新品速递 | 人类线粒体基因组捕获测序

2017-05-05    编辑:诺禾致源

新品速递

人类线粒体基因组捕获测序

针对性强|准确度高|覆盖度高|价格低

真核细胞有两个基因组——核DNA(nDNA)和线粒体DNA(mtDNA)。线粒体的蛋白质主要由nDNA编码,
但由mtDNA编码的蛋白质同样扮演了关键角色。人类mtDNA 的长度为16,569bp,拥有37 个基因。
这些基因的突变能引起线粒体编码蛋白的改变从而可能导致疾病,尤其是大脑、肌肉和心脏等耗能较多的器官通常会受到影响,
如阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症、癫痫、视神经萎缩、心脏病、肥胖和糖尿病等。
因此,有效进行mtDNA测序对探索相关疾病致病机理至关重要。


由于每个细胞拥有成百上千的线粒体,每个线粒体携带了多个DNA,其在细胞之间多重复合,
同时nDNA测序结果经常与mtDNA混淆。因此,解决检测mtDNA准确性难题非常关键。

图1 母系遗传图

图2 线粒体基因组

技术原理

诺禾致源基于液相芯片探针杂交捕获技术,针对mtDNA进行捕获测序,极大提高mtDNA检测准确性。通过生物素标记的DNA探针与人的mtDNA进行液相杂交,再使用带链霉素的磁珠将基因组中的mtDNA捕获与洗脱,进行mtDNA高效富集,经PCR线性扩增后进行文库质检,合格即可在Illumina平台上进行高通量、高深度测序,进行mtDNA 生物信息学分析。

技术参数和流程

捕获试剂盒:NimbleGen 线粒体DNA捕获试剂盒
捕获率:60%-80%
覆盖度:99.84%
测序数据量:1G
起始DNA要求:1µg

信息分析

优势和特点

案例分享

案例一:线粒体DNA与重度抑郁症之间的联系

发表杂志:Current Biology     发表时间:2015.12     影响因子8.983

前人研究表明,线粒体DNA(mtDNA)的数量会发生改变以响应外部压力,暗示了其可能与压力相关疾病重度抑郁症(MDD)相关。为探讨mtDNA的遗传调控机制,及其与MDD之间的关联。研究使用10,442名中国汉族女性MDD患者的低覆盖度全基因组测序数据,对mtDNA水平进行了全基因组关联分析(GWAS)。以计算比对到线粒体基因组上的标准读取作为mtDNA数量的一个衡量。结果鉴定了与mtDNA水平关联的两个位点,分别位于10号染色体的TFAM 基因和7号染色体的CDK6 基因。两个位点均在一个独立的阵列中复制,因此,CDK6 是参与调控mtDNA的一个新分子。鉴定了MDD女性中异质性的增长率,并在利用小鼠模型的实验范式中发现,可能是由于压力造成异质性的增加。此外,研究发现至少有一个异质性变异与mtDNA数量的变化显著相关, 暗示了位点特异性的异质性可能作为压力和mtDNA数量增加之间的联系。这些发现表明,线粒体基因组的拷贝数和序列,参与了机体对压力的响应。

图3 与mtDNA水平关联位点曼哈顿图(左)和局部locus图(右)

图4 受压力小鼠和对照小鼠的mtDNA异质性数量比较

案例二: 自闭症患者中线粒体DNA异质性高致病性的遗传证据

发表杂志:Plos Genetics     发表时间:2016.10     影响因子6.661

越来越多的临床和生物学证据暗示了线粒体功能障碍会影响自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder,ASD)的发生,但对其中涉及的物学基础知之甚少,对于自闭症的线粒体DNA遗传变异还未进行彻底的遗传学研究。为研究线粒体功能障碍与ASD是否存在遗传关联,本文利用 903例成三家系(母亲-先证者-同胞,仅先证者为ASD患者)的外显子组测序数据,评估了包括异质性在内的 mtDNA变异。发现ASD先证者的异质性突变富集于非多态性的mtDNA位点(P=0.0015),相比富集于多态性位点更可能产生有害影响。观察到ASD先证者相比未患病的同胞1.5倍的非同义突变富集和2.2倍预测为致病性突变富集,这些突变增加了患ASD的风险,表现为智力降低、社会行为障碍。此外,研究表明,与母亲-同胞相比,母亲-先证者的mtDNA异质性传递模式具有更高的潜在致病性。综上,研究结果证实了致病性mtDNA突变为自闭症的潜在原因,并有助于改善ASD的诊断和治疗。

图5 mtDNA突变特征

图6 自闭症先证者及其同胞的mtDNA突变类型和有害性比较

图7 致病性mtDNA突变的遗传模式

参考文献

[1]  Li, Yihan, Chang, et al. Genetic Control over mtDNA and Its Relationship to Major Depressive Disorder[J]. Current Biology, 2015, 25(24):3170-7.阅读原文>>
[2]  Wang Y, Picard M, Gu Z. Genetic Evidence for Elevated Pathogenicity of Mitochondrial DNA Heteroplasmy in Autism Spectrum Disorder[J]. Plos Genetics, 2016, 12(10):e1006391.阅读原文>>
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