基因检测中如何看懂遗传学意义分析?
遗传学意义分析,就是结合变异状态以及变异疾病的遗传方式进行判断。
致病突变的必要条件——携带方式符合疾病遗传方式
每一种遗传病,都有其特有的遗传方式。
从性状是否外显的角度,遗传方式可以分为显性遗传和隐性遗传两类。
显性遗传,就是携带该基因型,则显现疾病性状。说通俗点,就是只要携带致病突变就发病。一般是一条等位基因上携带就发病了。
隐性遗传病,就是杂合携带该基因型,不显现疾病性状,只有两条等位基因都携带的时候(纯合或复合杂合),才会发病。
根据基因所在染色体的不同,又分为常染色体疾病和性染色体疾病。结合遗传方式则可分为常见的几种:
常染色体显性遗传 (autosomal dominant inheritance),简称常显或AD。
常染色体隐性遗传 (autosomal recessive inheritance),简称常隐或AR。
X连锁显性遗传(X-linked dominant inheritance),简称XD。
X连锁隐性遗传(X-linked recessive inheritance),简称XR。
Y连锁遗传(Y-linked inheritance)。
线粒体遗传 (mitochondrial inheritance)。
对于常染色体的基因来说,一般每一个基因都有两个等位基因,一个来自父亲,一个来自母亲。在两个等位基因上只有一个等位基因存在一个变异,就是单杂合。
如果变异相关的疾病是(AD)常染色体显性遗传病,只要有一个杂合的高危害性变异就能致病;
但是如果是(AR)常染色体隐性遗传病,必须是没有任何一个等位基因是正常的,或者说两个等位基因都存在有害变异,也就是纯合或者复合杂合才能致病,复合杂合是指两个等位基因上分别有一个有害变异,纯合是复合杂合的特殊情况,就是两个变异位置相同。
对于X连锁疾病,有一个复杂性,就是女性的两条X染色体会选择性失活一条,具体失活哪一条,不仅因人而异,而且不同组织还不一样,目前的研究还没找到规律,因此称之为“随机性失活”。对于女性患者,常染色体隐性(AR)疾病需要双等位基因变异才致病,而对于XR疾病,失活机制可以出现单杂合致病的情况,因为如果失活的是一条没变异的(野生)的X染色体,那么保留活性的染色体恰恰是有变异的,其结果仍然是没有任何一个等位基因是正常的,故会导致发病。
致病突变的必要条件——家系遗传共分离
遗传学共分离原则,就是在这一家子里面,患者和非患者在致病突变位置上的基因型应该是不一样的。在致病基因上,患者应该是致病方式携带,而非患者应该是非致病方式携带的。
这里说致病方式携带,就比如对于AD遗传病的杂合携带,或对于AR遗传病的纯合或复合杂合携带等;
这里说非致病方式携带,就比如对于AD遗传病的不携带该变异的野生型,对于AR遗传病的杂合或不携带等;
这种在一个家系里,这种相同表型和基因型的连锁绑定,以及不同表型和基因型的明确区分,被称为遗传学共分离。凡是缺少家系共分离分析的遗传病检测,都是不严谨的。
遗传学共分离现象为判断变异的致病性提供了重要依据。共分离分析离不开家系Trios的检测策略。
过去大多数的NGS(二代测序)检查是“单人再验证”模式,即只检测患者一个人,再从众多变异中挑选一两个疑似的位点进行父母的一代测序验证,来看是否符合共分离。所谓家系(Trios)模式就对全家系成员做检测,至少要对患儿及其生物学父母三个人(trios,标准家系)同时做二代测序,如果还能加入其他家系成员更好,患者越多越好,代际越多越好,与患者平辈的兄弟姐妹如有正常人加入就更好(非标准家系),然后对患儿的变异进行全家人、至少是患儿及其生物学父母这三个人的平行比对,借助遗传学共分离原则筛选致病突变。家系模式貌似检测成本高(二代测序测三个人而非仅测一个人),但却会对诊断阳性率和准确性的提高带来非常大的优势。
标准家系(trios)模式可以借助共分离分析可以提高阳性率。
1、发现新生(Denovo)变异,比如对于患儿在某个AD遗传病的基因上发现的杂合变异,如果父母都不患病也都不携带这个变异,那就可以确认为新生(Denovo)变异;
2、确认复合杂合变异,比如对于患儿在某个AR遗传病的基因上发现两个杂合变异,而父母各自携带一个的情况,就可以确认是复合杂合。
这两种情况如果只是检测患儿一个人,是无法直接判断的,尤其是当患儿的临床表型与这个疾病是不典型匹配,这个基因变异的生物学意义也是似是而非的时候,就很有可能湮没在海量变异里被漏掉,连做一代验证的机会都没有,造成假阴性。
另一方面家系Trios策略可以借助共分离分析过滤掉不致病变异。比如在患儿在某个AD遗传病的基因上发现的杂合变异,并且父母都不是患者,假如父母中有任何一方携带的话,就可以排除这个变异的致病性,但是这个要特别注意父母是否有轻微表型,如果有轻微表型就不能算是完全正常,那这个变异就有可能是致病的,父母携带者只是外显不全而已。另外,对于患儿在某个AR遗传病的基因上发现一个纯合变异,如果父母任何一方也纯合携带,那么也就可以排除致病性。
非标准(超过三人)的家系模式分析
标准家系是指患儿加父母一家三口(Trios);非标准家系是指在此基础上再增加其他家庭成员。
对于外显率为100%的AD(常染色体显性)遗传病,如图,其致病突变的遗传学共分离特点是:凡患者以及携带与患者相似的轻微表型的家庭成员,均应视为疾病性状外显,则基因型也一般呈现为杂合携带,无表型者均应为不携带的野生型(图中空格代表野生型)。
对于存在不完全外显率的AD(常染色体显性)遗传病,如图43,其致病突变的遗传学共分离特点是:凡患者以及携带与患者相似的轻微表型的家庭成员,均应视为疾病性状外显,则基因型也一般呈现为杂合携带,但有些无表型者也可能杂合携带致病突变(图43中空格代表野生型)。
对于AR(常染色体隐性)遗传病,如图,其致病特变的遗传学共分离特点是:凡患者,均应复合杂合或纯合携带,凡与患者有相似的轻微表型者,均应杂合携带;凡无患者表型者,均应为杂合或不携带的野生型(图44中空格代表野生型)。
家系Trios策略可以在一次检测中完成共分离分析,比起单人模式需要做二次验证才能做有限的共分离分析,家系Trios策略的诊断速度会更快。
另外单人模式如果想要不漏掉可疑变异,需要对很多变异做家系的一代测序验证,这个验证成本不菲,而家系Trios策略就能一步到位精准找到致病突变,过滤掉不符合共分离的变异,可以节省很多无谓的验证费用。