三种遗传性骨病的临床及基因诊断研究

摘要

遗传性骨病是一类病种繁多、变异范围大的具有临床表现和遗传异质性的骨骼系统疾病，大多是发病率很低的罕见遗传病。其常见的临床表现包括面纹或皮纹特殊、身材矮小、单一或一组骨骼发育不良、特殊妊娠史等。《国际遗传性骨病的分类标准（2015年版）》根据临床特征、影像学及遗传学诊断等特点将遗传性骨病共分为42组，436种，已明确与遗传性骨病相关的致病基因364个，其中包括与成骨、软骨发育不良相关的基因如与钙离子结合相关的软骨寡聚基质蛋白基因（COMP），维持胶原功能的Ⅰ型胶原基因（COL1A1、COL1A2）、Ⅱ型胶原基因（COL2A1）等。
　　本研究分别对Perthes病(LCPD，MIM150600)、成骨不全(OI，MIM166200)、假性软骨发育不良(PSACH，MIM177170)或多发性骨骺发育不良(MED，MIM132400)三个遗传家系进行临床和基因诊断研究。
　　家系一:Perthes病家系。迄今为止，Perthes病相关的报道较为罕见且只发现一种致病基因，即Ⅱ型胶原基因（COL2A1）。
　　方法:抽取先证者和其父母的血样本，进行高通量测序，针对测序结果选出目的基因及相应突变位点，设计引物，PCR扩增测序，对该位点加以验证后再用生物信息学方法分别分析该突变位点的保守性及有害性。
　　结果:高通量测序结果显示COL2A1基因上的杂合突变(c.3392G＞T，p.Gly1131Val)可能是我们要找的目的位点，验证后发现除了先证者以外，其父母及对照组中均无该突变。提示COL2A1基因c.3392G＞T突变是该Prthes病家系患者发病的原因且是一个新发生的突变位点。对以往发表文献及突变数据库进行检索，发现该突变位点是COL2A1基因上的一个新突变位点。生物信息学分析结果显示，COL2A1基因c.3392G＞T(p.Gly1131Val)突变改变了一个高度保守的氨基酸且这一突变高度有害。
　　结论:COL2A1基因上一错义突变c.3392G＞T导致核心三螺旋区内Gly-X-Y重复序列的Gly被Val替代，从而使Ⅱ型胶原的结构被破坏。该突变不仅是一种新的突变方式还是一新发生的突变，相关临床与分子遗传学研究丰富了Perthes病的基因型-表型谱。COL2A1基因突变结果对该家系的遗传咨询及产前诊断具有重要意义。
　　家系二:OI家系。目前，发现OI共有15种亚型，本家系是Ⅰ型OI，其相关的致病基因即Ⅰ型胶原基因(COL1A1和COL1A2)。
　　方法:对先证者血样本进行高通量测序，针对测序结果筛选出可能的致病突变，设计相应引物，对家系中的所有患者非患者进行PCR扩增测序验证。
　　结果:高通量测序结果显示COL1A1基因上的一个剪切突变(IVS5+1G＞A，c.471+1G＞A)可能是该家系的相关致病位点，验证发现该突变位点在家系中共分离。提示COL1A1基因IVS5+1G＞A突变是该患者家系发病的原因。通过查阅突变数据库与以往发表文献，发现该突变已于2005年被报道。但在本家系中，带有相同突变的患者表型轻重不一。
　　结论:COL1A1基因上的一个剪切突变(IVS5+1G＞A，c.471+1G＞A)虽是一个已知突变位点，但是在这个大家系中患者的表型轻重不一，提示可能是基因-环境相互作用所致。相关临床与分子遗传学研究不仅丰富了成骨不全的基因型-表型谱，而且为该家系的遗传咨询及产前诊断提供依据。
　　家系三:PSACH家系和MED家系。PSACH是一种较为常见的软骨发育不良疾病，该病与MED类似，属于同一骨病家族。已知和PSACH及MED都相关的致病基因仅含COMP基因。
　　方法:对先证者及其女儿（患者）的血样本进行外显子组测序，捕获了大量的突变数据，根据表型-致病基因相关分析，筛选致病基因及相关突变。针对各个位点设计引物，PCR扩增测序，对位点加以验证后再用生物信息学方法分别分析该突变位点的保守性及有害性。
　　结果:外显子组测序结果共筛选出3个可能的致病基因，验证后发现COMP基因上的一个杂合突变(c.1201G＞A，p.Asp401Asn)在该家系中出现共分离。提示COMP基因c.1201G＞A突变是该家系患者发病的原因。通过查阅以往发表文献，发现该突变于2009年被报道是多发性骨骺发育不良(MED)患者的致病原因。生物信息学分析结果显示，COMP基因c.1201G＞A(p.Asp401Asn)突变改变了一个高度保守的氨基酸且这一突变高度有害。
　　结论:丰富的临床资料不仅为分子遗传学研究提供依据，分子遗传学研究也有助于临床上明确诊断。COMP基因c.1201G＞A突变导致了不同的表型，丰富了PSACH的基因型-表型谱。突变结果对该家系患者的明确诊断、遗传咨询及产前诊断具有指导意义。
　　本文详细的描述了各个遗传性骨病家系的临床特征并进行了分子遗传学研究。不仅为不同家系的遗传咨询、明确诊断、产前诊断提供依据，还有助于扩大相关基因的突变-表型谱。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 Perthes病

1．2 成骨不全

1．3 假性软骨发育不全与多发性骨骺发育不良

第二章 一Perthes病家系的分子遗传学研究

2．1 研究对象

2．2 实验材料和方法

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验主要试剂配制

2．2．4 实验方法

2．3 实验结果

2．3．1 高通量测序结果分析

2．3．2 COL2A1基因测序验证结果

2．3．3 P1131蛋白质保守性分析

2．3．4 Gly1131Val突变有害性分析

2．4 讨论

第三章 一成骨不全大家系的分子遗传学研究

3．1 研究对象

3．2 实验材料和方法

3．2．4 实验方法

3．3 实验结果

3．3．1 外显子组测序结果分析

3．3．2 COL1A1基因测序验证结果

3．4 讨论

第四章 同一家系COMP基因突变致PSACH或MED不同临床、表型的分子遗传学研究

4．1 研究对象

4．2 实验材料和方法

4．2．3 实验主要试剂配置

4．2．4 实验方法

4．3 实验结果

4．3．1 高通量测序及PCR产物序列分析

4．3．2 P401蛋白质保守性分析

4．3．3 Asp401Asn突变有害性分析

4．4 讨论

第五章 全文总结与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢