Cell發現遺傳機製的漏縫:大量基因能在受孕前後改變

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生物體的遺傳物質編碼並不是固定的,在有機體的一生中可以隨時改變或變異。單個編碼的變化就是隨機突變,會自發地發生,導致發育問題。近日的Cell上刊登的一篇文章表明,無法用隨機突變解釋的大量變化存在於一般人群中,這種多基因的改變發生在受孕之前或之後,它們可能會告訴科學家許多有關疾病的基本知識。

作者對發現所做出的解釋

文章的第一作者兼通訊作者貝勒醫學院的助理教授 Pengfei Liu 博士表示,“這項研究是對各種發育疾病的年幼患者進行臨床檢測的一個組成部分,研究人員完成了超過 60,000 個人的臨床基因組研究,其中大部分樣品是在貝勒遺傳學實驗室完成。在這些樣品中,有 5 份出現了極端數量的遺傳變化,不能用隨機事件來解釋。”

研究人員分析的是拷貝數變異,也就是指的人體 DNA 中基因拷貝的數量。文章的另外一位通訊作者 James R. Lupski 教授說:“DNA 中的拷貝數變異就像一本書中重複或者缺失的段落和頁面。比如說,如果一本書中重複了一兩頁,你可能會認為是隨機錯誤。但假如有 10 個不同的頁面出現了重複,你就會懷疑這不是偶然發生的了。我們希望能瞭解人類基因組中出現這許多個的新拷貝數差異突變背後的基本機製”。

影響人體早期發育的現象

研究人員將這種現象稱為 multiple de novo copy number variants(多重全新拷貝數變異),從它的名稱中可以看出,這些拷貝數變異數量很多,且是全新的(de novo)。這意味著攜帶這種遺傳變化的患者不是從他們的父母處遺傳了這些突變,因為親本都不攜帶這些突變。

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在這種罕見的情況中,拷貝數變異增加兩倍或三倍的可能比丟失的可能要多得多,而且是在兒童所有的細胞中都出現。由於不是從父母處遺傳而來,研究人員認為額外的基因拷貝可能發生在雙親的生殖細胞:精子或卵細胞中,並且是在受精之前或受精後非常早就出現了。

這種突變的遺傳變化隻發生在胚胎發育的早期階段,之後就停止。研究人員指出有趣的是,儘管存在大量的突變,但這些年幼的患者隻是出現了相對輕微的神經系統問題。研究人員正在分析更多的患者樣品,希望能尋找到更多的多個拷貝數變異的病例,繼續深入的探索這種罕見現象。

該項發現的意義

Pengfei Liu 博士說:“我們希望,隨著世界各地的研究人員瞭解了這種情況,能發現越來越多的病例。這將有助於增加對基礎機製的理解,以及發育障礙中和在癌症中為何以及如何會出現致病性拷貝數變異。”

這一發現在很大程度上得益於貝勒遺傳學實驗室進行的多方面基因分析和基因組資料分析。Lupski 教授說:“貝勒遺傳學診斷實驗室是臨床基因組學新時代的先驅之一,他們正在開發的臨床基因組學對於促進和支援美國國立衛生研究院的精確醫學倡議,產生基因組學資料,進一步推動人類基因組研究是非常必要的。”

中國的胚胎基因組計劃

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在生物基因研究和資訊分析技術高速發展的今天,基因組學已經廣泛應用到臨床,並顯示出有別於傳統醫學的巨大優越性。中國在臨床基因組方面的研究也並不落後,為了探索未知的胚胎早期發育的奧祕,最終實現減少出生缺陷、提高人口素質的目標。中國胚胎基因組計劃(CEGP)由首席單位山東大學附屬生殖醫院和中國遺傳學會遺傳諮詢分會於 2016 年 8 月 7 日在上海聯合發起,併成立專門的計劃委員會。

該計劃旨在通過對胚胎的檢測及研究進行大規模的臨床驗證及探索,獲得一手的臨床資料,為建立 PGS/PGD 的臨床標準規範、評價新技術對胚胎檢測的安全性、準確性和可信度提供理論支援。

為了從根本上實現新生兒遺傳疾病的早發現、早診斷,針對新生兒疾病的基因組計劃也同步啟動,計劃 5 年內完成 10 萬例新生兒基因檢測。旨在構建中國新生兒基因組資料庫,建立新生兒遺傳病基因檢測標準,形成生命早期的遺傳病診治、藥物基因組、生長髮育評估等跨組學資料整合和臨床應用,推動出生缺陷的精準幹預。

參考資料

An Organismal CNV Mutator Phenotype Restricted to Early Human Development

Scientists find a striking number ofgenetic changes can occur early in human development

中國胚胎基因組計劃

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中國胚胎基因組計劃啟動 5 年將完成 10 萬例基因檢測

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