分子细胞遗传学技术精.ppt
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1、分子细胞遗传学技术第1页,本讲稿共62页基因诊断的中心问题是认识基因诊断的中心问题是认识遗传变异遗传变异、基因突变基因突变及与及与表型表型之间的关系之间的关系第2页,本讲稿共62页一、分子细胞遗传学技术一、分子细胞遗传学技术第3页,本讲稿共62页荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术(fluorescence in site fluorescence in site hybridization,FISHhybridization,FISH):用荧光物质标记特异性):用荧光物质标记特异性DNADNA探针,与探针,与中期细胞染色体或间期细胞核杂交,鉴别和确定出生缺陷、中期细胞染色体或间期细胞核杂交,鉴别
2、和确定出生缺陷、肿瘤细胞染色体异常,分辨率可达肿瘤细胞染色体异常,分辨率可达5050500 kb.500 kb.第4页,本讲稿共62页荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术(Fluorescence in site Fluorescence in site hybridization,FISHhybridization,FISH)的特异性)的特异性DNADNA探针探针基因座特异性探针基因座特异性探针:克隆扩增获得。在基因制图方面的努力,越:克隆扩增获得。在基因制图方面的努力,越来越多的这方面探针可以使用来越多的这方面探针可以使用着丝粒重复序列探针着丝粒重复序列探针:这些特异性的探针可在中期染色体和间
3、:这些特异性的探针可在中期染色体和间期细胞核中产生强烈信号,可以鉴别特异性染色体。期细胞核中产生强烈信号,可以鉴别特异性染色体。全染色体涂染探针全染色体涂染探针:通过对来自:通过对来自特异性染色体分检库特异性染色体分检库或仅含一条或仅含一条人类染色体的人类染色体的杂种细胞杂种细胞DNA扩增制备。这种扩增制备。这种DNA序列的混合物与序列的混合物与一条染色体上的多个位点同源。因此在中期核内,整条染色体得一条染色体上的多个位点同源。因此在中期核内,整条染色体得以被涂染。通过使用不同的荧光素,在一个中期染色体涂片上可以被涂染。通过使用不同的荧光素,在一个中期染色体涂片上可以鉴别几条不同的染色体。以鉴
4、别几条不同的染色体。第5页,本讲稿共62页应用应用1515号染色体一基因特异性探号染色体一基因特异性探针(红色)杂交确定其是否缺失;针(红色)杂交确定其是否缺失;绿色探针鉴定绿色探针鉴定1515号染色体着丝粒。号染色体着丝粒。2424种不同染色体涂染探针杂交得种不同染色体涂染探针杂交得到的彩色染色体到的彩色染色体第6页,本讲稿共62页染色体技术的染色体技术的应用应用1 1inv(14)(p12q24)t(2;11)(2q34;11q13)第7页,本讲稿共62页细胞遗传学研究中染色体技术细胞遗传学研究中染色体技术的应用的应用FISHFISH技术检出技术检出t(2;14)t(2;14)第8页,本讲
5、稿共62页染色体技术的染色体技术的应用应用2 2inv(9)(p12q13)第9页,本讲稿共62页分子细胞遗传学:分子细胞遗传学:DMD基因第基因第46号外显子缺失号外显子缺失第10页,本讲稿共62页细胞遗传学研究中染色体技术的应用细胞遗传学研究中染色体技术的应用9 9号染色体涂染探针杂交。箭头示号染色体涂染探针杂交。箭头示易位到易位到1010号染色体上的来自号染色体上的来自9 9号号染色体的片段染色体的片段2121号染色体涂染探针号染色体涂染探针FISHFISH杂交,杂交,显示显示2121三体三体第11页,本讲稿共62页比较基因组杂交(比较基因组杂交(comparative genomic
6、comparative genomic hybridization,CGHhybridization,CGH)近年在近年在FISHFISH技术基础上发展起来的一种新的分子细胞遗传学技术技术基础上发展起来的一种新的分子细胞遗传学技术(19921992,KallioniemiKallioniemi)。其基本原理是用不同荧光物质分别标记)。其基本原理是用不同荧光物质分别标记肿瘤细胞肿瘤细胞DNADNA和正常人细胞和正常人细胞DNADNA,然后与正常人中期细胞染色体杂,然后与正常人中期细胞染色体杂交。交。通过检测染色体上两种荧光信号的相对比值,了解肿瘤细胞通过检测染色体上两种荧光信号的相对比值,了解肿
7、瘤细胞DNADNA拷贝数的变化,并可在染色体上定位。拷贝数的变化,并可在染色体上定位。这一技术已广泛这一技术已广泛应用于肿瘤基因组不平衡的检测应用于肿瘤基因组不平衡的检测。第12页,本讲稿共62页比较基因组杂交的原理比较基因组杂交的原理第13页,本讲稿共62页 待测待测DNADNA(肿瘤细(肿瘤细胞胞DNADNA,test DNA)test DNA)为绿色为绿色 参照参照DNA(DNA(正常细胞正常细胞DNADNA,reference reference DNADNA)为红色)为红色 复染为蓝色复染为蓝色人食管鳞癌细胞株的比较基因组杂交人食管鳞癌细胞株的比较基因组杂交第14页,本讲稿共62页A
8、.A.中期染色体的中期染色体的DAPIDAPI的的 复染图复染图B.中期染色体比较基因组杂中期染色体比较基因组杂 交(交(CGHCGH):红色区域表示):红色区域表示 丢失,绿色区域表示扩增。丢失,绿色区域表示扩增。第15页,本讲稿共62页CGHCGH的优点:的优点:经一次染色体原位杂交实验即可在整条染色体或染色体区经一次染色体原位杂交实验即可在整条染色体或染色体区带水平对待检基因组带水平对待检基因组DNADNA序列拷贝数改变进行检测和定位。序列拷贝数改变进行检测和定位。无需进行染色体培养,对于不易制备良好分裂相的实体瘤尤为适用。无需进行染色体培养,对于不易制备良好分裂相的实体瘤尤为适用。所需
9、染色体所需染色体DNADNA可来自各种组织,如新鲜组织、福尔马林固定的可来自各种组织,如新鲜组织、福尔马林固定的组织、石蜡包埋组织,可在很少量的基础上检测,利于做回顾性组织、石蜡包埋组织,可在很少量的基础上检测,利于做回顾性研究。研究。第16页,本讲稿共62页CGHCGH的局限性:的局限性:难以检出以下异常:平衡易位,微小突变,基因重排,难以检出以下异常:平衡易位,微小突变,基因重排,倍体水平改变。倍体水平改变。结果可能受到一些因素影响:正常细胞存在,肿结果可能受到一些因素影响:正常细胞存在,肿瘤自身的遗传异质性,系统的波动。瘤自身的遗传异质性,系统的波动。灵敏度:限于检测较大范围的缺失(灵敏
10、度:限于检测较大范围的缺失(10 10 30MB 30MB)第17页,本讲稿共62页二、突变分析与分子诊断二、突变分析与分子诊断第18页,本讲稿共62页(一)基因突变类型(一)基因突变类型点点突突变变:只只有有一一个个或或几几个个核核苷苷酸酸的的改改变变,是是突突变变中最多见的形式。中最多见的形式。稳定突变稳定突变:传递中不改变原有的突变。:传递中不改变原有的突变。动动态态突突变变:传传递递中中不不断断改改变变自自己己,多多见见于于短短重重复复序序列列的突变,在一代代传递中重复次数发生明显变化。的突变,在一代代传递中重复次数发生明显变化。第19页,本讲稿共62页点突变的结果:点突变的结果:(1
11、 1)同同义义突突变变(samesense samesense mutationmutation):碱碱基基替替换换后后,虽虽然然密密码码子子发发生生改改变变,但但编编码码氨氨基基酸酸没没有有改改变变(遗遗传传密密码码的的兼兼并并性性),亦称亦称静止突变静止突变。(2 2)错错义义突突变变(missense missense mutationmutation):碱碱基基替替换换,密密码码子子发发生生改改变后,编码氨基酸亦发生改变,编码另一个氨基酸。变后,编码氨基酸亦发生改变,编码另一个氨基酸。(3 3)无义突变无义突变(nonsense mutationnonsense mutation):碱
12、基替换后,使编码氨):碱基替换后,使编码氨基酸的密码子变成一个终止密码子。基酸的密码子变成一个终止密码子。(4 4)中性突变:包含两种情况,即)中性突变:包含两种情况,即“同义突变同义突变”和不改变蛋白质和不改变蛋白质功能的功能的“错义突变错义突变”第20页,本讲稿共62页基因突变形式基因突变形式碱基的插入和缺失碱基的插入和缺失碱碱基基的的插插入入和和缺缺失失:基基因因编编码码序序列列中中插插入入或或丢丢失失一一个个或或几几个个碱碱基基,其其结结果果是是突突变变点点下下游游碱碱基基序序列列发发生生移移码码,编编码码氨氨基基酸酸序序列列都都发发生生改改变变,又又称称移移码码突突变变(frames
13、hift frameshift mutmuta ationtion),并并可可在突变点下游提前出现终止密码。在突变点下游提前出现终止密码。第21页,本讲稿共62页碱基的插入和缺失的结果碱基的插入和缺失的结果:将导致:将导致移码突变移码突变(frameshift frameshift mutmuta ationtion),并可在突变点下游并可在突变点下游提前出现终止密码提前出现终止密码产生产生截短型蛋截短型蛋白白缺失突变缺失突变第22页,本讲稿共62页基因突变形式基因突变形式框框内内突突变变(inframe inframe mutationmutation):3 3个个或或是是的的倍倍数数的的碱
14、碱基基缺缺失失或或插插入入导导致致的的突突变变,使使基基因因丢丢失失或或增增加加1 1个个或或几几个氨基酸。个氨基酸。DNA DNA 大大片片段段缺缺失失或或复复制制(large large deletion deletion or or duplication)duplication):几几百百个个bpbp至至几几十十个个kbkb的的碱碱基基缺缺失失或复制。或复制。第23页,本讲稿共62页各种类型病理性突变的比例各种类型病理性突变的比例1.1.无义突变和移码突变:无义突变和移码突变:60602.2.稀有的错义突变:稀有的错义突变:20203.3.DNADNA大片段缺失或重复大片段缺失或重复:
15、2020另外:可能和疾病风险评估有关的大量的多态位点另外:可能和疾病风险评估有关的大量的多态位点微小突变微小突变第24页,本讲稿共62页(二)(二)目前常用的对目前常用的对已知已知点突变的分析技术点突变的分析技术限制性片段长度多态性(限制性片段长度多态性(RFLPRFLP)等位基因特异性(等位基因特异性(PCRPCR)扩增()扩增(ASAASA)等位基因特异性寡核苷酸杂交(等位基因特异性寡核苷酸杂交(ASOASO)DNADNA芯片芯片第25页,本讲稿共62页1.1.限制性片段长度多态性(限制性片段长度多态性(RFLPRFLP)分析)分析当突变影响到某一限制性内切酶位点时,当突变影响到某一限制性
16、内切酶位点时,可通过酶切可通过酶切PCRPCR产物,电泳分析产物,电泳分析:限制性片限制性片段长度多态性(段长度多态性(RFLPRFLP)第26页,本讲稿共62页2.2.等位基因特异性(等位基因特异性(PCRPCR)扩增()扩增(ASAASA)通过设计两个通过设计两个5 5端引物,一个与正常端引物,一个与正常DNADNA互补,一个互补,一个与突变与突变DNADNA互补。分别加入这两种引物及互补。分别加入这两种引物及3 3端引物进端引物进行两个平行的行两个平行的PCRPCR,分析结果,分析结果。第27页,本讲稿共62页3.3.等位基因特异性寡核苷酸杂交(等位基因特异性寡核苷酸杂交(ASOASO)
17、设计两段寡核苷酸探针,其中包含发生突变的位设计两段寡核苷酸探针,其中包含发生突变的位点,点,一段与野生型链互补一段与野生型链互补,一段与突变型链互补一段与突变型链互补。杂交分析是否存在突变杂交分析是否存在突变第28页,本讲稿共62页4.4.基因芯片:基因芯片:SNP位点的检测位点的检测第29页,本讲稿共62页Microarray-based method for genotyping of functional single nucleotide polymorphisms using dual-color fluorescence hybridization.Mutat Res.2004;5
18、48:97-105第30页,本讲稿共62页(三)目前常用的(三)目前常用的未知未知基因突变分析技术基因突变分析技术异源双链体形成分析(异源双链体形成分析(Heteroduplex analysis,HA)单单链链构构象象多多态态性性分分析析(Single-strand conformation analysis,SSCP)变变性性梯梯度度凝凝胶胶电电泳泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)变变性性高高效效液液相相色色谱谱分分析析(Denaturing high performance liquid chromatography,DHPLC
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