疾病与基因基础知识概述

疾病與基因,摘要,基因製圖複製疾病基因癌症基因療法,Introduction,複製基因的方法有很多種基因製圖(genemapping):決定基因在染色體的位置染色體步移(chromosomewalking)複製基因,基因製圖,基因製圖,遺傳製圖(geneticmapping)物理製圖(physicalmapping),遺傳製圖-,決定疾病基因分析基因之間在遺傳上的連鎖性(linkage)標記DNA的相對位置決定出基因在染色體位置在減數分裂時,染色體分配到子細胞的方式是完全隨意位於不同染色體的兩個基因不一定會傳到子細胞,遺傳製圖-,兩個基因被連鎖(linked)兩個基因位於相同的染色體,會一起被傳至子細胞減數分裂時有可能發生DNA互換經過互換之後,位於同一個染色體的基因座可能會被分離,遺傳製圖-,基因座(locus)基因在染色體的位置兩個基因做距離越遠,發生重組的機率愈高基因座之間的距離以centiMorgan(cM)為單位基因座欲發生重組,互換點(chiasma)必須位於兩個基因座之間距離愈遠愈可能發生重組,遺傳製圖,(a),疾病基因定位已知位置的一段DNA作為標記(marker)再從家族譜系(pedigree)分析重組機率,4,物理製圖,決定一段DNA(標記DNA或疾病基因)在染色體的絕對位置體細胞雜交(somaticcellhybridization)過去常用的方法人類細胞與老鼠細胞融合解析度不高原位雜交(insituhybridization)螢光原位雜交(FISH),原位雜交,將DNA片段用放射性元素製作成探針,與分裂中期的染色體雜交由X光放射顯影可以看到結合的位置解析度不佳,只達到2Mb-5Mb只能用於分裂中期的染色體,螢光原位雜交(FISH),FISH-fluorescentinsituhybridization用螢光製作探針與染色體雜交後在螢光顯微鏡下觀察用於分裂間期的染色體此時的染色體的構型比分裂中期較為伸長最好的FISH可以做到5kb的解析度,複製疾病基因,複製疾病基因,估計疾病基因的大略位置複製決定核甘酸序列或表現蛋白將此序列做為探針,從基因庫找出此基因,進而大量複製方法染色體步移(chromosomewalking)候選基因法(candidategeneapproach),染色體步移-,得知基因的核甘酸序列用與疾病基因最接近的標記DNA做為探針從基因庫找出一個能夠與它雜交的DNA片段此片段應包含標記DNA的序列片段愈長,愈有可能包含所要的疾病基因以噬菌體做為載體,長度約25Kb若以YAC做為載體,長度可達2Mb,染色體步移-,若疾病基因與標記DNA的距離比載體攜帶的DNA片段還長,則標記DNA篩選出的DNA片段必定沒有包含疾病基因利用染色體步移的方法,將找到的片段做為探針尋找與基因庫裡有重疊的DNA片段重複多次後,應可以找到包含疾病基因的片段,染色體步移,確定疾病基因,確定經染色體步移所找到的DNA片段為確實的疾病基因方法基因表現觀察其蛋白質產物的功能突變篩選疾病係由基因突變所引起，其基因序列必定與正常人有些差異基因定序，最可靠的方法,候選基因法,根據資訊,推測哪一種蛋白質或許與這種疾病有關例如：Marfansyndrome是一種結締組織疾病,因此構成結締組織的蛋白質基因是最可能的候選基因結腸癌相關的MSH2基因。結腸癌細胞的DNA複製錯誤頻率很高,與酵母菌的MSH2基因突變後的結果類似。因此MSH2可能是主要的疾病基因,癌症,癌細胞,其特徵為不正常的分裂增生許多參與細胞分裂的基因發生突變最主要的是p53約50-60%的癌細胞具有突變的p53其次是,在細胞週期扮演萬能煞車的pRB約在40%的癌細胞發生突變Ras約25%的癌細胞含有它的突變體(mutant),p53突變體百分比,病毒與癌症-,R.PalmerBeasley,Clinicalobservation1975年開始,追蹤22,707人,其中已受到B型肝炎病毒(HBV)感染的有3,454人(15.2%)於1986年,共有161人得到肝癌,其中152人是那些曾經受HBV感染的人(94%)證明肝炎與病毒的關係,病毒與癌症-,與癌症相關的病毒Epstein-Barr病毒(EBV)與鼻咽癌、淋巴癌有關人類T細胞白血病毒(humanTcellleukemiavirus,HTLV)白血病、淋巴癌愛滋病毒(HIV)以及人類乳頭瘤病毒(humanpapillomavirus,HPV)HIV會刺激Kaposi肉瘤生長約70-80%子宮頸癌是由HPV第16及18型引起,主要經由性接觸傳染,病毒與癌症-,病毒進入宿主細胞後,所攜帶的某些基因的蛋白質產物會影響細胞的運作p53是基因組的監護者,當他被過度降解或失去功能,就容易使變異的細胞不斷的分裂,病毒致癌的可能機轉,基因療法-,利用載體將適當的基因送入癌細胞內讓其表現出蛋白質來補救變異基因所引起的缺陷例如:許多癌細胞的染色體內含有突變的p53基因,此p53蛋白質不具正常功能將正常的p53基因送入癌細胞,使其表現出正常的p53蛋白質,基因療法-,病毒載體(virusvector)病毒利用宿主細胞的資源將所攜帶的基因表現成蛋白質將抗癌基因病入病毒的基因組,病毒可在目標細胞內表現出抗癌蛋白質常用的病毒載體腺病毒(adenovirus)反轉錄病毒(retrovirus)腺相關病毒(adeno-associatedvirus)單純疱疹病毒(herpessimplexvirus),腺病毒,屬DNA病毒,與病毒結合影響宿主基因轉錄適用於短暫使用即可達到目標的情形優點安全性高容許插入較長的外來基因缺點表現僅為短暫性複製時期基因並未併入宿主的染色體,很快被降解表面具有很強的抗原,易被免疫系統攻擊,人類腺病毒第12型基因組,全長34125bp它的EIA蛋白能與p300/CBP結合,影響宿主基因轉錄完整的腺病毒會造成呼吸道不適的病症,做為載體時,EIA基因通常會被拿到,減少對人體的傷害,反轉錄病毒,屬於DNA病毒複製時期基因須併入宿主細胞的DNA優點當宿主細胞分裂增生後,病毒所攜帶的基因也可傳至子細胞缺點只能感染分裂中的細胞基因進入宿主的DNA內,可能會產生不良的後果,腺相關病毒,優點安全性很高可感染位分裂的細胞不會受到免疫系統的攻擊缺點病毒體積小,能攜帶的外來基因很短,單純疱疹病毒,病毒載體適用於治療神經系統疾病缺點會受到免疫系痛的攻擊,非病毒載體,包括脂質體(liposome),裸露DNA(nakedDNA)優點安全性高,不會引起免疫系統攻擊缺點基因送入細胞的效率較差裸露DNA並無脂質包圍,DNA帶負電而細胞膜亦帶負電為了避免被排斥,DNA須與磷酸鈣或帶正電的有機化合物(如DEAE-dextran)相結合,送入基因的方式,將載體送入目標細胞內表現出蛋白質方法體內(invivo)直接把載體注入身體目標組織最理想的方式體外(exvivo或invitro)先取出患者的細胞(通常為癌細胞),在體外用載體把基因送進此癌細胞,將改變後的癌細胞植入體內最常用的方式,送入基因的方式,Conclusion-,基因製圖的方法遺傳製圖利用欲複製的基因與標記DNA之間的連鎖性決定兩者在染色體的相對位置物理製圖利用原位雜交等方法決定