線粒體疾病 (MitD) 是一項重要的臨床或醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)。  研究表明，基因組測序有助于加深對 MitD 遺傳原因的理解，并加速功能研究、臨床測試和治療工具的發(fā)展。

什么是線粒體病？

線粒體是在大多數(shù)真核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的膜結(jié)合細(xì)胞器，它產(chǎn)生為細(xì)胞生化反應(yīng)提供動力所需的大部分化學(xué)能。線粒體疾病的致病變異類型包括致病性單核苷酸變異 (pSNV)、線粒體 DNA (mtDNA) 重排和缺失以及改變的 mtDNA 拷貝數(shù) (CN)。

盡管相對罕見，但據(jù)估計，每 3,500-6,000 人中就有一人受到線粒體疾病的影響或有罹患線粒體疾病的風(fēng)險。高能量消耗組織最容易受到影響，例如大腦、心臟、肌肉和眼睛，但病例可能會出現(xiàn)多種癥狀。 臨床相關(guān)表型包括 2 型糖尿病、多發(fā)性硬化癥、智力障礙和胃腸道疾病等。 因此，線粒體疾病可能難以診斷和與其他疾病區(qū)分開來。

人類基因組的復(fù)雜性

人類 mtDNA 是一種 16,569 bp 的環(huán)狀 DNA 分子，沒有內(nèi)含子，與核基因組完全分離，并且是母系遺傳的。 據(jù)估計，線粒體蛋白質(zhì)組中有 1,500 種蛋白質(zhì)，其中大部分受核基因組控制。   因此，線粒體疾病可能是由 mtDNA 或核 DNA (nDNA) 中的有害變異引起的。已知有 300 多個核基因會導(dǎo)致 MitD，這些基因參與組裝因子、線粒體結(jié)構(gòu)、輔酶 Q 生物合成、蛋白質(zhì)合成和 mtDNA 維持。這些突變可以以任何遺傳方式遺傳：散發(fā)的、母系的、常染色體顯性的、常染色體隱性的或X連鎖的。

此外，線粒體本身會產(chǎn)生額外的復(fù)雜性。  研究表明，mtDNA的突變率遠(yuǎn)高于nDNA，大概是10倍。這可以在種系水平或體細(xì)胞水平的整個生命中發(fā)生，這意味著即使在組織中未檢測到特定變體，也不能排除該變體不存在于其他組織或器官中。由于其多樣性和復(fù)雜性，MitD 在臨床上難以診斷和治療。

圖：目前與線粒體疾病相關(guān)的基因列表

線粒體疾病研究中的全基因組測序

兩個基因組的遺傳異質(zhì)性和潛在參與意味著 MD 不太適合靶向基因組測序方法。 全基因組測序具有在一次測試中覆蓋幾乎所有核和線粒體基因組的優(yōu)勢，并獲得有關(guān)單核苷酸變異 (SNV)、短插入和缺失以及結(jié)構(gòu)變異 (SV) 的信息。 它還允許出色的測序深度。 全基因組測序可以檢測低至 1% 的異質(zhì)性水平，并且可以識別大多數(shù)患者血液樣本中的變異，從而減少后續(xù)組織活檢的需要。 隨著測序成本的降低，基因組測序很可能成為MitD基因突變鑒定、功能研究和分子診斷的首選方法。

參考

1. Rius R, Compton AG, Baker NL, et al. Application of Genome Sequencing from Blood to Diagnose Mitochondrial Diseases. Genes, 2021, 12(4): 607.

2. Thompson K, Collier JJ, Glasgow RIC, et al. Recent advances in understanding the molecular genetic basis of mitochondrial disease. Journal of inherited metabolic disease, 2020, 43(1): 36-50.

3. Riley LG, Cowley MJ, Gayevskiy V, et al. The diagnostic utility of genome sequencing in a pediatric cohort with suspected mitochondrial disease. Genetics in Medicine, 2020, 22(7): 1254-1261.

4. Schon KR, Ratnaike T, Van Den Ameele J, et al. Mitochondrial diseases: a diagnostic revolution. Trends in Genetics, 2020, 36(9): 702-717.

5. Molnar MJ, Kovacs GG. Mitochondrial diseases. Handbook of clinical neurology, 2018, 145: 147-155.

蛋白組/代謝組實驗

? iTRAQ 定量蛋白質(zhì)組學(xué)

? Label Free 實驗檢測服務(wù)

? LC-MS/MS 蛋白質(zhì)譜鑒定

? DIA 全息掃描定量蛋白質(zhì)
? 廣泛靶向代謝組學(xué)

蛋白/核酸相互作用實驗

? GST pull down

? RNA pull down

? DNA pull down

? Co-IP 免疫共沉淀

? TAP-MS串聯(lián)親和純化

分子細(xì)胞生物學(xué)實驗

? 基因調(diào)取/合成 (cDNA克隆)

? 熒光定量PCR (qPCR)

? 載體構(gòu)建實驗服務(wù)

? miRNA靶基因驗證
? 慢病毒包裝

科研產(chǎn)品

? 哺乳動物細(xì)胞表達(dá)載體

? 人cDNA克隆庫

? 慢病毒表達(dá)載體

? 慢病毒干擾載體

抗體工程服務(wù)

? 單克隆抗體測序

? 抗體從頭測序

? 抗體表達(dá)服務(wù)

? 重組抗體表達(dá)

實驗試劑盒

? RNA pull down 試劑盒

? GST pull down 試劑盒

? COIP 試劑盒

? Flag 試劑盒

輝駿實力