基因变异致病性预测相关分析在线视频

大家好

我是来自中南大学湘雅三医院的袁腊梅

这一章我们学习的内容是

生物信息学常用数据库和软件

这一节学习的内容是

基因变异致病性预测相关分析

ACMG即美国医学遗传学和基因组学学会

其于2015年修订的《序列变异的解读指南》

对于遗传变异分类

发布了遗传变异分类的标准

2017年中国遗传学会遗传咨询分会

发布了

《ACMG遗传变异分类标准与指南中文版》

突变是指核苷酸序列的永久性改变

而多态性是指频率超过1%的变异

虽然术语突变和多态性已被广泛使用

但由于致病性和良性结果的不正确

假设往往会被混淆

指南建议使用变异加修饰词代替上述两个术语

修饰词包括致病性

可能致病性 意义不明确

可能良性或良性

指南包含孟德尔遗传疾病相关的变异分类

五级术语系统

ACMG建议致病性

包括可能致病的结论

应注明疾病及相应遗传模式

如图所示为ACMG证据结构

其中致病性变异分为支持到很强的证据

而良性变异证据包括支持以及强的证据

对于基因变异的命名规范

一般参照HGVS规范命名法

可利用Mutalyzer提供正确的HGVS命名

其中包含的参考序列应该确保变异

在DNA水平上命名并提供编码

和蛋白质命名法来协助功能注释

其以翻译起始密码子的ATG中A

作为编号1

对于参考转录本应选择

最长的已知转录本

或者最具临床相关性的转录本

因为临床直接评估致病性

因此推荐使用术语致病性

而不是影响功能

序列变异预测有一系列的生物信息学软件

每种工具算法虽然有差异

但都会包含序列变异在核苷酸和氨基酸水平上

作用影响的判断

辅助解读序列变异

生物信息学软件主要分为两类

一类是可以预测错义变异

是否会破坏蛋白质的功能或结构

另一种是可以预测是否影响剪接

下图表示了一些生物信息学的预测软件

使用生物信息学软件进行分析

不同的软件使用不同算法进行预测

其基本原理是相似的

不同软件工具组合预测结果被视为单一证据

而非相互独立的证据

因为每个软件算法都有其各自的优缺点

建议多种软件相互结合使用

预测效能

可能因为基因和蛋白质序列的不同而有差异

软件分析结果只是预测的结果

在序列变异解读中应用应该慎重

不建议仅仅使用这些预测结果

为唯一证据来进行临床判断

如表所示

显示了一些序列变异解读的生物信息学软件

常用的错义变异解读工具有

PolyPhen-2 SIFT和MutationTaster

接下来我们将就这三个软件进行简单的介绍

首先我们需要获得

基因或其编码蛋白的一些相关信息

以便我们开展后面的预测分析

在基因数据库界面

我们可以看到基因的转录本的ENST号

以及基因编码蛋白的ENSP号

和NP号

而对于具有多条转录本的情况

我们应该选择较长的转录本

或者具有临床相关性的转录本

接下来我们介绍PolyPhen-2软件的使用

PolyPhen-2用于预测氨基酸替换

对人蛋白质结构和功能可能影响的工具

它是基于序列 系统发生

和结构信息对替换进行预测

下图为应用PolyPhen-2进行预测的分析界面

通过输入编码蛋白的NP号

以及发生改变的氨基酸位置 发生改变前的

参考氨基酸以及发生改变后的氨基酸

并按照自己的要求对变异预测进行命名

进行预测分析后

可以得到相关的预测结果

点击如图的View即可查看

PolyPhen-2的预测结果

PolyPhen-2显示的预测结果一般分两种模型

即HumVar和HumDiv两种

通常我们用于研究孟德尔遗传病选择

HumVar模型

其预测结果分为三类

即极可能致病的 可能致病的以及良性

还提供有害的概率

以及其预测的特异度和灵敏度

SIFT软件

SIFT软件是预测氨基酸替换是否影响功能

它基于序列比对中氨基酸的保守性进行分析

SIFT软件有一些工具 即可对人和非人的物种

进行预测分析

我们可以通过蛋白改变情况进行预测

也可以通过SNP数据库提供的rs号

进行预测分析

在SIFT界面

我们同样可以看到PROVEAN的链接

PROVEAN是预测氨基酸替换和插入缺失变异

与SIFT的不同的是

它不光仅仅可以预测氨基酸替换

还可以预测插入缺失变异

PROVEAN同样可以提供

人的物种以及其他物种的相关预测分析

SIFT软件预测

可以通过输入

按照其要求输入特定格式的变异情况

即ENSP号以及氨基酸变异

提交后可以看到其结果

其结果分为两类

即致病的以及可容忍的（不致病的）

其界值为0.05

MutationTaster软件

可以预测多种类型的变异

包括碱基替换 插入缺失以及插入或缺失

使用MutationTaster进行预测

首先需要按照其要求输入特定的条件

如输入基因

选择其参考转录本

以及核苷酸编号的参考情况

如CDS 以及勾选显示变异周围的序列情况

输入核苷酸改变的位置

以及发生改变的碱基 输入预测名字

即可获得相应的预测结果

其预测结果分为两类

即致病的以及多态

可以显示基因变异的相关命名情况

以及参考转录本发生改变的情况

同样还可以显示其氨基酸序列改变情况等

大规模人群中的变异

发生情况可以通过人群数据库获得

常用的人群数据库

包括SNP数据库以及ExAC数据库等

ExAC数据库

ExAC数据库中的变异信息是通过对

6万多个独立个体进行外显子组测序分析获得的

同时也是多种疾病和群体遗传学研究中的

一部分

库中不包括儿科疾病患者及其相关人群的信息

通过输入基因名

对基因的相关变异情况进行查询

可以显示各变异在人群中的频率

如图所示界面 有关变异的情况

左侧还包括了SIFT和PolyPhen

软件的预测结果

右侧显示了其人群频率情况

EVS数据库的变异信息是通过对几个欧洲

和非洲裔大规模人群的全外显子组测序获得

EVS数据库的查询 可包括以下五种方式

如使用基因名进行查询

可以直接输入基因的缩写名

对其相关变异进行查询

EVS数据库将显示该基因变异的相关情况

以及其在人群中的相关频率

gnomAD数据库

数据库中的变异是整合和协调来自

各大型测序项目的外显子组测序

和基因组测序的数据

包括来自不相关个体的12万多个外显子序列

以及15000多个全基因组序列

作为各种特异性疾病和群体遗传研究的一部分

gnomAD数据库的查询

与ExAC数据库的查询类似

同样是输入相关基因名进行查询

可以得到该基因的变异情况

以及其人群中的频率

与ExAC相比

gnomAD数据库中还包含基因组的相关信息

如图所示

界面为一个变异在gnomAD数据库中收录的情况

右侧显示该变异在人群中的频率

我们上面提及gnomAD数据库 既包括

外显子组测序的数据

也包括全基因组测序的数据

然而该变异仅仅只有外显子组测序的数据

HGMD数据库 即人类基因突变数据库

数据库中的变异注释有相关发表文献链接

但库中的内容多需付费

用于专业版进行查询

仅可免费访问公共版

人类基因突变数据库的查询

既可使用基因名或者OMIM号查询

也可按照基因突变的类型进行查询

使用HGMD数据库 首先必须进行注册

而仅仅可以免费访问公共版

公共版的访问需要使用非盈利性

或者学术机构的邮箱进行注册

注册后登录HGMD的界面

即可对相关的基因突变进行查询

通过输入基因名对HGMD数据库收录的

所有基因突变进行查询

点击相应变异类型的Get mutations链接

即可到达该突变的相关界面

界面可以显示各基因突变的情况

右侧还有基因突变

报道的相关文献链接

点击相关文献链接即可到达PubMed的界面

好的

这部分的内容我们就学到这了