利用高通量测序对相互易位伴智障的罕见病例进行断裂点定位及致病基因克隆

Reciprocal translocations are usually an exchange of material between nonhomologous chromosomes. Around 6% carriers of reciprocal translocations show phenotypic abnormalities, such mental retardation and congenital malformations. Breakpoint mapping is essential for defining the genetics baisis for those patients, and likely reveals causative gene disruption. Mate Pair Sequencing is a powerful tool allowing rapid breakpoint mapping. We have already collected 14 cases of patients carrying reciprocal translocations with mental retardation, CNVs screening showed 8 of them carry no known pathogenic CNVs.In this study, we will perform Mate Pair Sequencing to map the breakpoint in these patients. We will identify gene disruption caused by breakpoint through bioinformatic analysis and sequencing, and further determine pathogenicity of the gene disruption through genotyping–phenotyping analysis and functional analysis. This project will not only define the genetic basis for patients carrying reciprocal translocations, but may also reveals novel causative genes.

染色体相互易位是指非同源染色体间片段的部分重排。约6%染色体相互易位携带者有智力障碍、先天畸形等异常表型。精确定位染色体相互易位断裂点是明确此类患者遗传学病因的关键,而且极大可能发现或克隆新的致病基因。基于Mate-pair文库构建策略的第二代测序（NGS）技术能快捷准确地检测到结构变异,为精确定位相互易位的断裂点及其致病机理的研究提供全新契机。本课题拟利用前期收集的8例已排除已知致病性CNVs，以智力障碍为典型表型的相互易位病例,采用基于Mate-pair文库构建策略的NGS技术精确定位相互易位断裂点,并通过对断裂点发生引起的DNA序列改变的分析、患者基因型-表型相关性的分析，及基因功能研究以发现或克隆新致病基因,并明确患者遗传学病因。本研究不仅为染色体相互易位伴表型异常的患者明确病因提供支撑,也为其他围绕罕见遗传病开展病因学研究提供重要参考。

染色体相互易位携带者中6%伴有智力障碍、先天畸形等异常表型，精确定位染色体相互易位断裂点是明确此类患者遗传学病因的关键。本项目以智力障碍、先天畸形等异常表型的相互易位患者为研究对象，行染色体相互易位断裂点精确定位研究，以明确其遗传学病因诊断。收集患者外周血样本，建立细胞株，在行核型、拷贝数变异（CNV）、FISH技术断裂点初步鉴定的基础上，运用高通量测序技术，搭建了PCR-free建库的全基因组测序的基因组结构变异检测方法，应用Breakdancer-1.45等软件预测候选断裂点，联合IGV可视化检测候选断裂点；针对高通量测序技术无法明确断裂点的患者，采用第三代Nanopore长片段测序技术进行测序，应用dnarrange染色体碎片排序技术等生物信息学方法定位候选断裂点，并进行 Sanger测序验证断裂点信息。同时，运用拓扑相关结构域（TAD）和RT-PCR进行功能预测和部分功能层面的验证。项目成功鉴定出3名患者的候选断裂点，进行DNA序列改变、患者基因型-表型相关性的分析。最终，明确了一例易位型PWS表型患者关键区域SNHG14基因断裂重组导致经典表型的遗传学病因；鉴定出一例平衡易位所伴的关键基因片段缺失，结合基因型-表型关系对患者明确了病因，从遗传学角度纠正了临床诊断；发现了定位于一个大TAD区域的部分倒位可能导致了一例外胚层发育不良患者的相关表型。项目建立了系统地检测染色体结构变异技术平台，不仅可以应用于平衡易位定位，还可扩展至全基因组范围的基因组变异检测，涵盖CNV，易位、倒位及其它隐匿型变异等多种类型的结构变异。结合RT-PCR从基因转录水平进行功能验证，拓扑相关结构域（TAD）从染色质结构水平进行致病机制的探索，基因型-表型关系临床遗传学分型，为未来基因组结构导致智力障碍、先天畸形遗传病病因学，以及更深入的基因功能研究和新基因的发现，疾病的诊断和产前诊断提供基础。