Luận án tiến sĩ sinh học nghiên cứu phát hiện các biến thể ở một số bệnh nhân tự kỷ việt nam bằng phương pháp giải trình tự toàn bộ vùng mã hóa (exome)

VIỆN HÀN LÂM VÀ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN CÁC BIẾN THỂ Ở MỘT SỐ BỆNH NHÂN TỰ KỶ VIỆT NAM BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIẢI TRÌNH TỰ TỒN BỘ VÙNG MÃ HĨA (EXOME) LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội – 2019 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN CÁC BIẾN THỂ Ở MỘT SỐ BỆNH NHÂN TỰ KỶ VIỆT NAM BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIẢI TRÌNH TỰ TỒN BỘ VÙNG MÃ HĨA (EXOME) Chun ngành: Mã số: Hóa sinh học 42 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Huy Hoàng Viện Nghiên cứu hệ gen GS.TS Phan Văn Chi Viện Công nghệ sinh học Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Huy Hoàng GS.TS Phan Văn Chi tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu hệ gen giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ, ủng hộ tham gia nhiệt tình cán bộ, đồng nghiệp phòng Hệ gen học chức năng, Viện Nghiên cứu hệ gen, bác sĩ khoa Tâm bệnh, Bệnh viện Nhi Trung Ương, Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo, phòng Quản lý tổng hợp, ThS Bùi Hải Hà, Viện Công nghệ sinh học nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi mặt, hỗ trợ thực thủ tục cần thiết để tơi hồn thành chương trình học tập nghiên cứu nghiên cứu sinh Tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình người thân bên tơi chăm sóc, động viên, giúp tơi n tâm học tập nghiên cứu Luận án thực khuôn khổ đề tài thuộc hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN “Giải trình tự tồn vùng mã hóa (exome) bệnh nhân tự kỷ Việt Nam” VAST02.02/15-16 Tôi xin chân thành cảm ơn hỗ trợ quý báu Viện Hàn lâm KHCNVN Tác giả luận án Nguyễn Thu Hiền i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Đây cơng trình nghiên cứu số kết cộng tác với cộng khác Các số liệu kết trình bày luận án trung thực, phần cơng bố tạp chí khoa học chuyên ngành với đồng ý cho phép đồng tác giả Phần lại chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Nguyễn Thu Hiền ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Bệnh tự kỷ 1.1.1 Giới thiệu bệnh tự kỷ 1.1.2 Thực trạng bệnh tự kỷ 1.2 Phân biệt, chẩn đoán hội chứng tự kỷ 1.2.1 Hội chứng Asperger 10 1.2.2 Hội chứng Rett 11 1.2.3 Rối loạn tan rã thời thơ ấu 12 1.2.4 Rối loạn phát triển lan toả không xác định 12 1.2.5 Phương pháp chẩn đoán điều trị 12 1.3 Các yếu tố di truyền liên quan đến bệnh tự kỷ 15 1.3.1 Các hội chứng di truyền liên quan đến bệnh tự kỷ 15 1.3.2 Những yếu tố gây bệnh cấp độ di truyền học 17 1.4 Các tiến nghiên cứu di truyền rối lo n phổ tự kỷ giải tr nh tự gen hệ 23 1.4.1 Phương pháp giải trình tự gen hệ 23 iii 1.4.2 Giải trình tự tồn vùng gen mã hóa nghiên cứu di truyền bệnh tự kỷ 26 1.4.3 Giải trình tự tồn hệ gen nghiên cứu di truyền bệnh tự kỷ 32 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 33 2.2 Hóa chất trang thiết bị 33 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 35 2.3.1 Tách chiết DNA tổng số 35 2.3.2 Tạo thư viện DNA 36 2.3.3 Giải trình tự gen máy Illumina 38 2.3.4 Tiền xử lý số liệu phân tích liệu 38 2.3.5 Nhân gen kĩ thuật PCR 43 2.3.6 Giải trình tự gen tự động máy Sanger 43 2.3.7 Phân tích gen mối tương tác 44 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 46 3.1 Tách chiết DNA tổng số 46 3.2 Giải tr nh tự toàn vùng mã hóa 47 3.2.1 Kết tạo thư viện DNA 47 3.2.2 Kết giải trình tự gen máy Illumina 47 3.3 Xác định biến thể di truyền bệnh nhân tự kỷ 51 3.3.1 Xác định giải biến thể 51 3.3.2 Biến thể di truyền bệnh nhân T01 53 3.3.3 Biến thể di truyền bệnh nhân T02 56 iv 3.3.4 Biến thể di truyền bệnh nhân T03 62 3.3.5 Biến thể di truyền bệnh nhân T06 65 3.3.6 Biến thể di truyền bệnh nhân T07 73 3.3.7 Biến thể di truyền bệnh nhân T08 79 3.3.8 Biến thể di truyền bệnh nhân T09 83 3.4 Các gen nh y cảm với ASD có liên quan đến kênh ion 86 3.5 SNP RS7725785 gen HTR4 88 CHƢƠNG 4: BÀN LUẬN KẾT QUẢ 89 4.1 Xác định giải biến thể 89 4.2 Các gen liên quan đến biểu bệnh đặc trƣng ASD 91 4.3 Các gen nh y cảm với ASD có liên quan đến kênh ion 97 4.4 Gen RYR2, RYR3 101 4.5 Gen MUC16 103 4.6 Đa h nh rs7725785 gen HTR4 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 112 TÓM TẮT LUẬN ÁN BẰNG TIẾNG ANH 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADI-R: The Autism Diagnostic Interview - Bảng vấn chẩn đốn Revised tự kỷ có điều chỉnh ADOS The Autism Diagnostic Observation Bảng quan sát chẩn đoán tự Schedule kỷ ASD Autism Spectrum Disorders Rối loạn phổ tự kỷ BWA Burrows - Wheeler Alignment Tool Cơng cụ gióng Burrows-Wheeler CARS Childhood Autism Rating Scale Thang chẩn đoán tự kỷ tuổi ấu thơ CDC Centers For Disease Control Trung tâm kiểm soát dịch bệnh CHAT Check - list for Autism in Toddlers Bảng kiểm tra sàng lọc tự kỷ trẻ nhỏ chập chững biết CNVs Copy number variants Biến thể đa hình số lượng Cowden syndrome Hội chứng Cowden CS hàng DBC-P Developmental Behavior Checklist for Bảng câu hỏi phát triển hành Parent vi cho bố mẹ dbSNP The Single Nucleotide Polymorphism Ngân hàng liệu đa hình Database đơn nucleotide DSM Cẩm nang chẩn đốn Diagnostic and Statistical Manual of thống kê chứng rối loạn Mental Disorder tâm thần FXS Fragile X Hội chứng X dễ gãy Gilliam Autism Rating Scale Thang đánh Gilliam GARS vi giá tự kỷ GATK Genome Analysis Toolkit Cơng cụ phân tích hệ gen HDAC1 Histone deacetylase Dữ liệu đột biến gen người ICD International Classification of Diseases Phân loại quốc tế bệnh tật IGV Integrated Genomics Viewer Công cụ xem hệ gen hợp Intellectual disability Khuyết tật trí tuệ ID M-CHAT Modifier Check-list Autism in Toddlers MECP2 NCBI NHGRI Chromatin architecture genes National Center Information for Bảng sàng lọc tự kỷ trẻ nhỏ chập chững biết có sửa đổi Các gen cấu trúc chromatin Biotechnology Trung tâm thông tin Công nghệ sinh học National Human Genome Research Viện Nghiên cứu quốc gia Institute gen người NGS Next Generation Sequencing Giải trình tự hệ PDDNOS Pervasive Developmental Disorder Not Rối loạn phát triển lan tỏa Otherwise Specified không xác định PDD Pervasive developmental disorders Rối loạn phát triển lan tỏa PLADOS The Pre - linguistic Autism Diagnostic Bảng quan sát chẩn đoán tự Observation Schedule kỷ dành cho trẻ chưa biết nói SAM Sequence Alignment / Map Sắp xếp/gióng hàng trình tự SBL sequencing by ligation Giải trình tự ghép nối SBS sequencing by synthesis Giải trình tự tổng hợp Tuberous Sclerosis Bệnh xơ cứng não củ WES Whole exome sequencing Giải trình tự tồn hệ gen mã hóa WGS Whole Genome Sequencing Giải trình tự tồn hệ gen TS vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thơng tin mẫu bệnh nhân gia đình nghiên cứu 33 Bảng 2.2 Trình tự đoạn oligonuleotide 34 Bảng 3.1 Chất lượng DNA tổng số 46 Bảng 3.2 Bảng thông tin chất lượng đọc mẫu giải trình tự 49 Bảng 3.3 Kết gióng hàng mẫu giải trình tự với hệ gen tham chiếu 50 Bảng Kết xác định giải biến thể 51 Bảng 3.5 Số lượng biến thể sau bước lọc 07 bệnh nhân 52 Bảng 3.6 Các biến thể gen có liên quan đến bệnh tự kỷ bệnh nhân T01 53 Bảng thông kê biến thể gen bệnh nhân T01 55 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Các biến thể gen có liên quan đến bệnh tự kỷ bệnh nhân T02 Bảng 3.9 Thống kê biến thể gen bệnh nhân T02 59 Các biến thể gen có liên quan đến bệnh tự kỷ bệnh nhân T03 62 Bảng thông kê biến thể gen bệnh nhân T03 64 Bảng 3.10 Bảng 3.11 56 Bảng 3.12 Các biến thể gen có liên quan đến bệnh tự kỷ bệnh nhân T06 67 Bảng 3.13 Bảng thống kê biến thể bệnh nhân T06 68 Bảng 3.14 Các biến thể gen có liên quan đến bệnh tự kỷ bệnh nhân T07 74 Bảng 3.15 Bảng thông kê biến thể gen bệnh nhân T07 viii 76 27 28 Bệnh nhân T07 29 30 31 32 33 Bệnh nhân T08 34 35 36 37 38 39 40 41