本發(fā)明涉及基因診斷遺傳性疾病領(lǐng)域,具體的說是一種白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒及其檢測方法。
背景技術(shù):
白內(nèi)障是由于先天性或后天性因素導(dǎo)致的晶狀體混濁,其中先天性白內(nèi)障在世界范圍內(nèi)的患病率為0.0l%~0.06%,我國約為0.05%。預(yù)防先天性白內(nèi)障引起的視力損害是世界衛(wèi)生組織(WHO)國際項目“2020年消滅可避免失明”的一個重要組成部分。
先天性白內(nèi)障表現(xiàn)明顯的臨床異質(zhì)性,按臨床表型可分全白內(nèi)障、膜性白內(nèi)障、核性白內(nèi)障、繞核性白內(nèi)障、前極白內(nèi)障、后極白內(nèi)障、縫狀白內(nèi)障、點狀白內(nèi)障、盤狀白內(nèi)障,珊瑚型等,其發(fā)病機制復(fù)雜,涉及遺傳、代謝性疾病、宮內(nèi)感染及自發(fā)性等因素,其中約有30%-50%與遺傳有關(guān),統(tǒng)稱為遺傳性白內(nèi)障。遺傳性白內(nèi)障的遺傳方式包括常染色體顯性、常染色體隱性和性染色體連鎖遺傳等,其中以常染色體顯性遺傳為主。據(jù)統(tǒng)計我國家族性白內(nèi)障患者中,常染色體顯性遺傳的白內(nèi)障占家族性白內(nèi)障總數(shù)的73%。
晶狀體的發(fā)育是一個非常復(fù)雜的過程,涉及許多基因,這些基因任何一個發(fā)生突變后都可能導(dǎo)致晶狀體混濁,也就是我們所說的白內(nèi)障。通過研究遺傳性白內(nèi)障去認識在細胞層次發(fā)揮不同功能的基因(蛋白質(zhì)),是人類認識該類基因乃至其基因家族最為有效的途徑。所以從科學(xué)理論研究來說,遺傳性白內(nèi)障對于闡明人類基因功能是一個很好的遺傳性模式疾病。
為了尋找引起白內(nèi)障的致病基因,常采用的分子遺傳學(xué)研究方法包括功能克隆(如候選基因篩選和蛋白質(zhì)分析)、位置克隆、定位候選基因克隆(如基于家系的連鎖分析和等位基因共享分析)等。迄今為止,已明確30個基因與單純遺傳性白內(nèi)障相關(guān),統(tǒng)稱為遺傳性白內(nèi)障致病基因,其大致可歸為四大類:晶體蛋白基因(CRYAA、CRYAB、CRYBAI/A3、CRYBA2、CRYBA4、CRYBB1、CRYBB2、CRYBB3、CRYGB、CRYGC、CRYGD、CRYGS)、細胞骨架或膜蛋白基因(GJA3、GJA8、MIP、LIM2、BFSP1、BFSP2、EPHA2、TMEM114、CHMP4B、VIM)、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因(HSF4、PITX3)和其他相關(guān)基因(GCNT2、FOXE3、WFS1、UNC45B、TDRD7、FYCO1)等。
遺傳性先天性白內(nèi)障具有高度的遺傳異質(zhì)性和臨床異質(zhì)性,即不同的基因突變可導(dǎo)致相同表型的白內(nèi)障,不同表型的白內(nèi)障可由相同的基因突變造成。由于遺傳性白內(nèi)障致病基因眾多,且基因型與表型之間不存在一定的相關(guān)性,使其臨床基因檢測頗具挑戰(zhàn)性。
隨著生物技術(shù)的高速發(fā)展,特別是外顯子組測序及全基因組測序等,為遺傳性疾病致病基因突變的篩查和發(fā)現(xiàn)提供了快捷的手段,但費用相對昂貴。因此,該類技術(shù)常常應(yīng)用于排除已知致病基因之后,以降低實驗的成本風(fēng)險,否則性價比太高。目標序列捕獲測序技術(shù)可實現(xiàn)高通量眾多已知致病基因突變篩查,具有快捷、高效等優(yōu)勢,但費用較高。從科學(xué)嚴謹性來說,以上新技術(shù)篩查到可疑致病基因突變最后仍需金標DNA測序Sanger法進一步驗證。因此,在精準醫(yī)學(xué)時代,建立快速、經(jīng)濟又高效的遺傳性白內(nèi)障致病基因檢測體系不僅有助于盡快排查白內(nèi)障家系的已知致病基因,發(fā)現(xiàn)新的突變位點,同時又可為發(fā)現(xiàn)新的致病基因提供可靠的家系材料及其后繼研究方法決策的制定。在臨床應(yīng)用上,可開發(fā)成相應(yīng)的白內(nèi)障基因診斷試劑盒,為有白內(nèi)障家族史者提供科學(xué)的遺傳咨詢與產(chǎn)前基因診斷。
目前,就我們所知,遺傳性白內(nèi)障致病基因的研究主要限于科研,尚未見臨床上有遺傳性白內(nèi)障致病基因檢測產(chǎn)品;而檢索到與白內(nèi)障致病基因篩查有關(guān)的專利則僅針對單個遺傳性白內(nèi)障致病基因突變檢測方法或試劑盒,未見有針對多個遺傳性白內(nèi)障致病基因突變檢測試劑盒的發(fā)明專利申請。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種快速、經(jīng)濟又高效的白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒及其檢測方法。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的理論依據(jù)是遺傳性白內(nèi)障存在高頻致病基因或突變熱點區(qū)域,具體獲得白內(nèi)障致病基因高頻突變譜的操作步驟如下:首先,檢索自1997年發(fā)現(xiàn)第一個人類遺傳性白內(nèi)障致病基因CRYBB2以來至2014年7月國內(nèi)外報道與遺傳性白內(nèi)障致病基因及其突變的相關(guān)文獻211篇,統(tǒng)計299個家系或先證者,涉及30個相關(guān)致病基因,分布于16條染色體(chr.1, 2, 3, 4, 6, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17, 19, 20, 21, 22),鑒定221個單一突變(Uni-mutation),分布于72個外顯子,占基因總外顯子數(shù)的34.6%(72/205);隨后,分析致病基因的發(fā)生頻譜,結(jié)果顯示90.97%的病例數(shù)與16個致病基因的突變有關(guān),其發(fā)生頻譜由高到低依次為GJA8 和CRYGD (11.04%),GJA3和 CRYAA(10.03%),CRYBB2(7.69%),CRYBA1(6.35%),MIP(5.02%), EPHA2, CRYGC, CRYAB和HSF4(4.01%), FYCO1(3.34%), CRYBB1(3.01%), BFSP2(2.68%), GCNT2和PITX3 (2.34%);其中FYCO1和GCNT2僅涉及常染色體隱性遺傳;最后,進一步分析致病基因各外顯子發(fā)生突變頻率,結(jié)果顯示57.19%的突變位于8個基因的11個外顯子上,65.22%的突變位于12個基因的15個外顯子上,70.23%的突變位于13個基因的18個外顯子上,80.27%的突變位于18個基因的26個外顯子上。統(tǒng)計分析結(jié)果直觀圖見附圖1,且本發(fā)明將此18個基因的26個外顯子定義為白內(nèi)障致病基因高頻突變外顯子。
本發(fā)明提供的白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒,該基因檢測試劑盒主要檢測上述定義的白內(nèi)障致病基因高頻突變外顯子的蛋白編碼區(qū)及其剪切位點連接區(qū),即白內(nèi)障致病基因高頻突變區(qū)域,就可以檢出80%的遺傳性白內(nèi)障家系的致病基因突變。
本發(fā)明提供的白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒,該基因檢測試劑盒包括27對PCR引物,是根據(jù)上述白內(nèi)障致病基因高頻或熱點突變區(qū)域的DNA序列,采用Primer和Generunner等生物學(xué)軟件設(shè)計和人工合成;27對PCR引物的具體信息見表1。
表1. 本發(fā)明提供的26對引物信息及其PCR條件
本發(fā)明提供的白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒組成部件如下表2:
表2白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒組成
本發(fā)明提供的試劑盒用于白內(nèi)障致病基因檢測方法,該方法主要包括三部分內(nèi)容:
1)應(yīng)用本發(fā)明的白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒進行PCR擴增目標基因的DNA片段;2)PCR產(chǎn)物的DNA測序分析,發(fā)現(xiàn)變異位點;
3)鑒定目標基因變異位點是否為致病性突變位點。
所述試劑盒的白內(nèi)障致病基因檢測方法,具體操作步驟如下:
1)按下表3配制PCR反應(yīng)液(50μl),混勻置于PCR儀上;
表3 PCR反應(yīng)體系(100μl)組成
2)按下列條件進行PCR擴增反應(yīng):
94℃/4min 預(yù)變性;94℃/30sec, 57℃-61℃(退火溫度依據(jù)不同PCR引物而異,具體參考附表1)/30sec,72℃/1min,30個循環(huán); 72℃/4min;4℃保存。
3)PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳鑒定:取9ulPCR產(chǎn)物,加入1ul的10×上樣緩沖液,于1%瓊脂糖凝膠電泳,紫外成像系統(tǒng)下檢測PCR產(chǎn)物的特異性及其大小是否與預(yù)期相符。
4)PCR產(chǎn)物的DNA測序分析,發(fā)現(xiàn)變異位點:PCR產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳分離、純化后采用ABI3730XL 自動DNA測序儀進行DNA測序,測序結(jié)果與正常DNA序列Blast比對分析,篩查變異位點。
5)鑒定致病性突變位點:如果變異位點為已知致病基因突變位點,即確定其為致病性突變;如果變異位點為新變異位點,則通過SNP排除、疾病表型與變異位點共分離、蛋白序列同源性比較、以及應(yīng)用一些生物學(xué)蛋白變異功能預(yù)測軟件分析,包括PolyPhen2 (Polymorphism Phenotyping v2)和SIFT (Sorting Intolerant From Tolerant)對編碼區(qū)新發(fā)的錯義突變進行功能預(yù)測,以及HSF (Human Splicing Finder) 對于內(nèi)含子上剪接點的改變進行預(yù)測。
除本發(fā)明提供的基因檢測試劑盒外,根據(jù)本發(fā)明提供的白內(nèi)障致病基因高頻突變區(qū)域,應(yīng)用現(xiàn)有的生物學(xué)技術(shù),如DNA芯片技術(shù)和目標序列捕獲二代測序技術(shù),可簡單開發(fā)相關(guān)的白內(nèi)障致病基因檢測試劑和方法。因此本發(fā)明提供的白內(nèi)障致病基因高頻突變區(qū)域亦適合上述技術(shù),但不限于上述技術(shù)。
本發(fā)明還提供了16個白內(nèi)障致病基因新突變位點,見表5和附圖2。 根據(jù)本發(fā)明提供的新突變位點,應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù),如基于PCR擴增技術(shù)的DNA測序、限制性片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism,RFLP) 分析、單鏈構(gòu)象多態(tài)性檢測(SSCP)、等位基因特異PCR、實時定量PCR以及高分辨率熔解曲線 (HRM) 分析等,可簡易針對本發(fā)明提供的新突變位點信息開發(fā)相應(yīng)的快捷檢測試劑和方法。因此本發(fā)明提供的16個白內(nèi)障致病基因高新突變亦適合上述技術(shù),但不限于上述技術(shù)。
為說明本發(fā)明所具有的優(yōu)點和有益效果,先列舉一些相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)情況:Hansen L等對28個丹麥白內(nèi)障家系采用PCR擴增17個白內(nèi)障致病基因的所有外顯子,DNA測序結(jié)果顯示其檢出率為71% (Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009,50, 3291-3303);Sun W等在25個中國人白內(nèi)障家系采用PCR擴增12個白內(nèi)障致病基因的所有外顯子,DNA測序結(jié)果顯示其檢出率為40% (Mol Vis. 2011,17, 2197-2206);Ponnam SP等在40個印度白內(nèi)障家系采用SSCP(single strand conformation polymorphism)技術(shù)篩查10個白內(nèi)障致病基因的所有外顯子,其檢出率僅10%(Mol Vis. 19, 1141-1148 2013);Sun W等采用外顯子組測序技術(shù)篩查18個中國人白內(nèi)障家系,其檢出率67.6%(PLoS One. 2014,9, e100455);Ma AS等采用目標序列捕獲二代測序技術(shù)在46個先天性白內(nèi)障家系中篩查32個白內(nèi)障致病基因,其檢出率70%(Hum Mutat. 2016,37, 371-384)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明所具有的優(yōu)點和有益效果是:
由于本發(fā)明基于白內(nèi)障致病基因突變熱點區(qū)域建立白內(nèi)障致病基因檢測體系,僅通過篩查18個白內(nèi)障致病基因的26個外顯子,就可檢測80%的遺傳性白內(nèi)障家系的致病基因突變。故本發(fā)明在不降低檢出率的基礎(chǔ)上可明顯降低白內(nèi)障致病基因檢測的工作量和成本等,具有快速、經(jīng)濟和高效等優(yōu)勢。
在基礎(chǔ)研究方面,用本發(fā)明提供的白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒及其檢測方法可實現(xiàn)快速排查白內(nèi)障家系的已知致病基因,發(fā)現(xiàn)新的突變位點,擴充白內(nèi)障致病基因突變譜,又可為篩查新的白內(nèi)障致病基因提供可靠而寶貴的遺傳資源;在臨床應(yīng)用上,用本發(fā)明提供的試劑盒及其方法體系進行白內(nèi)障致病基因檢測,可為白內(nèi)障家族史提供科學(xué)的遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷。
附圖說明
圖1 白內(nèi)障致病基因高頻突變區(qū)域的選擇:黑色點表示該研究選擇熱點突變區(qū)域,包括了18個基因上的26個外顯子,這些區(qū)域覆蓋了文獻報道的80.27%白內(nèi)障家系致病基因突變;點的大小與該外顯子突變的頻率有關(guān),突變頻率越高,點的直徑越大。;可期望36.11%(26/72)的外顯子區(qū)域可以覆蓋約80%以上的突變。
圖2:白內(nèi)障致病基因新突變位點的DNA測序圖。
具體實施方式
實施例1:白內(nèi)障致病基因高頻突變譜
為了獲得白內(nèi)障致病基因高頻突變譜,即致病基因及其外顯子突變熱點區(qū)域,我們檢索PubMed收錄人類單純遺傳性白內(nèi)障致病基因及其突變的相關(guān)文獻210篇(自1997年發(fā)現(xiàn)第一個人類遺傳性白內(nèi)障致病基因CRYBB2以來至2014年7月),共報道了299個家系或先證者,涉及30個相關(guān)致病基因,分布于16條染色體(chr.1, 2, 3, 4, 6, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17, 19, 20, 21, 22),鑒定了221個單一突變(Uni-mutation),分布于72個外顯子,占基因總外顯子數(shù)的34.6%(72/208)。以家系或先證者為單位,統(tǒng)計30個白內(nèi)障致病基因上的所有突變;然后,按照外顯子突變進行匯總頻率統(tǒng)計,由高到底進行排序,繪制白內(nèi)障致病基因高頻突變譜,結(jié)果詳見附圖1;最后,本發(fā)明選擇分布于18個基因的26個外顯子作為突變熱點區(qū)域(詳見表1),進行后繼的白內(nèi)障致病基因檢測分析。
實施例2:白內(nèi)障致病基因檢測方法
根據(jù)實施例1選擇的白內(nèi)障致病基因突變熱點區(qū)域,采用Primer、Generunner等生物學(xué)軟件設(shè)計和合成相應(yīng)的PCR引物;以先證者gDNA為模板,PCR擴增相應(yīng)蛋白編碼區(qū)和剪切接合區(qū)的DNA片段,PCR引物和PCR條件見表1。PCR產(chǎn)物純化后,用ABI 3730XL 全自動測序儀(Automated Sequencer PE Biosystems, Foster City, CA)進行DNA直接測序。
通過DNA序列比對,分析篩查致病基因變異位點。如果變異位點為已知突變位點,即確定其為致病性突變;如果變異位點為新的,則通過SNP排除、疾病表型與變異位點共分離、蛋白序列同源性比較、以及應(yīng)用一些生物學(xué)蛋白變異功能預(yù)測軟件分析,包括PolyPhen2 (Polymorphism Phenotyping v2)和SIFT (Sorting Intolerant From Tolerant)對編碼區(qū)新發(fā)的錯義突變進行功能預(yù)測,以及HSF (Human Splicing Finder) 對于內(nèi)含子上剪接點的改變進行預(yù)測。
對于篩查到的新發(fā)突變,在突變基因的上下游分別選擇2-3個含高信息STR微衛(wèi)星標記,PCR擴增微衛(wèi)星位點DNA區(qū)域,擴增產(chǎn)物在ABI3730自動測序儀上用毛細管凝膠電泳進行分離,DNA片段大小用GeneMarker2.4.0軟件進行分析,用Cyrillic 2.1 軟件畫家系圖,并構(gòu)建單體型,進一步確證新致病基因突變位點。
實施例3:遺傳性白內(nèi)障家系或散發(fā)病例血樣標本收集及基因組DNA的分離、純化
為驗證是否存在白內(nèi)障致病基因高頻突變譜和發(fā)現(xiàn)新的致病基因突變,本發(fā)明收集了43個白內(nèi)障先證者(31個來自常染色體顯性遺傳家系,8個來自無家族史家系和4個散發(fā)病例)及其234個家系成員的血樣標本;另外,收集112份正常人血樣標本作為對照。按Wizard Genomic DNA Purification Kit (Promega, Beijing, China)試劑盒說明操作從全血樣中提取和純化基因組DNA(gDNA)。
實施例4:白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒的應(yīng)用
以實施例3的基因組DNA為對象,應(yīng)用實施例2建立的白內(nèi)障致病基因檢測方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)7個已知突變位點(表4)和16個新突變位點(表-5和附圖-2)。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示:60.5% (26/43)的先證者/家系中檢出致病性的突變,低于文獻報道的檢出率80.27% (240/299,X2=7.99,p=0.005)。而對于常染色體顯性遺傳家系來說,檢出率為80%(24/30),與基于文獻報道的檢出率83.57%(234/280)無統(tǒng)計學(xué)差異(X2=0.489, p=0.484)。對于無家族史家系和散發(fā)病例,檢出率僅為16.67% (2/12)。 故本發(fā)明提供的試劑盒及其檢測方法特別適合常染色體顯性遺傳白內(nèi)障家系致病基因的檢測。
表4.在10個先天性白內(nèi)障家系中鑒定7個已知致病基因突變位點
表5 在先天性白內(nèi)障家系中鑒定16個白內(nèi)障致病基因新突變位點
備注: D= damaging; PD = probably damaging; MPA = mostprobably affecting splicing
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾,皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
SEQUENCE LISTING
<110> 福建醫(yī)科大學(xué)
<120> 一種白內(nèi)障致病基因檢測試劑盒及其檢測方法
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<212> DNA
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<213> 人工序列
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