從細(xì)胞水平上理解,基因相當(dāng)于染色體上的一點,稱為位點。從分子水平上看,一個位點還可以分成許多基本單位,稱為座位。一個座位一般指的是一個核苷酸對,有時其中一個堿基發(fā)生改變,就可能產(chǎn)生一個突變。
基因的DNA序列改變方式有多種,基因變異對健康的影響,取決于變異的位置及是否改變蛋白質(zhì)的功能,那么常見遺傳變異類型有哪些呢?
基因變異是個體化醫(yī)學(xué)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)
人體基因組約包含31.6億個堿基對,編碼約3萬基因,平均每500-1000個堿基中會出現(xiàn)一個變異,如果按照0.1%的比例來算,就存在300萬種變異,那么為什么說這300萬種變異是個體化醫(yī)學(xué)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)呢?
基因變異是個體化醫(yī)學(xué)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)
人體基因組中的300萬種變異與疾病基因組與藥物基因組密切相關(guān),簡單來說,基因變異與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)密切相關(guān)。
疾病基因組涉及到健康狀態(tài)與無癥狀疾病狀態(tài)的基因組檢測,包括發(fā)病遺傳易感基因等,可以做到精準(zhǔn)的預(yù)測,預(yù)防。
藥物基因組涉及到有癥狀疾病狀態(tài)與慢病治療,包括藥物療效/毒性/耐藥/監(jiān)控/復(fù)發(fā)等相關(guān)基因,可以做到精準(zhǔn)的治療。
常見遺傳變異類型有哪些?
1單核苷酸多態(tài)性單核甘酸多態(tài)性 (single nucleotide polymorphisms, SNP):基因組某個位置中單個堿基的突變,通常頻率大于5%。90%以上的人類變異是由SNP引起, 是導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的主要原因。
案例介紹(見下圖):
CYP2C9:430C>T (Arg144Cys)
2插入缺失突變插入缺失突變 (Insert-deletion, Indel):基因組某個位置中一定長度核苷酸的插入(Insert)或者缺失(Deletion),合稱為Indel。
案例介紹(見下圖):
ACE I/D:Intron16 287bp insertion rs1799752
3錯義突變錯義突變是一個DNA堿基對的改變,導(dǎo)致由基因編碼的蛋白質(zhì)中某一個氨基酸被另一個氨基酸所取代。錯義突變的結(jié)果通常能使多肽鏈喪失原有功能,許多蛋白質(zhì)的異常就是由錯義突變引起的。
案例介紹(見下圖):
堿基A變成了C,編碼合成的蛋白質(zhì)發(fā)生了改變
4無義突變無義突變同錯義突變類似,也是一個DNA堿基對的變化,由一個氨基酸改變?yōu)榱硪粋氨基酸,但是,這種DNA序列改變將讓細(xì)胞翻譯肽鏈提前終止。這類突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)縮短,其可能影響蛋白功能或完全破壞蛋白功能。
案例介紹(見下圖):
堿基C變成了T,導(dǎo)致氨基酸合成提前終止,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能異常
5移碼突變移碼突變發(fā)生在DNA堿基的插入或缺失時改變基因的閱讀框。通俗的來講就是編碼氨基酸的密碼發(fā)生了錯位,從而改變了編碼合成氨基酸的種類,最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能發(fā)生改變,所得蛋白質(zhì)通常是無功能的。其中,插入、缺失和重復(fù)都可以是移碼突變。
案例介紹(見下圖):
移碼突變導(dǎo)致整體右移
6微衛(wèi)星微衛(wèi)星 (Microsatellite):又稱為短片段串聯(lián)重復(fù)序列,為基因組中2-6個核苷酸構(gòu)成的串聯(lián)重復(fù)序列。
案例介紹(見下圖):
UGT1A1*28
7微衛(wèi)星不穩(wěn)定 微衛(wèi)星不穩(wěn)定(Microsatellite instability, MSI ):某一個或者幾個微衛(wèi)星重復(fù)片段的增加或者減少導(dǎo)致的微衛(wèi)星長度改變的現(xiàn)象。一般由體內(nèi)DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)(MMR)活性改變所導(dǎo)致。
案例介紹(見下圖):
MSI vs MSS
8拷貝數(shù)變異拷貝數(shù)變異 (Copy number variation, CNV ):主要指基因組中1Kb到3Mb長度的DNA片段缺失、插入、倒置和重復(fù)等變異統(tǒng)稱為拷貝數(shù)變異。
案例介紹(見下圖):
HER2擴(kuò)增
9DNA甲基化DNA甲基化 (DNA methylation):最常見的表觀遺傳修飾,DNA的CG兩個核苷酸的胞嘧啶被添加甲基,形成5-甲基胞嘧啶,從而影響基因的表達(dá)。
案例介紹(見下圖):
MGMT啟動子甲基化
1 0融合基因融合基因 (Fusion gene):屬于染色體重排,兩個或者多個基因編碼區(qū)相連形成新的嵌合基因,產(chǎn)生新的融合蛋白。
案例介紹(見下圖):
ALK-EML4融合
隨著高通量測序技術(shù)的出現(xiàn),越來越多的序列變異被檢測到。臨床上,基因檢測一般用于識別或確定患病原因,并輔助臨床進(jìn)行個性化診療。
基因序列的解讀將是不得不面臨的一個重大挑戰(zhàn)。序列變異的解讀不僅可以揭示疾病風(fēng)險,分析發(fā)病機(jī)制,為個性化精準(zhǔn)治療提供科學(xué)依據(jù),還可以幫助理解個體差異。