醫(yī)學遺傳學/基因定位的應用

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醫(yī)學遺傳學基礎

基因定位
- 基因定位的方法
- 基因定位的應用
- 人類基因組計劃

基因定位和基因圖對遺傳學、醫(yī)學和人類及生物進化的研究都有十分重要的意義。它可提供遺傳病和其他疾病的診斷的遺傳信息，可以指導對這些疾病的致病基因的克隆和對病癥病因的分析與認識，這些又取決于遺傳圖和物理圖的相互依賴關系。通過多態(tài)位點標記進行連鎖分析獲得物理圖的位置有助于遺傳作圖，同時通過連鎖分析（部分有減數(shù)分裂的交換）又能指導物理作圖，使基因定位更為精細。

1．連鎖分析檢測基因突變指導遺傳病的診斷 通過遺傳連鎖圖可以在缺少任何生化或分子性質信息情況下對遺傳病進行診斷。例如應用RFLP進行的臨床診斷（詳?shù)谑拢?。應當指出，由于多種遺傳標記的定位，使RFLP的應用更加廣泛。遺傳圖對疾病診斷的價值最明顯的是當某一基因已被定位于某染色體，但尚未被克隆時，就可依賴于運用一個或多個遺傳標記進行連鎖分析，利用它和該基因的重組關系進行基因診斷。

2．連鎖分析進行致病基因的鑒別與定位 前段說明已知疾病基因與遺傳標記相關進行連鎖分析以診斷疾病，然而要認識這種關系就需要：①有足夠數(shù)量家系來確定這種連鎖；②有適當可提供信息DNA標記。后者較易，前者則難，尤其是稀少的疾病，患者在年幼時死亡。這時采取兩種方法，一是少數(shù)的大家系，并從此家系成員中獲得DNA信息，其優(yōu)點是所有患者都是一個遺傳病，并由單一基因突變引起；二是收集大量的小家系。前者如慢性進行性舞蹈病，后者如囊性纖維化（CF）。實際上，人們希望能發(fā)現(xiàn)連鎖需在大約20cM距離或以下，再大的距離一般就難于發(fā)現(xiàn)連鎖關系，特別是分子遺傳學的新進展推出的反向遺傳學――位置克隆的策略，更加速了疾病基因的鑒定與定位。

3．促進對癌基因和瘤抑制基因的定位與克隆，從慢性粒細胞白血病的Ph染色體的發(fā)現(xiàn)，了解到是染色體9和22的易位，以及Burkitt淋巴瘤染色體t(8：14)。1982年證實c-myc癌基因定位于8q24，并對其基因分子的結構有了深入認識?，F(xiàn)今已知有100多種癌基因和約10種腫瘤抑制基因。而且腫瘤細胞遺傳學異常的報道日益增多，到1993年10月，與染色體畸變相關的腫瘤總數(shù)達239種，其中結構畸變有188，數(shù)目畸變為51種。這些資料就充分說明基因定位和克隆對腫瘤的鑒別定位及其深入研究有著密切關系。當然，基因定位與基因圖的發(fā)展，也推動了許多常見復雜病的遺傳因素的研究。

4．位置克隆與基因定位 基因定位的重要應用之一是據(jù)此進行基因克隆（gene cloning）。致病基因克隆有兩種基本策略：一是功能克隆，二是位置克隆。

（1）功能克隆（funetional cloning）：是利用疾病已知的遺傳損傷而引起的生化功能如蛋白質基酸缺陷的信息，進行基因定位，進而克隆該致病基因。以進行的基因克隆大都是預先測知疾病基因的編碼蛋白質，利用其mRNA反轉錄成cDNA，再用cDNA作探針，從人基因組中“約”出基因本身。然而，絕大多數(shù)遺傳病的基因產(chǎn)物不明，就無法用功能克隆策略進行基因克隆。

（2）位置克?。╬ositional cloning）：是先進行基因定位作圖，然后找一來自該區(qū)的基因并進行克隆，在此之后才能明確該基因的功能。早先稱之為逆向遺傳學（reverse genetics），但究其基因鑒定到基因定位制圖的全過程并非都是“逆向”的，而具遺傳學的傳統(tǒng)模式，故現(xiàn)多稱其為位置克隆。

據(jù)HGM93國際會議的資料，至1993年，運用位置克隆策略克隆的人類疾病基因共有26個，其中1993年就有11個，如慢性進行性舞蹈?。℉D）基因，肝豆狀核變性（Wilson病，WND）基因等。位置克隆的操作過程如圖7－4所示。

遺傳病致病基因運用位置克隆的成功例子很多，典型之一是假肥大型肌營養(yǎng)不良（DMD）基因的克隆。學者們利用受累女性X染色體與常染色體21的易位，以及男患兒發(fā)生小的Xp21.2缺失并伴發(fā)3種其它X連鎖隱性遺傳病，再運用RFLP連鎖分析將DMD基因定位于Xp21。Ray等利用了X與21號染色體基因易位，于1986年克隆了該基因的一部分，即XJ系列探針。Kunkel等于同年利用男患兒（B.B）的DNA，通過靈敏的技術提純得自有Xp21.2缺失的片段，即后來稱為pERT87系列的探針。雖然細胞遺傳學檢查未見此缺失，但患者的DNA中確有

位置克隆操作過程圖解

圖7－4 位置克隆操作過程圖解

pERT87系列探針對7個DMD患兒的Sorthern印跡分析

圖7－5 pERT87系列探針對7個DMD患兒的Sorthern印跡分析

圖中患兒1、7無缺失，2-6出現(xiàn)缺失，所有患兒均未見細胞遺傳學的缺失

pERT87的缺失，這說明該片段可能是DMD基因的一部分。圖7－5表示用DNA印跡雜交法，觀察到pERT87區(qū)附加的缺失片段（87－1、87－2、87－18等），而且缺失片段不斷向此克隆區(qū)兩側擴大，表明DMD可能是一個很大的基因。

為證明該區(qū)的DNA片段是否含有DMD基因的外顯子，又用Northern印跡法檢測一個kb的特異肌肉轉錄物，接著克隆出它的cDNA，最后證明DMD基因的確很大，約為2300kb，占X染色體的1％以上，該基因編碼肌營養(yǎng)不良蛋白(dystrophin)，并測出它的氨基酸順序，該蛋白影響紋肌和心肌的結構和收縮功能。

關于基因定位，近年又興起一種候選基因方法（candidate gene approach）。此法無需經(jīng)過基因圖和物理圖的過程，而根據(jù)某種遺傳病和特定基因分別定位于染色體的同一區(qū)域，而后再發(fā)現(xiàn)并鑒定其基因突變，則可研究此致病基因。自1992－1993年用此法克隆基因已有十幾個，如SOD1（肌萎縮性側索硬化癥）、RET（多發(fā)性內分泌促瘤2A型）基因等。