Secondary Findings in Genomic Research

作者：Martin Langanke, Pia Erdmann, Kyle B. Brothers

索书号：Q75/S445/2020/Y

ISBN：9780128165492

藏书地点：武大外教中心

随着人类基因组计划(Human genome project, HGP)和国际人类基因组单体型图计划(The interna- tional HapMap project)的完成以及高通量生物芯片技术的成功研发，人们广泛利用高通量全基因组生物芯片的技术手段，采用关联分析的方法即全基因组关联研究(Genome-wide association studies, GWAS)来筛选复杂疾病易感基因，取得了前所未有的成就。但由于GWAS存在着一定的局限性，同时随着新一代测序技术的迅猛发展，促进了全基因组测序和全基因组外显子测序的发展。本文就全基因组外显子测序的研究方法及其应用作一综述。

GWAS是通过对大规模的群体(病例/对照)DNA样本进行包括单核苷酸多态性变异(Single-nucleotide polymorphisms, SNPs)、拷贝数变异(Copy number variation, CNV)在内的全基因组高密度遗传标记并分型，从而寻找与复杂疾病相关的遗传因素的研究方法，掀起了人类基因组研究第3次浪潮。自2005年以来，利用GWAS对多种常见疾病进行了研究,发现和重复验证了近2000个SNPs或位点,其中包括以前未检测到的而与疾病密切相关的基因及部分未知基因。但此方法有其欠缺，如容易产生假阳性和假阴性，而且发现的与疾病关联的SNPs多位于基因间或内含子上，很少位于功能区(如外显子区和5'UTR区)。同时,芯片检测位点有一定的有限性,除Ilumina的新一代全基因组基因分型芯片外，多数是发现常见变异(Minor allele frequency, MAF >5%)，而对稀有变异(MAF<5%)和其他结构变异不敏感。目前，GWAS是基于常见疾病/常见变异的假说，而越来越多的研究结果表明许多复杂疾病是由稀有变异造成的，而这种基于芯片的GWAS在实验设计时尚未充分考虑这部分信息，故而较难搜寻稀有变异。过去主要通过定位克隆、物理作图和候选基因测序的方法研究孟德尔疾病，但这些方法受到诸多因素的限制，如患者人数少、家系少或小、有意识的减少生育等，许多孟德尔疾病尚未发现其致病基因。

现有的技术和研究方法在研究孟德尔疾病和复杂疾病时均遇见了难以解决的问题，迫切需要新技术的出现。而随着新一代测序技术的迅速发展、测序费用降低和时间缩短，使得全基因组和全基因组外显子测序在大规模人群中的运用成为现实。由于全基因组测序的费用在短时间内很难降到与外显子测序相当的价格，在经费一定的情况下，全基因组外显子测序更适合大批量样本研究以获得高深度的测序数据。更重要的是，目前一致认为大部分功能变异都潜藏在外显子中，这是因为引起孟德尔疾病的突变主要位于基因内造成的。因此，全基因组外显子测序已成为现阶段基因测序工作的重心。

由于全基因组外显子测序技术在孟德尔疾病和复杂疾病研究中的优势，目前已有成功运用该技术进行基因诊断和分子诊断的报道。Choi 等通过NimbleGen 2.1 M芯片和llumina测序系统，对疑似Bartter综合征的5例高加索人进行测序,结果发现其中1例患者的SLC26A3基因(为先天性氯腹泻的位点)的一个错义突变D652N，说明该患者是先天性氯腹泻，而不是Bartter 综合征，其临床也支持这个诊断。后期对39例疑似Bartter综合征和95例对照进行Sanger测序验证，发现其中5例患者是SLC26A3纯合子突变，且临床表现也符合先天性氯腹泻诊断。上述研究表明全基因组外显子测序可以用于发现疾病相关的基因信息，利用测序信息结合临床特征可对相关遗传病做出正确的诊断，从而进一步证明全基因组外显子测序能运用于疾病的分子诊断。除此之外,还有利用全基因组外显子测序的策略对其他临床上难诊断的疾病进行诊断的相关报道,如新生儿糖尿病、难治性炎性肠病和Charcot-Marie-Toothatrophy综合征的分子水平的诊断。

目前，全基因组外显子测序已在孟德尔疾病或罕见综合征的研究中取得了重大突破，证实了全基因组外显子测序对鉴定孟德尔疾病或罕见综合征的致病基因是行之有效的;可以运用在复杂疾病的研究中，目前在肿瘤方面的研究较多,但由于该技术，存在一些尚待完善的问题，导致全基因组外显子测序在常见疾病的研究进展缓慢，但随着技术的发展和后续分析手段的丰富，预期在不久的将来，外显子测序会广泛地运用到其他复杂疾病的研究中；也可以用于疾病的分子诊断，为临床一些难以诊断的疾病提供了一种新诊断思路。因此, Biesecker 等在Nature Genetics 发表评论说:外显子测序使得医学基因组学成为现实。全基因组外显子测序也存在不足之处:(1)该技术对结构变异与非编码区变异的研究具有局限性，而结构变异和非编码区变异也可能与疾病相关，可通过全基因组测序研究非编码区变异，同时进行基因组组装,同基因序列对比后发现一些结构变异，如CNV、indels, 此外还可以结合芯片研究检测CNV;(2)在目标区域的捕获时，存在捕获不均、捕获偏差等现象，可以通过增加测序深度，获得更多的序列信息进行统计分析,以尽可能的弥补这些偏差; (3) 研究常见疾病的罕见突变时，需要庞大的样本量，也导致了测序的费用的升高；目前用于验证的基因分型的平台如Sequenom 、TaqMan主要适用于研究常见变异，需要定制芯片或通过Sanger测序，但这些方法耗时和价格较昂贵;数据分析的方法仍然不够完善，尚待解决，难以从海量的数据中迅速发现具有重大价值的信息。尽管如此，由于外显子是与疾病及表型相关的最具特征性的区域，并且迄今为止较难评价非编码区域对疾病的影响，所以在全基因组测序费用居高不下的今天，全基因组外显子测序仍然不失为一个很好的选择。外显子测序为阐明疾病的发病机理提供了新的线索，在疾病的基因诊断和致病基因的研究方面有广阔的前景，为之后的功能研究奠定了理论基础，从而为临床应用铺平了道路。

《基因组研究中的突变基因》一书于2020年由Academic Press出版社出版，作者是Martin Langanke, Pia Erdmann和Kyle B. Brothers。本书提供了一个单一可访问的资源，管理和报道基因组研究中的突变基因，由该领域的专家撰写相关章节。这本书可为基因组研究人员，临床医生，医学学生，遗传顾问，伦理学家，法律专家和法律学生提供参考。

本书作为研究基因组突变基因的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：

1、本书不仅介绍了基因组测序和基因组研究中突变基因的概念，还详细介绍了研究方法和技术，使读者能够更加全面的了解基因组研究中的突变基因。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对突变基因相关研究专业术语的认知。

4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。

本书目录

1. 概念、历史和争论

2. 对个人基因组发现进行的监督、管理和政策

3. 选择需要报告的突变基因:创建一个适合你的研究的列表

4. 突变基因是如何产生的

5. 知情同意和决策

6. 基因组研究的突变基因报告：利益相关者的态度和偏好

7. 公开基因组测序结果

8. 临床中突变基因的含义

9. 临床中发现突变基因的意义：建立通向ELSI未来的桥梁

兰天武汉大学生命科学学院博士研究生