遗传学绪论

遗传学绪论的思维导图，医学遗传学是用人类遗传学的理论和方法来研究这些"遗传病"从亲代传递至子代的特点和规律，起源和发生病理机制，病变过程及其与临床关系的一门综合性学科

绪论

• 医学遗传学的任务和范畴
  • 遗传病:把遗传因素作为唯一或主要病因的疾病
  • 医学遗传学定义:用人类遗传学的理论和方法来研究这些"遗传病"从亲代传递至子代的特点和规律，起源和发生病理机制，病变过程及其与临床关系的一门综合性学科
  • 医学遗传学侧重于遗传病的病因学，病理生理学的研究
    • 现代医学遗传学更侧重于从综合的角度比较全面的探讨和分析遗传因素在疾病发生，发展和转归过程中的作用
  • 医学遗传学可以说是一门由"遗传病"这一纽带把遗传学和医学结合起来的边缘学科
    • 医学遗传学是以人类遗传学为基础的，往往从医学角度来研究人类疾病与遗传的关系
    • 人类遗传学主要从人种和人类发展史的角度来研究人的遗传性状，同时广泛地研究形态结构，生理功能上的变异
• 医学遗传学发展史
  • 20世纪20~40年代，Frederick Griffith和Oswald Avery用肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质
  • 1953年，James Watson和Francis Crick提出了DNA的双螺旋模型
  • 1952年，由于低渗制片技术的建立(徐道觉等)和使用秋水仙碱获得了更多中期细胞分裂象后，证实了人体细胞染色数目为46，标志着细胞遗传学的诞生
  • 20世纪70年代，限制性内切酶的使用使得科学家首次能够对DNA进行可控的操作
    • PCR已成为生命科学领域应用最为广泛的基本技术
  • 20世纪90年代开始的人类基因组计划促使医学遗传学发生革命性变化
    • 人类基因组计划
      • 目标:从整体上阐明人遗传信息的组成和表达
      • 包括:遗传图绘制，物理图构建，测序，转录图绘制和基因鉴定等方面
• 医学遗传学的发展方向
  • 基于基因组学的精准医学
    • 明确遗传物质异常是医学遗传学研究策略的首要任务
    • 精准医学是随着基因组学，功能基因组学，生物信息库和计算机技术的迅速发展个体化治疗的延伸，是根据每个个体的疾病特征制定出有针对性的治疗方案
    • 精准医学有助于实现遗传病的准确诊断和分类，制定具有个性化的疾病预防和治疗方案
  • 基于传统遗传学的系统医学
    • 随着系统生物学和生命科学技术的迅速发展，系统医学的概念应运而生
    • 系统生物学除了研究个体内部分子组分的相互作用外，还包括了分子组分与其所在环境间或暴露组的复杂作用
• 遗传病概述
  • 基因的结构或表达调控异常可导致遗传病的发生
    • 遗传病或遗传性疾病的发生需要有一定的遗传基础，并通过这种遗传基础按一定的方式传于后代发育形成的疾病
  • 遗传病的特点
    • 遗传病的传播方式
      • 如果某些疾病是由于环境因素致病，在群体中应该按"水平方式"出现。
      • 如果是遗传性的，一般则以"垂直方式"出现，不延伸至无亲缘关系的个体
    • 患者在亲祖代和子孙中是以一定数量比例出现
    • 先天性疾病有两种可能性，即有些先天性疾病是遗传性的有些则是获得性的
    • 遗传病往往有家族性等特点，所谓家族性是疾病的发生所具有的家族聚集性
    • 一般认为遗传病是没有传染性的，所以在传播方式上，它是垂直传递，而不是水平传递
      • 人类朊粒蛋白病则是一种既遗传又具传染性的疾病
  • 人类遗传病的分类
    • 单基因病
    • 多基因病
      • 多基因病是有一定家族史，但没有单基因性状遗传中所见到的系谱特征的一类疾病
    • 染色体病
      • 染色体病是染色体结构或数目异常引起的一类疾病
    • 体细胞遗传病
      • 体细胞遗传病的累积突变指在特定的体细胞中发生体细胞基因突变是此类疾病发生的基础
    • 线粒体遗传病
      • 线粒体遗传病就是由线粒体DNA缺陷引起的疾病
  • 疾病的发生与遗传因素和环境因素的关系
    • 遗传是生命体的基本生命现象，表现为性状在亲代与子代之间的相似性和连续性
    • 完全由遗传因素决定发病
    • 基本上由遗传决定，但需要环境中一定诱因的作用
      • 苯丙酮尿症和蚕豆病
    • 遗传因素和环境因素对发病都有作用，在不同的疾病中，其遗传率各不相同
    • 发病完全取决于环境因素，与遗传基本上无关
  • 遗传病在医学实践中的一些问题
    • 再现风险是遗传病在临床上常遇到的问题之一。所谓再现风险是患者所患的遗传性疾病在家系亲属中再发生的风险率
• 人类基因组
  • 如果不特别标注，人类基因组通常是指核基因组
  • 基因是细胞内遗传物质的结构和功能单位，以脱氧核糖核酸的化学形式存在于染色体上
  • 人类基因组是人体所有遗传信息的总和，包括两个相对独立而相互关联的核基因组与线粒体基因组
  • 人类基因
    • 基因是具有特定"遗传效应"的DNA片段，它决定细胞内RNA和蛋白质等的合成，从而决定生物的遗传性状 绝大部分生物基因的化学本质是DNA，但某些仅含有RNA和蛋白质的病毒中，其中RNA是遗传物质
    • 基因的化学本质
      • 组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸
      • 四种不同的脱氧核苷酸:脱氧腺嘌呤核苷酸，脱氧鸟嘌呤核苷酸，脱氧胞嘧啶核苷酸，脱氧胸腺嘧啶核苷酸
      • 两条反向平行排列的脱氧多核苷酸单链通过A与T，C与G的碱基互补方式组成DNA双链
    • 基因的结构
      • 真核生物的结构基因是割裂基因，由编码序列(外显子)和非编码序列(内含子)，组成两者相间排列，不同基因所含内含子的数目和大小各不相同
      • 割裂基因中的内含子和外显2子的关系不是固定不变
      • 割裂基因结构上的重要特点:
        • 由于一个基因的内含子成为另一个基因的外显子，产生基因的差异表达
        • 外显子-内含子的接头区是高度保守的一致序列，称为外显子-内含子接头
  • 人类基因组
    • 人类基因组实际上具有很高的复杂性
    • 单拷贝序列
      • 在基因组中仅有单一拷贝或少数拷贝，又称非重复序列，仅占人类基因组的45%
    • 重复序列
      • 约占人类基因组的55%
        • 这些重复DNA是通过变性，复性实验研究被发现的
      • 串联重复
        • 以5bp,10bp,20bp,200bp为一个重复单位
        • 串联重复DNA大多数位于染色体的异染色质区
        • 短串联重复为人类遗传分析提供了大量的多态遗传标志，可用于基因定位，群体进化以及基因诊断等研究
      • 散在重复DNA序列和其他可动DNA因子
        • 散在重复DNA是以分散方式分布于整个基因组类的重复序列，约占整个基因组的45%
        • 主要包括第1类转座子和第2类转座子
  • 基因表达和调控
    • 基因表达
      • 基因表达一般是所储存的遗传信息转变为由特定的氨基酸种类和序列构成的多肽链，再由多肽链构成蛋白质或酶分子，从而决定生物各种性状的过程
      • 包括两个步骤
        • 以DNA为模板转录合成mRNA
        • 将遗传信息翻译成多肽链中相应的氨基酸种类和序列
    • 基因表达调控
      • 基因表达控制的特点是能在特定时间和特定细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的有序的分化发育过程
      • 细胞表型的分化是由于编码这些蛋白质的基因被选择性的表达，而其他多数基因则处于失活状态或效率相对低的表达状态
      • RNA编辑的生物学意义
        • 经过编辑的mRNA具有翻译活性
        • 使该mRNA能被通读
        • 在一些转录物5＇末端可创造生成起始密码子AUG，以调节翻译活性
        • mRNA编辑可能与生物进化有关
        • RNA编辑不偏离中心法则，因为提供编辑的信息源仍然来源于DNA贮藏的遗传信息