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刘晶:表观遗传学改变在产前诊断的应用

来源:唐汉中医药网
摘要:l母体和胎儿基因在表观遗传学上的差异母体血浆中的DNA是胎儿和母体DNA的混合体,这虽然为无创性产前诊断提供了新的依据,但如何区分DNA究竟是母体还是胎儿的仍是一个问题。很多研究都证实了胎盘是胎儿DNA的主要源泉,研究胎盘上基因的表观遗传改变即能为区别胎儿和母体的DNA提供证据。g甲基化在调节maspin的组织特异性表......

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  l母体和胎儿基因在表观遗传学上的差异

     母体血浆中的DNA是胎儿和母体DNA的混合体,这虽然为无创性产前诊断提供了新的依据,但如何区分DNA究竟是母体还是胎儿的仍是一个问题。很多研究都证实了胎盘是胎儿DNA的主要源泉,研究胎盘上基因的表观遗传改变即能为区别胎儿和母体的DNA提供证据。maspir是一种在胎盘中表达的肿瘤抑制基因,有资料显示,DN.g甲基化在调节maspin的组织特异性表达上起着重要的作用。Stephen等人证明了相对于母体血细胞中的甲基化程度,胎盘上的maspin是低甲基化的,而且随着妊娠时期的进展,胎盘中未甲基化的maspin的序列亦越来越多,母体血浆中U-maspin(未甲基化maspin)即可成为区别于母体基医的表观遗传标记物而得以应用,他们还在妊娠的三个时期的胎盘中均发现高甲基化的RASSFlA用。

  2表观遗传改变和疾病的联系

  近年来,随着对遗传分子技术的不断认识,检测疾病特异性基因突变的技术能力不断提高,人们对以DNA甲基化,组蛋白修饰和染色质重塑为主的表观遗传改变对疾病发生发展的认识也日益增加,认识疾病基因水平表观遗传的改变,对早期产前诊断,治疗及预后都有深远的影响。

  2.1宫内胎儿生长迟缓(IUGR)  大多数的小于胎龄儿(SGA)是由于其胎盘的病态发育而影响胎儿正常发育,使他们发生宫内胎儿生长迟缓(IUGR)、出生时低体重和围产期死亡,儿童时期的神经系统疾病的几率也增加了。有研究证明几种印记基因的失调和IUGR相关㈣,Lin Guo,Sanaa Choufani等人推测表观遗传控制机制的改变会导致位于llpl5上的印记基因的失调,影响胎儿和胎盘的发育最终导致IUGR旧,并证明了H19 DMR(ICl)and KvDMR(IC2)一调节1lpl5染色体上的印记的主要的两种差异性甲基化基因组区域(DMRs),它们在IUGR中的表观遗传发生畸变,进而使其表达状态异常。这种畸变而导致的基因表达失调会影响胎盘的发育,使胎儿在子宫内多方面的成长和发育受限,并造成出生后的多种疾病的发生。

  2.2儿科综合症  除了表观遗传改变外,特异性突变会影响表观遗传通路上的元件,导致一些综合症的发生,如ICF综合症的DNMT3B,Rett综合症的MECP2,ATR-X综合症的ATR㈣。以Rett综合症为例,MECP2编码了与甲基化的DNA结合的蛋白,这种蛋白的突变会在生后一年发生异常的基因表达构型。患有Rett综合症的女孩,其大脑发育迟缓,失去阶段性的发育特征,并有精神障碍㈣。类似的,ATR-X综合症因为失去了一种能维持DNA浓聚和失活状态的ATRX的蛋白,而表现出发育上的缺陷。MECP2和ATRX缺失和突变,使正常的表观遗传模式受到影响,以至其基因表达失调,产生多种不同的负面临床结果。

  3诊断表观遗传改变的方法和技术

     近来,有很多标准的探测方法能定性定量的了解基因 DNA甲基化改变。在进行母亲和胎儿DNA甲基化的差异研究时,MSP因其高灵敏性而引人注意,故甲基敏感限定指纹法(MSRn的应用较有意义。

     MSRF是一个敏感的以PCR为基础的方法,可以检测出在不同生理或病理状态下,富含CpG序列上发生的不同的胞嘧啶甲基化的改变,很多样本可以同时进行比较。从组织中提取的DNA受到MseI的限定水解,因为TrAA是MseI上的限制位点,TFAA在富含CG的区域却很少见。故细胞DNA被水解成小的片段,而留下了大多数富含CG的完整区域。MseI水解的DNA接着被分成两部份,其中一部分未甲基化,而另一部分受到一种甲基化敏感限制酶Bs. tUI的作用。BstUI在CGCG上切割,这一序列出现在80%以上的CGIs上,因此,富含CG的区域,除了那些受甲基化保护的,其它的大都被切割了。存在未甲基化BstUl位点的短的DNA序列被切割后并不产生任何PCR产物。单个(MseI)或是两个(MseI和BstUI)能水解DNA,然后利用随机的短的不同引物对PCR进行扩增,此引物中含有-放射性dNTPs。标记的PCR产物在6%聚丙烯酰胺凝胶电泳被分割。在不同样本中有着不同甲基化模式的“候补基因”因为放射自显影术而变得直观,放射自显影术可用于引导来自干燥的测序胶的“候补基因”的切割。

  利用放射性标记的PCR产物,我们只需要样本中少量的DNA。因此,这一方法可以应用于激光捕获显微切割样本的研究和那些组织利用率是研究核心的发育实验中。通常,随机引物中4-8组的产物在每个凝胶上跑电泳,只有很少的候补基因能在一张放射自显影照片上被识别。建立可以识别多种样本的甲基化特点的MSRF是这一研究方法上的一大进步,因为MSRF只要一个简单的测序胶装置,标准PCR记录,常规扩增和测序技术。通过增加MSRF中随机引物的数量,MSRF就可以增加基因组中的有效区域和候补序列的识别。例如,有研究利用四种引物和引物对的6种变化,就识别出了50种候补序列。如果利用了9种引物,随机PCRs就会有36种(nx(n一1)/2,n为引物数)变化,产生超过1800种候补基因。

  4展望

     在过去十年中,随着人类对表观遗传的机制的了解的日益增加,一种新兴分子诊断技术的受到了关注和期待,因其在产前诊断上因能做到无创,且是一种不受个体限制的”全能”方法而尤其值得推崇。人类基因工程的完善使科学家们又建立了人类表观遗传学工程,此工程能绘制出广泛的基因组甲基化图像,通过对比正常和异常的组织,那些参与发育,组织特异性表达的特异性基因区域将会被识别,利用这些表观遗传学知识能够指导更多疾病的早期诊断。

  表观遗传学进展拓宽了通过母体血浆中存在的胎儿 DNA诊断疾病的应用领域,而PCR技术的不断进步使诊断的灵敏性也越来越高,随着人们对人类基因组技术的不断提高以及表观遗传学分析技术的不断发展,此种利用胎儿表观遗传学标记物的无创性产前诊断技术将会得到更多的推广,希望不久的将来,此项技术能普遍的应用于临床工作中。

 

作者: 刘晶 2010-1-14
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