與腺嘌呤（A）互補(bǔ)。經(jīng)兩次復(fù)制后，C-G堿基對(duì)就變換成T-A堿基對(duì)。化學(xué)污染化學(xué)因素羥胺（hydroxylamine，HA）化學(xué)污染51羥胺引起DNA堿基對(duì)的改變

羥胺引起DNA堿基對(duì)的改變52亞硝酸或含亞硝基化合物

可使堿基脫去氨基（-NH2）而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)改變，從而引起堿基錯(cuò)誤配對(duì)?；瘜W(xué)因素續(xù)亞硝酸或含亞硝基化合物化學(xué)因素53亞硝酸引起DNA堿基對(duì)的改變

A被其脫去氨基后可變成次黃嘌呤（H），H不能再與T配對(duì)，而變?yōu)榕cC配對(duì)，經(jīng)DNA復(fù)制后，可形成T-A→C-G的轉(zhuǎn)換亞硝酸引起DNA堿基對(duì)的改變54烷化劑

具有高度誘變活性的烷化劑，可將烷基（CH3-、C2H5-等）引入多核苷酸鏈上的任何位置，被其烷基化的核苷酸將產(chǎn)生錯(cuò)誤配對(duì)而引起突變。化學(xué)因素續(xù)烷化劑化學(xué)因素55烷化劑引起的DNA堿基對(duì)的改變

烷化劑引起的DNA堿基對(duì)的改變56堿基類(lèi)似物

某些堿基類(lèi)似物可以取代堿基而插入DNA分子引起突變?；瘜W(xué)因素續(xù)堿基類(lèi)似物化學(xué)因素575-BU引起的DNA堿基對(duì)的改變5-BU與腺嘌呤（A）和鳥(niǎo)嘌呤（G）均可配對(duì)。如果5-BU取代T以后一直保持與A配對(duì)，所產(chǎn)生的影響并不大；若與G配對(duì)，經(jīng)一次復(fù)制后，就可以使原來(lái)的A-T對(duì)變換成G-C對(duì)5-bromo-2,4(1H,3H)-pyrimidinedione，5-BrUor5-BU，5-Bromouracil5-BU引起的DNA堿基對(duì)的改變58芳香族化合物

吖啶類(lèi)和焦寧類(lèi)等扁平分子構(gòu)型的芳香族化合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，導(dǎo)致堿基插入或丟失的移碼突變?；瘜W(xué)因素續(xù)芳香族化合物化學(xué)因素59基因突變的一般特性多向性同一基因座上的基因可獨(dú)立發(fā)生多次不同的突變而形成復(fù)等位基因可逆性突變的方向可逆,可以是正突變，也可以是回復(fù)突變有害性突變會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)許多疾病的發(fā)生基因突變的一般特性多向性60稀有性在自然狀態(tài)下發(fā)生突變的頻率很低

隨機(jī)性可重復(fù)性基因突變的一般特性基因突變的一般特性61DNA損傷的修復(fù)

生物體內(nèi)存在著多種DNA修復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)DNA受到損傷時(shí)，在一定條件下，這些修復(fù)系統(tǒng)可以部分地修正DNA分子的損傷，從而大大降低突變所引起的有害效應(yīng)，保持遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。

DNA損傷的修復(fù)生物體內(nèi)存在著多種DNA修復(fù)系62紫外線引起的DNA損傷的修復(fù)光復(fù)活修復(fù)（photoreactivationrepair）

細(xì)胞內(nèi)存在著一種光復(fù)活酶。在可見(jiàn)光的照射下，光復(fù)活酶被激活，從而能識(shí)別嘧啶二聚體并與之結(jié)合，形成酶-DNA復(fù)合物，然后利用可見(jiàn)光提供的能量，解開(kāi)二聚體，此后光復(fù)活酶從復(fù)合物中釋放出來(lái)，完成修復(fù)過(guò)程，這一過(guò)程稱為光復(fù)活修復(fù)。紫外線引起的DNA損傷的修復(fù)光復(fù)活修復(fù)（photoreact63光復(fù)活修復(fù)的過(guò)程光復(fù)活修復(fù)的過(guò)程64切除修復(fù)（excisionrepair）也稱為暗修復(fù)（darkrepair）。光在這種修復(fù)過(guò)程中不起任何作用。切除修復(fù)發(fā)生在復(fù)制之前，需要其它酶的參與。

切除修復(fù)（excisionrepair）65核酸內(nèi)切酶先在嘧啶二聚體附近切開(kāi)DNA單鏈，然后以另一條正常鏈為模板，按堿基互補(bǔ)原則補(bǔ)齊需切除部分的堿基序列，最后由核酸內(nèi)切酶切去含嘧啶二聚體的片段，并由連接酶將斷口與新合成的DNA片段連接起來(lái)。核酸內(nèi)切酶先在嘧啶二聚體附近切開(kāi)DNA單鏈，然后以另一條66重組修復(fù)（recombinationrepair）含有嘧啶二聚體或其它結(jié)構(gòu)損傷的DNA仍可進(jìn)行復(fù)制，當(dāng)復(fù)制到損傷部位時(shí)，DNA子鏈中與損傷部位相對(duì)應(yīng)的部位出現(xiàn)缺口。復(fù)制結(jié)束后，完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，使缺口轉(zhuǎn)移到母鏈上，母鏈上的缺口由DNA聚合酶合成互補(bǔ)片段，再由連接酶連接完整，從而使復(fù)制出來(lái)的DNA分子的結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常。該過(guò)程發(fā)生在復(fù)制之后。重組修復(fù)（recombinationrepair）67

重組修復(fù)的過(guò)程重組修復(fù)的過(guò)程68修復(fù)缺陷引起的疾病

修復(fù)系統(tǒng)本身是由一系列基因所編碼的酶所組成的，修復(fù)系統(tǒng)的缺陷將使遺傳物質(zhì)的損傷不能得到盡快修復(fù)，突變將以各種形式存在并遺傳下來(lái)，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

修復(fù)缺陷引起的疾病修復(fù)系統(tǒng)本身是由一系列基因所編碼69

修復(fù)缺陷與人類(lèi)疾病著色性干皮病(XP,xeroderma