先天性晚发白内障小鼠模型的建立与遗传学鉴定

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研究背景:普通的先天性白内障为出生后即发现白内障,欲跟踪白内障发生、发展的过程,就需在胚胎期进行解剖,研究过程较为困难且与发病量更大的老年性白内障发生发展过程难以对应。而晚发性白内障,使得科学研究人员得以在小鼠开眼后,逐步有针对性的实施分子机制的分析,也有利于新药开发时,观察药物抑制突变基因或者控制性状进展的过程,因此,晚发性白内障突变小鼠模型对于人类的老年性白内障研究是极为方便的。
  2015年某实验动物公司在FVB小鼠饲养过程中,发现自发突变导致发育至50天后产生白内障的小鼠,经复旦大学五官科医院鉴定,为典型的先天性白内障。本实验室与该公司合作后,将自发突变小鼠与C3H小鼠进一步回交繁育,保持了稳定的显性常染色体遗传特征。患病小鼠在50-60天左右即出现明显的白内障症状(晶状体混浊),常规观察发现角膜无异常、无行为学异常、无生殖障碍,生长发育无其他的异常情况。因此,该突变小鼠被认定为先天性晚发白内障动物模型,对该模型的研究与遗传学鉴定不仅对阐明先天性晚发性白内障机制研究具有重要意义,亦可为老年性白内障新药研发提供合适的模式动物。
  目的:建立先天性晚发白内障的小鼠模型和筛选先天性晚发白内障的致病基因。方法:首先,利用多重PCR靶向二代测序,建立小鼠SNP全基因组扫描技术方案:我们从小鼠SNP数据库筛选出相对均匀分布在20条染色体上的112个SNP位点,对SNP位点附近片段进行多重PCR靶向扩增,建库后再进行illumina的高通量测序,原始的测序数据进行生物信息学分析获得SNP信息。其次,构建白内障小鼠F2代家系:使纯系突变小鼠FVB与纯系野生型小鼠C3H产生F1代,并自交产生F2代,利用上述建立的高通量SNP测序方案进行白内障小鼠F2代家系的基因组扫描,对致病基因进行定位连锁分析。最后,采用全外显子测序技术对白内障小鼠测序,分析突变小鼠全外显子突变,根据基因定位连锁结果,获得候选突变基因。
  结果:(1)测序结果显示,建立的一个基于多重PCR靶向二代测序的小鼠SNP高通量监测方案,既可用于小鼠基因定位,又可用于近交系小鼠遗传质量监控。其优点主要表现如下:首先,多重PCR的扩增子均一性好,各片段成功率高达90%以上;其次,特异性高,高深度测序条件下,SNP位点的等位基因比例趋近于1或0,符合纯合子条件;分析4批小鼠样本,发现SNP位点成功鉴定的比例分别为99.82%,92.00%,99.10%和90.35%,且所有小鼠品系个体的SNP位点均为纯合,并被成功确定为目标品系;两两品系之间相比,最大差异数为73个,最小差异数为3个,差异位点平均数为53个,差异中位数为60个,显示出本方案对常见近交系小鼠品系分辨率较高。(2)全基因组定位结果显示,70余只F2代小鼠覆盖在常染色体上的SNP位点进行基因分型,之后再通过FVB纯合子的比例来判断各染色体连锁程度,发现位于11号染色体上的rs4228772SNP位点比例最高(达到了82.11%),所以初步鉴定导致白内障的突变基因位于11号染色体上。(3)全外显子结果显示,通过对外显子测序数据的分析和过滤,只留下功能性变异,最后筛选出28个单碱基变异以及3个插入缺失突变。(4)综合全基因组扫描和全外显子测序分析,在11号染色体上发现了3个候选基因(Sfi1、Obscn和Ptrh2 )分别是3134337位置上的G变成了A进而发生了无义突变(missense)、59054628位置上的C增加了个A变成了CA进而发生了移码突变(frameshift insertion)和86689778位置上的C变成了T进而使该位置提前产生了终止密码子(stopgain)。
  结论:先建立了小鼠高通量SNP检测方案,其次将小鼠高通量SNP检测方案用于白内障突变基因的全基因组扫描,将基因定位到11号染色体上,然后利用外显子测序发现若干候选功能性变异,最终在11号染色体上发现了3个候选基因(Sfi1、Obscn和Ptrh2)。
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