利用外显组测序对不明原因智障家系遗传背景的研究

The causes of Intellectual disability (ID) vary from each other. Around two thirds are caused by genetic defects. The genetic causes of ID are extremely heterogeneous, including chromosome anomalies, single or multiple gene defects, and even epigenetic changes. However, there are still ~60% ID cases with unknown genetics changes. Clear DNA diagnose will help clinicians to provide better diagnose and treatment to the patients. Therefore there is an urgent need to identify the disease causing mutations of those patients. Exome sequencing is a high throughput technology which emerges recently. It is widely applied to unveil the disease genes. In previous clinical practice we collected a large cohort of ID patients, most of which with unknown genetic alterations. In this project, we plan to use exome sequencing to study three to five ID trios with unknown causes in order to discover the genetic background of those families, to find out the effects of the mutations on RNA and protein levels, and to study the genetic network of ID by combining the known ID-causing genes, which will extend our knowledge on the molecular background of ID and provide an example for the following research on the molecular reason of ID.

智力障碍简称智障，其病因复杂，约2/3是由遗传因素所致，包括在染色体水平上的异常、拷贝数变异、单基因或者多基因突变和表观遗传学调控异常等。染色体核型分析、SNP芯片和针对已知致病基因的测序等技术被常规的应用在临床样本检测中，然而仍有约60%的遗传性智障病人的遗传学背景存于未知。明确的DNA诊断可以帮助病人与医生更加全面的认识疾病，因此急于识别此类病人的致病基因，以利于诊治。外显组测序技术是近年来出现的一种高通量测序技术，由于其不需要多代家系作为研究对象，已被广泛的用于遗传疾病的基因识别。在前期的临床工作中，我们积累了大量不明原因的智障病例，本项目计划利用外显组测序技术研究3～5个未知原因智障家系，识别致病的的遗传学原因，以及突变在RNA、蛋白水平造成的影响，结合已知的智障致病基因，尝试发掘智障的遗传学网络，帮助扩展对智障发病的分子背景的知识，为智障分子病因的后续研究提供范本。

智障病因复杂，约2/3是由遗传因素所致，包括在染色体水平上的异常、拷贝数变异、单基因或者多基因突变和表观遗传学调控异常等。经常规技术检测，仍有60%的智障的遗传学病因存于未知。外显组测序（WES）是对染色体核型分析和芯片检测阴性的病人的分子诊断的新方法。可以帮助找到病因不明的智障的遗传学病因，也可以用做新基因识别。本项目原计划利用外显组测序技术研究3-5个未知原因智障家系，定位其致病基因。.随着WES价格的下降，我们完成了40个不明原因智障家系的目标区域测序（TS）或者WES。我们建立并优化了适用于WES/TS的标准化分析流程，也明确了TS/WES的质控标准。这个流程现已被应用在我院临床TS/WES的二级分析流程。.对入组的40个家系进行标准化数据分析，通过后续的验证以及病人表型和突变进行比对，定位了其中的25个家系的致病突变，其中患常染色体显性遗传病的家系12个，X连锁的家系7个，常染色体隐性的家系有6个，16个家系的突变为新发，提示这类智障无法预防。.在通过TS/WES识别这些智障综合征时，也进一步帮助实验室和临床医生认识这些罕见综合征。例如，我们总结并发表了KMT2A突变导致的Wiedemann-Steiner综合征和MARS突变导致的间质性肺肝病的临床特征和突变谱，加深了对这些罕见疾病的认识。.我们对入组的40个家系中的33个做过基因芯片并且结果为阴性的样本做了多轮分析。发现经过分析优化和注释数据库更新，及文献检索可以将检测阳性率从14/33（42%）增加到19/33（58%），诊断率提高了16%，提示间隔一段时间对数据和临床信息做再评估有明显的临床意义。.利用TS/WES数据分析CNV，有1例重度智障患者携带外显子缺失突变，提示我们TS/WES在CNV检测中的应用前景。后续有取代基因芯片作为智障/多发畸形的首选检测项目的可能性。.综上，本课题建立了TS/WES的标准化分析流程，研究了40个智障家系的遗传学病因，并成功定位了25个家系的致病基因。精确诊断帮助认识了这些罕见病的基因型和表型的关系。同时我们还发现重分析在TS/WES分子诊断上的临床意义。