遗传学和疾病的概述

Genetics
 

Summary

人类的许多疾病都与基因突变或基因序列的变化相关联。一些这些遗传变异是遗传的从一代一代传下来,其他人在有机体的生命过程中偶尔出现而导致的疾病。研究人员正试图确定和辨别这些遗传的改变,希望能提高诊断和治疗选择病人。

在这个视频中,我们将研究的遗传疾病的研究,历史,和探索医学遗传学家提出的关键问题。然后讨论了用来确定疾病的遗传基础的各种工具,包括基因分型技术和全基因组关联研究 (GWAS)。最后,介绍了几个当前的医学遗传学研究的例子。

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JoVE Science Education Database. 遗传学精要. 遗传学和疾病的概述. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

人类的许多疾病有遗传的成分,意思,他们由变异或个人 DNA 突变引起。遗传性的遗传疾病是指那些可以被传下来的一代一代人,但并不是所有的遗传疾病是遗传的包括多种类型的癌症。通过发现并描述疾病相关基因,科学家和临床医生希望提高患者的诊断和治疗。

这个视频将目前的遗传疾病简史、 引进关键提问遗传学家、 描述一些工具,用于回答这些问题,和讨论几个当前应用程序。

让我们首先回顾一些地标研究史中的遗传疾病的研究。

1803 年,约翰 · 康拉德奥托发表了一篇文章,描述一种血液凝结主要影响男性的障碍。虽然奥多承认,这种疾病在某些家庭跑了,这是约翰 · 海伊定义其遗传模式在 1813 年,显示受影响的男子可以将这种疾病传递给他们通过未受影响女儿的孙子。今天,这种疾病被称为血友病,和我们现在知道它由特定的血液凝血因子位于 x 染色体上的基因隐性突变引起。因为女性通常有两条 x 染色体,而男性只有一个,女性承受一个突变的基因副本的人是健康的但具有突变男性会显现这种疾病。

在 1896 年,阿奇博尔德 Garrod 发现一罕见的遗传性的疾病,称为尿,病人的尿液变成黑色时暴露在空气中。他推测,这些人缺乏一种酶参与蛋白质的化学分解,提出类似"新陈代谢的先天的缺陷"可能很多遗传性疾病的原因。

基础上 Garrod 的工作,在 1941 年,乔治 · 比德尔和爱德华姆进行了实验与面包上的霉菌看酶代谢途径中的作用。他们说一个基因指定生产的一种酶,控制代谢的途径,一步一个脚印的建议后来被称为"一个基因,一个酶假说"。

在 1966 年,维克托 · 麦库西克,"医学遗传学之父"的罕见的遗传性疾病,在研究的先驱孤立人口、 编译和出版人类孟德尔遗传,仍会继续更新今天的遗传性疾病最终的产品目录。

虽然许多科学家调查了遗传性的疾病,别人寻找出现偶然发生的如癌症等疾病的遗传基础。在 1976 年,约翰 · 迈克尔 · 毕晓普和 Harold Varmus 证明了"癌"是其编码的蛋白质获得新的或增强的功能的一种突变的基因。这些"增益的函数"突变往往导致不受控制的细胞增殖,癌症发生的重要标志。

在相同的十年,阿尔弗雷德 · 努发现其他的基因,称为肿瘤抑制因子,不仅有助于癌症,当两个副本中的基因突变导致"损失-的-功能"的编码的蛋白质。努的想法后来被称为"二次打击"的假说。

1983 年,朝定位致病基因取得了重大进展时詹姆斯 Gusella 定期间隔、 高度可变的 DNA 片段称为限制性片段长度多态性用于映射到染色体四的亨廷顿氏舞蹈病基因。

为进一步促进这一进程的基因作图、 1990 年科学家国际财团推出序列 DNA 在人类的整个集人类基因组计划。2004 年,这一项目已大致完成。

一年后,数据发布开始从国际 HapMap 项目,其目的是创建序列变异不同人类种群间的全基因组图谱。这些数据现在允许研究者测试之间的遗传变异与常见疾病的关联。随着高通量测序技术,伴随着不断降低成本,使用排序,找出引起疾病的突变患者日益成为现实。

在审查后一些历史的亮点,让我们检查在医学遗传学中的几个基本问题。

第一,许多遗传学家想知道是否特定疾病由遗传因素所控制。开始,他们可能会寻找证据可以继承这种疾病,利用经典的办法,如学习家庭或兄弟姐妹。这些研究也是强大的确定是否这种疾病是单基因或孟德尔,这意味着它由单个基因; 基因突变引起或者是多因素或复杂的它由多种遗传和环境因素引起的意义。

遗传学研究复杂的疾病,如帕金森或心脏疾病,并特别难梳理,许多研究人员试图跨人口使用大规模的研究以确定与这些疾病有关的遗传变异。两个相互竞争的模型塑造科学家们如何解决这一问题。"常见疾病/常用变种"假说的参与很多的遗传变异,是共同在人群中,每个有只有轻微的影响,而"多个种罕见的变异"假说认为相对罕见变异很大的影响的重要性。

最后,遗传学家也探讨如何不同遗传技术能应用于临床诊断。他们可能会检查方式尽量减少病人 DNA 测试,所需的量或优化 DNA 纯化从方便样本,如唾液或血液,以评估疾病的危险因素。

现在,你知道的一些关键问题问的遗传学家,让我们看看他们使用的技术来找到答案。

基因分型的单核苷酸多态性或单核苷酸多态性,是使用最广泛的方法,用于识别 DNA 序列变异的人口之一。可以检测到单个核苷酸的差异,通过杂交 DNA 片段互补的寡核苷酸,或使用高度特定序列的限制性内切酶,产生大小不同的碎片。

基于测序的基因分型是另一种常见的方法,寻找的致病突变。古典的桑格法基于标签的链终止核苷酸纳入由 DNA 聚合酶在体外复制过程中,经常使用的一个候选基因已知时。

为更大的尺度分析,高吞吐量新一代测序技术可以用于生成大量的短序列,然后可以向受影响的控制基因组,找出疾病相关基因突变比较。

对于复杂的疾病,全基因组关联研究或 GWAS,用于识别单核苷酸多态性在受影响的不同频率和控制人口的不相关的科目。单核苷酸多态性在受影响的人口的更高的频率表明变异和疾病之间的关联。

最后,各种细胞遗传学技术可以检测出可能导致疾病的基因组的结构变化。整条染色体可以染色,形成染色体核型为识别结构或数量的变化。另外,荧光原位杂交技术使用标记的寡核苷酸探针来直观显示特定的 DNA 序列。

现在,您已经熟悉一些方法用于基因的发现,让我们看看他们在疾病研究中的应用。

找出引起疾病的突变的一种方法是结合测序的家系研究。在此研究中,基因变异检测精神分裂症患者候选基因测序。这些突变被归类为自发的或de novo,因为他们不继承的。

另一个应用程序包括链接到复杂的疾病,通过研究协会的罕见的基因变异。在这里,研究人员汇集从大约 1000年个人,用的新一代测序技术检测中 32 癌症相关基因的突变基因组。汇集的测序技术确定已知和新颖的罕见变异,包括那些被发现与可比较像 GWAS 的技术。

最后,测序技术用于告知许多临床诊断。在这个实验中,调查人员提取和 DNA 碎片从肿瘤。然后通过绑定到化学标记互补的寡核苷酸,并使用蛋白质与高亲和力的标记来捕获并收集这些 DNA 复合物分离全部蛋白质编码外显子。捕获的 DNA 被测序,然后相比健康对照样品,以便查明癌症引起的突变。

你刚看了基因与疾病的朱庇特的导论。在这个视频中,我们回顾了医学遗传学史上问的遗传学家、 突出的研究策略和当前应用程序的一些关键问题。谢谢观赏 !

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