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中南大学湘雅医院唐北沙教授团队基于第三代长读长测序技术成功鉴定FCMTE的致病机制 ...

2018-9-18 17:15| 发布者: 得宝宝优生顾问| 查看: 37| 评论: 0|来自: 测序中国

摘要: 基因组短串联重复序列异常扩展是脆性X综合征、亨廷顿舞蹈症及脊髓小脑性共济失调等神经系统遗传病的病因。由于二代测序技术存在读长过短、GC偏好等局限,无法准确检测重复序列区域引起的疾病;相比之下,第三代测序 ...

基因组短串联重复序列异常扩展是脆性X综合征、亨廷顿舞蹈症及脊髓小脑性共济失调等神经系统遗传病的病因。由于二代测序技术存在读长过短、GC偏好等局限,无法准确检测重复序列区域引起的疾病;相比之下,第三代测序技术,例如Oxford NanoporePacBio的长读长测序技术(Long read sequencing, LRS),凭借超长读长及轻松跨越高GC、高重复区域等优势,可有效检测基因组的重复序列扩张变异。

近日,中南大学湘雅医院唐北沙教授、美国费城儿童医院王凯教授与北京希望组生物科技有限公司(以下简称“希望组”)梁帆带领的团队在Journal of Medical Genetics杂志上在线发表关于家族性皮质肌阵挛性震颤伴癫痫(Familial Cortical Myoclonic Tremor with Epilepsy,FCMTE)致病基因鉴定的研究,文章题目为《Long-read sequencing identified intronic repeat expansions in SAMD12 from Chinese pedigrees affected with Familial Cortical Myoclonic Tremor with Epilepsy》[1]

家族性皮质肌阵挛性震颤伴癫痫(familial cortical myoclonic tremor with epilepsy,FCMTE)是一种较为罕见的常染色体显性遗传的特发性癫痫综合征,以成年期起病的皮质肌阵挛性震颤与频率稀发的癫痫为主要临床表现。最近,FCMTE致病基因率先被日本学者克隆,致病突变为SAMD12基因内含子区“TTTCA/TTTTA”五核苷酸重复序列高度异常扩展[2]

中南大学湘雅医院唐北沙教授研究团队一直致力于FCMTE致病基因的定位与克隆研究工作,旨在阐明其具体遗传学发病机制。该研究工作历经十余年,完成了微卫星Marker及SNP marker定位分析、染色体高分辨核型分析、Array-CGH、全外显子组测序、靶向捕获测序和全基因组测序等技术方法分析,没有明确发现,提示该神经系统遗传病致病变异的复杂性。2016年,研究团队将研究目标转向复杂结构变异,如短串联重复序列异常扩展变异。在这项最新研究中,唐北沙教授研究团队联合王凯教授及希望组团队最终运用Oxford Nanopore和PacBio Sequel的LRS技术并结合针对STR expansion检测敏感性高的Repeat HMM、inScan分析软件等准确检测及鉴定出中国人群FCMTE致病基因SAMD12的五核苷酸重复序列高度异常扩展的致病变异(图1、2、3、4)。这成为继日本学者之后对FCMTE致病基因又一佐证的研究报道。

图1:探索FCMTE致病基因的研究流程

图2:PacBio Sequel测序数据分析明确TTTTA和TTTCA扩展

图3:Nanopore测序数据分析进一步明确TTTTA和TTTCA扩展

图4:RP-PCR技术验证明确了(TGAAA/TAAAA)n异常扩展

该研究首次通过长读长测序技术鉴定出中国人群SAMD12基因内含子区短串联重复序列异常扩展导致FCMTE,不仅有助于更深入地了解癫痫疾病的分子致病机制,为中国FCMTE患者开发有效的治疗措施奠定重要的基础。同时,这项研究也有助于加速非编码区短串联重复扩展导致的其他孟德尔疾病的研究。此外,研究还表明,LRS是遗传性疾病分子诊断的有效工具,有助于推动人类基因组学的研究。

近几年,随着非编码区域的研究逐渐深入,利用长读长测序技术研究非编码区的致病突变越来越多。近期,The American Journal of Human Genetics期刊上发表了一篇文章,该研究通过结合PacBio测序进行全基因组关联研究(Genome-wide association studies),发现人类钙通道基因CACNA1C第三内含子中的一段串联重复(Tandem Repeat)与双相情感障碍和精神分裂症的发生密切相关[3]

希望组研究团队具备Nanopore、PacBio及BioNano等长读长技术平台,基于超算集群开发了脊髓小脑性共济失调、面肩肱型肌营养不良症等遗传病精准检测方案,不仅可以准确检测外显子区域及非编码区的致病结构变异(Structural Variation,包括CNV,串联重复,倒位,易位等),能极大提高遗传病的检出率,全方位满足各种疑难遗传病的精准检测。

此外,唐北沙教授团队一直致力于神经退行性疾病与神经遗传病致病基因克隆研究工作,早在上世纪九十年代,唐北沙教授便作为主要骨干参与了夏家辉院士团队在中国本土上克隆的第一个致病基因—“人类神经性高频性耳聋致病基因-GJB3基因”的研究工作。随后唐北沙教授团队采用新一代测序技术相继成功鉴定克隆了SCA35致病基因TGM6、ARCA致病基因CHIPUBA5、CMT致病基因HSP22及PKD致病基因PRRT2等,系统建立了神经系统遗传病高通量测序技术基因诊断与分析平台。目前该团队又采用LRS技术成功鉴定克隆了家族性皮质肌阵挛性震颤伴癫痫(FCMTE)致病基因SAMD12,将神经遗传病基因克隆研究工作迈向一个新台阶。

图注:唐北沙教授团队

参考文献:

[1] Zeng S, Zhang M, Wang X, et al. Long-read sequencing identified intronic repeat expansions in SAMD12 from Chinese pedigrees affected with familial cortical myoclonic tremor with epilepsy Journal of Medical Genetics Published Online First: 07 September 2018. doi: 10.1136/jmedgenet-2018-105484

[2] Ishiura H, Doi K, Mitsui J, et al. Expansions of intronic TTTCA and TTTTA repeats in benign adult familial myoclonic epilepsy[J]. Nature genetics, 2018, 50(4): 581.

[3] Song J, Lowe C B, Kingsley D M. Characterization of a human-specific tandem repeat associated with bipolar disorder and schizophrenia[J]. The American Journal of Human Genetics, 2018, 103(3): 421-430.

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