基于二代测序技术的视网膜遗传疾病分子诊断研究

摘要

视网膜遗传疾病是一组常见的致盲性视网膜疾病，具有高度的临床和遗传异质性。视网膜色素变性(retinitis pigmentosa，RP)和Leber先天性黑朦症(Lebercongenital amaurosis，LCA)是两种主要的遗传性视网膜疾病，全世界约有近2，000，000患者患有该类疾病。
　　视网膜遗传疾病的遗传机制复杂，临床表现多样且不具有特异性，基于临床表现进行的诊断难以准确对疾病的种类和发病机制进行鉴定。近年来，以基因检测为基础的分子诊断技术逐步应用于在临床，实践表明其有较好的辅助诊断效果。目前，分子诊断的主要方法为Sanger测序法和APEX法。此两种方法具有准确性高、检测快速的特点，但缺点在于仅能检测已知突变位点，且检测费用高。而近年发展起来的二代测序技术(Next generation sequencing，NGS)以其测序高通量、范围广、低消耗的特点备受青睐。同时目的基因获取(Capture)技术的发展，更加有效地降低NGS对单个样品进行检测的成本。
　　本课题应用capture-NGS技术，采用分步研究策略对来自世界不同地区、不同种族背景的553名视网膜遗传疾病患者（主要包括高加索人和中国人）的血液样本进行DNA测序。经DNA提取、DNA片段化、文库制备、Capture后，完成质量评价，最终进行序列测定。使用自主设计的测序分析平台（包括已知的全部视网膜疾病基因）对DNA序列进行分析比对，获得突变位点信息。随后，利用Sanger测序法验证潜在的突变位点并完成分离实验，结合患者的相关临床信息，确定致病突变。经过分析确定331例先证者的潜在致病突变，获得解率为60.0％。其中194个先证者被确定带有RP致病基因，54个被确定带有LCA致病基因。高加索人和中国人RP的致病突变解率相近约为65％，而中国人LCA的致病突变解率(75.0％)要明显高于高加索人(66.7％)。在已解决的病例中，共确定了82个基因的538个致病突变（含401个新发现的突变），其中61％为错义突变。研究发现USH2A、ABCA4、EYS、CRB1、GUCY2D为中国视网膜遗传疾病患者的高频突变基因，其中USH2A错义突变位点c.T2802G(p.C934W)为中国RP患者的高频突变位点。而在美国迈阿密地区人群中，PRPF31基因突变是该地区西班牙裔美国人中发生最频繁的突变，且该基因的变异表现出不完全外显现象和性别偏好性。特别的是，在BLM043、BLM067、BLM101三个病例中同时发现c.322+4_322+7del变异。我们还确定一例先证者所携带新生的SNRNP200突变，并发现4名先前被诊断为RP的患者带有非RP致病基因（WDR19，CHM，C210RF2和IMPG1），继而对其进行临床重新评估。
　　综上，本研究应用capture-NGS技术的基因检测方法，实现了对网膜遗传疾病患者致病基因大范围、高通量、低消耗的序列测定与分析。并且通过对不同地区和人群的视网膜遗传疾病患者致病基因的序列和突变位点鉴定，首次报道了西班牙裔美国人RP患者的致病基因突变谱特征。这些研究丰富了视网膜遗传疾病的突变谱和基因谱，加深了对视网膜遗传疾病致病机制的理解，促进了分子诊断技术在临床的应用实践。

目录

声明

致谢

摘要

英文缩写词

第一章 文献综述

1．1 遗传性视网膜疾病研究现状

1．1．1 视网膜色素变性(RP)

1．1．2 Leber先天性黑朦症(LCA)

1．1．3 锥细胞营养不良(CD)和锥杆细胞营养不良(CRD)

1．1．4 Usher综合征(USH)

1．1．5 Bardet-Biedl综合征(BBS)

1．2 传统的分子诊断方法--Sanger测序法和APEX法

1．3 二代测序技术

1．4 研究目的及意义

第二章 视网膜遗传疾病先证者致病基因的二代测序技术检测

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 主要试剂

2．1．3 实验方法

2．2 实验结果

2．2．1 DNA提取

2．2．2 DNA片段化与纯化

2．2．3 文库构建

2．2．4 DNA浓度精确测定—PicoGreen法

2．2．5 Capture系统的设计

2．2．6 Capture

2．2．7 质量评价

2．3 讨论

2．3．1 DNA提取、片段化与纯化

2．3．2 文库构建与浓度精确测定

2．3．3 Capture与质量评价

第三章 视网膜遗传疾病先证者致病基因的生物信息学分析

3．1 分析方法

3．1．1 生物信息学分析

3．1．2 致病突变的确定

3．1．3 Sanger验证和分离实验

3．2 分析结果

3．2．1 收集视网膜疾病先证者553例

3．2．2 获得高质量测序结果

3．2．3 确定331例先证者的致病突变发生在已知视网膜疾病基因

3．2．4 确定82个基因中的538致病突变

3．3 讨论

第四章 视网膜色素变性患者的基因型与表现型分析

4．1 材料与方法

4．1．1 RP病例的获得

4．1．2 致病基因序列检测、Sanger验证及分离实验

4．2 结果

4．2．1 迈阿密地区西班牙裔人群RP患者的基因型与表现分析

4．2．2 迈阿密地区非西班牙裔人群RP患者的基因型与表现分析

4．2．3 确定3名RP先证者带有非RP致病基因

4．3 讨论

4．3．1 迈阿密地区人群特征

4．3．2 PRPF31

4．3．3 WDR19

4．3．4 SNRNP200

4．3．5 非RP致病基因

4．3．6 未解决病例

第五章 全文结论与展望

5．1 主要研究内容与结果

5．2 课题特色与创新

5．3 研究不足

5．4 研究展望

参考文献

附录

个人简历

博士期间发表的论文