首頁 / 專科考試 / Ch.18 皮膚相關遺傳學 Fitzpatrick 9e · Part 2 Structure And Function Of Skin
Ch.18 Genetics in Relation to the Skin 皮膚相關遺傳學 原書 p.289–309 · 考題共 4 題(已有詳解 4 題) · 最後更新:2026-10-21
101 年 1 題、105 年 1 題、107 年 1 題、108 年 1 題
題目取自
臺灣皮膚科醫學會專科醫師甄審筆試試題 ,答案為學會公告的標準答案;重點與詳解依據 Fitzpatrick's Dermatology, 9th Edition 與 McKee's Pathology of the Skin, 5th Edition 整理
圖片與延伸閱讀 課本圖片有版權,請到以下網站看臨床與病理照片(外部網站,另開新分頁)。
本章目錄 1. The Human Genome 2. Chromosome & Gene Structure 3. Gene Expression 4. Finding Disease Genes 5. Gene Mutations & Polymorphisms 6. Mendelian Disorders 7. Chromosomal Disorders 8. Mitochondrial Disorders 9. Complex Disease Genetics & GWAS 10. Mosaicism 11. HLA Disease Association 12. Epigenetics 13. Genetic Counseling 14. Prenatal Diagnosis 15. Gene Therapy & Editing 16. Precision Medicine 17. McKee Supplement 18. Related: Blaschko-pattern vs Flexural Pigmentation 本章考點(12) 考題(4 題) 重點整理 螢光 =考過(後附題號)紅框 =易錯陷阱粗體數字 =門檻值
1. The Human Genome(人類基因體概論)
已知分子機轉的單基因疾病中約 25% 有皮膚表現(genodermatoses);超過 2000 種單基因疾病的遺傳基礎已確定。皮膚病也可來自 polygenic/complex inheritance、mosaicism 與 chromosomal abnormalities。p.289
Human Genome Project 於 2003 年完成(draft sequence),定序超過 3 billion bp。p.289–290
46 條染色體:22 對 autosomes(依大小由 chromosome 1 最大排到 22 最小)加上 X、Y 兩條 sex chromosomes。p.289
Haploid genome 約 3.3 billion bp ,只有約 1.5% 是 protein-encoding exons;也許多達 97% (perhaps as much as)功能未知(俗稱 "junk" DNA,但作者提醒不宜輕率如此稱呼)。p.289
基因數目目前估計 20,000–25,000 (早期估計約 100,000);複雜度被認為來自 alternate splicing 產生多種 protein isoforms。p.289
另有不轉譯成蛋白的 RNA 基因:tRNA、rRNA、microRNA(被認為經 RNA inhibition pathway 調控大量其他基因);以及 lncRNA、natural antisense RNA、ceRNA 等新興調控分子。p.289–290
OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man)是人類遺傳疾病歷史、臨床、分子與生化資料的主要來源。p.290
2. Chromosome & Gene Structure(染色體與基因結構)
Chromosome(染色體)
兩臂不等長時,短臂為 p (petit,法文「小」),另一臂為 q ;band 由 centromere 向外編號。p.290
Type I keratin gene cluster 位於 17q21.2 (約 900,000 bp ,含 27 個功能性 type I keratin genes);type II keratins 位於 12q13 。p.290–291
Telomeres :染色體末端的短序列 tandem repeats;germ cells 等由 telomerase (protein–RNA enzyme complex)補上重複序列;somatic cells 每次分裂修掉一個重複,低於閾值即進入 senescence(biological clock)。p.290
Centromere :高度重複序列,是 kinetochore 形成處,microtubules 附著形成 mitotic spindle。p.291
Gene(基因)
Exons 編碼胺基酸序列(open reading frame),由非編碼 introns 隔開;典型 exon 可能約 100–300 bp (might be),introns 從 <100 bp 到 >1 million bp。p.291
KRT14 (keratin 14,突變致 EB simplex)約 7000 bp ,8 exons、7 introns;只在 basal keratinocytes 與其他 stratified epithelia 表現。p.291–292
RNA polymerase II 從 cap site 轉錄 → heteronuclear RNA(含 introns)→ splicing → mRNA;5′ capping 與 3′ poly-A tail 穩定 mRNA。p.292
成熟 mRNA 先做一次 test round of translation;若含 nonsense mutation (又稱 premature termination codon mutation)101-21 ,test round 失敗,細胞經 nonsense-mediated mRNA decay 降解此 mRNA。p.292
Prokaryotes 的基因沒有 introns;splicing 關鍵位置為 5′ splice site(splice donor)、3′ splice site(splice acceptor),以及距 3′ 端 18–100 bp 的 branch point。p.292
Stop codon 可為 TGA、TAA、TAG 。超過 99% 哺乳類基因的 3′UTR 沒有 introns;若 stop codon 出現在已切除 intron 的上游,該 mRNA 就被送去 nonsense-mediated decay。p.292
Gene(基因) Structure(結構) Disease(疾病)
Connexin family(編碼 gap junction proteins) 只有單一小 exon(定序快且便宜) —(原文此處未列疾病)
COL7A1 118 exonsDystrophic EB
FLG (chromosome 1)只有 3 exons,但 exon 3 由 1000-bp 重複組成,個體間長 12,000–14,000 bp Ichthyosis vulgaris 的致病基因;atopic dermatitis 的易感基因
p.292;COL7A1 、FLG 因結構特殊,常規定序困難、耗時且昂貴。
3. Gene Expression(基因表現與啟動子)
基因表現主要由 promoter 決定;一般而言(in general)最重要的是 cap site 上游的 proximal promoter region(含 transcription factor 結合位)。p.292
Keratin genes 位於 12q 與 17q 兩個 cluster,有兩層專一性:只在 epithelial cells 表現,且只在特定上皮細胞層表現(hair follicle 最明顯)。p.292
將 promoter 接到 reporter gene(e.g. firefly luciferase)系統,再合併 site-directed mutagenesis (刪除或改變少數鹼基),有助於(can help)界定 promoter 範圍與基因表現所需的重要序列 105-46 。p.293
找出結合 promoter 的 transcription factors:DNA footprinting、ribonuclease protection、electrophoretic mobility shift assay、chromatin immunoprecipitation;在 transgenic mice 以 cloned promoter 驅動 reporter gene 表現,也有助於了解(helps shed light on)重現內生性表現所需的重要序列。p.293
Keratin promoters 特殊:通常上游只要 2000–3000 bp 小片段就能提供大部分組織專一性,因此廣泛用來驅動 transgene 在表皮特定區域表現。p.293
有些 promoter/enhancer 序列可遠距作用,某些情況下(in some cases)遠達數百萬 bp;chromatin conformation capture(3C、4C/5C、Hi-C)可找這類元件;ATAC-seq 可區分不同組織的 epigenetic marks。p.293
一般而言(in general),已證實位於 promoter/enhancer 的致病突變相對少,但這類變異可能被嚴重低估。microRNA 等非編碼調控 RNA 缺陷被推測與 autoimmunity 有關(lupus 研究進行中)。p.293
Microarrays 與 RNA-sequencing 可比較病灶與正常組織的基因表現,精度已可到 single cell。p.293
4. Finding Disease Genes(尋找致病基因)
兩步驟:先找出與疾病連鎖的基因,再找出該基因中的致病突變。p.293
Approach(方法) Key points(重點)
Genetic linkage analysis 105-46 研究患者與未患者的家譜,找所有患者共有、未患者沒有的基因體區域;傳統用 genome-wide 分布的 microsatellite markers ;consanguineous 家族的隱性疾病,用 SNP chip arrays 做 homozygosity mapping 可能較快
Candidate gene approach 105-46 先從特定異常(蛋白或 RNA 表現缺失、超微結構或生化差異)找線索
Whole-exome sequencing 105-46 現在另外加入;已便宜到可常規用於診斷罕見遺傳病;即使雙親都沒有該突變也能找到 de novo mutations;適合 linkage 無法處理的小家族
p.293–294
Linkage 與 candidate gene 兩法並不互斥,常合併使用 105-46 。p.293
例:lipoid proteinosis(AR)先以 microsatellites 連鎖到 1q21 (含 68 個基因),再以 candidate gene(fibroblast cDNA 表現減少)找出 ECM1 。p.293
例:TEM 見 hemidesmosomal inner plaques 消失,且 DEJ 完全沒有 BP230 染色 → 找出 DST (dystonin,編碼 BP230)loss-of-function 突變,屬新型 AR EB simplex。p.294
突變篩檢技術:denaturing gradient gel electrophoresis、chemical cleavage of mismatch、SSCP、heteroduplex analysis、conformation sensitive gel electrophoresis、denaturing HPLC、protein truncation test。p.294
這些進展將為未來 CRISPR/Cas9 gene correction 與 iPSC therapies 等 precision medicine 奠定基礎。p.294
5. Gene Mutations & Polymorphisms(突變與多型性)
Polymorphism(多型性)
健康族群中與疾病或表型無關的序列差異稱 polymorphism;coding region 中 1-bp 替換(SNPs)常見,約每 250 bp 一個。p.294
Silent mutation :胺基酸不變,例如 proline codon 第三位 C→T(CCC→CCT)仍是 proline101-21 。p.294
有些 SNP 會改變胺基酸:同一 proline codon 第二位 C→G transversion(CCC→CGC)變成 arginine。p.294
支持 missense 變異是致病突變(而非 polymorphism)的因素:只與家族中的疾病表型一起分離、位於演化保守的胺基酸、影響蛋白功能(大小、電荷、構形)、在至少 100 條同族群對照染色體中測不到。p.294–295
Nonpathogenic polymorphism 偶爾也可以是 deletions 或 insertions。p.295
Fig. 18-2:AGG(arginine)→AGT(serine)是常見的 nonpathogenic missense polymorphism;CAG(glutamine)→TAG 是 stop codon,即 nonsense mutation。p.294
Mutation types(突變類型)
Mutation 定義:導致蛋白化學組成改變的核苷酸序列變化。p.295
Type(類型) Definition / consequence(定義與後果)
Missense mutation 101-21 把一個胺基酸換成另一個胺基酸 101-21
Nonsense mutation 101-21 造成 premature termination of translation;典型發生在 CpG dinucleotides :甲基化的 cytosine 化學不穩定,易突變成 thymine,例如 CGA(arginine)→ TGA(stop codon) 101-21 ;通常使突變 allele 的 mRNA 與蛋白表現減少或消失
Insertion / deletion 101-21 後果取決於是否破壞 reading frame:單一核苷酸 deletion 造成 frameshift,通常在下游產生 stop codon 101-21 (truncated protein,或常〔often〕為不穩定、易被降解的 mRNA);刪除 3 個(或其倍數)核苷酸不會明顯改變 reading frame,後果視被刪除的內容而定
Splice site mutation 約佔所有突變的 15% (approximately);位於 intron–exon 交界附近,可能廢除原本的 acceptor/donor splice sites;有時造成相鄰 exon skipping,有時利用鄰近 exon 或 intron 的 cryptic splice sites 產生新 transcript
p.295
易錯 Missense 是一個胺基酸換成另一個;nonsense mutation 造成 premature termination of translation(Fig. 18-2 的 CAG→TAG 即為 stop codon)。p.294–295
Haploinsufficiency 與相關名詞
Heterozygous nonsense mutation 可能沒有臨床影響:generalized severe junctional EB 患者的父母通常是 laminin 332 基因 nonsense mutation 帶因者,本身沒有 skin fragility。p.295
但 desmoplakin 基因的 heterozygous nonsense mutation 可造成 AD 的 striate palmoplantar keratoderma :這稱為 haploinsufficiency (一半的正常蛋白量不足以維持功能)。p.295
Term(名詞) Meaning(意義) Example(例子)
Allelic heterogeneity 同一基因的突變可依位置與類型造成不同疾病(may lead to) ERCC2 :xeroderma pigmentosum(type D)、trichothiodystrophy、cerebrofacioskeletal syndrome
Genetic(locus)heterogeneity 有些(some)遺傳疾病可由一個以上基因的突變造成 Generalized intermediate junctional EB:COL17A1 、LAMA3 、LAMB3 、LAMC2
Expressivity 同一基因型在不同個體造成的表型變異 —
Nonpenetrant 帶該基因型卻完全沒有表型 —
p.295;表現變異反映突變、modifying genes、epigenetic factors 與環境的交互作用。
6. Mendelian Disorders(孟德爾遺傳疾病)
約 5000 種人類單基因疾病,約 2000 種分子基礎已確定(approximately)。四種主要遺傳模式:AD、AR、XLD、XLR。p.295
Pattern(模式) Key features(重點) Skin examples(affected gene)
Autosomal dominant 除非 parental gamete 發生 de novo mutation,否則有一位親代患病;男女約相等;每個子女傳遞風險 50% ,不受先前子女是否患病影響;未患病子女的下一代風險可忽略(配偶未患病時)。Male-to-male transmission 可與 XLD 區分,原文稱為 AD 遺傳的 "best hallmark" Ichthyosis vulgaris(FLG ,semidominant) 108-26 、neurofibromatosis(NF1 )、tuberous sclerosis(TSC1 or TSC2 )、Darier disease(ATP2A2 )、Hailey-Hailey disease(ATP2C1 )
Autosomal recessive 雙親通常都是無症狀帶因者;子女患病風險 25% ;在 consanguineous 家族較常見 108-26 Lamellar ichthyosis(TGM1 )、xeroderma pigmentosum(XP-A to XP-G)、junctional EB(LAMA3 、LAMB3 、LAMC2 )、Kindler syndrome(FERMT1 )
X-linked dominant 男女都可患病,家譜可像 AD;affected male 傳給所有女兒、不傳兒子 ;affected female 傳給一半女兒與一半兒子;有些在 hemizygous males 致死 Conradi-Hunermann-Happle syndrome(EBP )、incontinentia pigmenti(NEMO ) 108-26 、focal dermal hypoplasia(PORCN )、X-linked dominant protoporphyria(ALAS2 )
X-linked recessive 幾乎只發生在男性,由 carrier females 傳遞 108-26 ;affected male 的兒子全正常、女兒全為帶因者;female carrier 傳給一半兒子,一半女兒為帶因者;無 male-to-male transmissionHypohidrotic ectodermal dysplasia(EDA 、EDA1 、HED )、X-linked ichthyosis(STS )、Wiskott-Aldrich syndrome(WAS )、Fabry disease(GLA )、Menkes syndrome(MNK )
Table 18-2,p.295;Table 18-3、18-4,p.296;Table 18-5,p.297;Fig. 18-3~18-6,p.296–297。
Autosomal dominant & semidominant
有些 dominant alleles 只呈部分顯性。Semidominant :heterozygous 個體的表型比 homozygous 輕;例如 ichthyosis vulgaris ,帶一個或兩個 profilaggrin(FLG )突變 allele 會強烈影響 ichthyosis 嚴重度108-26 。p.296
Autosomal recessive
兩個 allele 是相同突變稱 homozygote ;來自雙親的不同突變稱 compound heterozygote 。p.296
AR 患者的子女全為帶因者但不發病(前提是另一親代不是帶因者);這在非近親婚姻通常成立,但在 first-cousin marriages 等家族關聯情況可能不成立。p.296
若 AR 患者的配偶也帶同一突變(臨床無症狀),子女有 50% 機會得到兩個突變 allele 而發病,稱 pseudodominant inheritance 108-26 。p.296
X-linked dominant
XLD 被推測為 incontinentia pigmenti、Conradi-Hünermann syndrome、focal dermal hypoplasia(Goltz syndrome)的機轉,這些疾病幾乎都只見於女性 108-26 。p.296–297
多數有皮膚表現的 XLD 疾病,affected males 可能自然流產或在 implantation 前死亡(看起來像 female-to-female transmission);多數存活的男性 IP 病人是 IKBKG 的 postzygotic mutation 且母親未患病;偶爾 XLD 疾病的男性患者為 Klinefelter syndrome(XXY genotype) 108-26 。p.297
X-linked recessive
XLR 疾病幾乎只發生在男性,基因由 carrier females(只有一條 X 帶突變,heterozygous)傳遞 108-26 。p.297
有些女性帶因者會出現臨床異常(e.g. hypohidrotic ectodermal dysplasia),程度不一可用 Lyonization 解釋(妊娠頭幾週隨機失活 wild-type 或突變 X,並延續到所有子代細胞)。p.297
其他帶因者可能沒有表現:受影響區域逃脫 lyonization(recessive X-linked ichthyosis),或突變 X 被活化的細胞有存活劣勢(Wiskott-Aldrich syndrome 帶因者的 lymphocytes 與 platelets)。p.297
易錯 XLR 疾病幾乎只發生在男性,由女性帶因者傳遞;XLD 的 incontinentia pigmenti 等則幾乎只見於女性。p.296–297 Ichthyosis vulgaris 在 Table 18-2 列為 AD,並註明 semidominant。p.295–296
7. Chromosomal Disorders(染色體疾病)
染色體數目或結構異常約見於 6% 的受孕(多數流產),活產約 0.6% ;約 two thirds 是性染色體或體染色體數目異常,其餘是 rearrangements。p.297
最常見的數目異常是 trisomy ,因減數分裂 nondisjunction;monosomy 可見於 X,但體染色體因無法存活而罕見。p.297
結構異常:deletion(若失去相鄰基因,可能造成 contiguous gene disorder ,例如 X 染色體 deletion 造成 X-linked ichthyosis 合併 Kallmann syndrome)、reciprocal translocation(無 DNA 流失稱 balanced translocation)、duplication、inversion、ring chromosome。p.297, p.300
除傳統 metaphase cytogenetics,SNP arrays 與 comparative genomic hybridization arrays 也可做 karyotyping;array-based 工具不依賴細胞分裂,對 unbalanced lesions 與 copy number-neutral loss of heterozygosity 很敏感。p.300
Uniparental disomy & genomic imprinting
Uniparental disomy(UPD) :一對染色體兩條都來自同一親代。Heterodisomy = 一對 homologs;isodisomy = 單一 homolog 的兩個相同複本;meroisodisomy = 兩者混合。p.300
UPD 合併隱性 allele homozygosity 日益被認為是數種 AR 疾病(包括 junctional 與 dystrophic EB)的分子基礎。p.300
Genomic imprinting :依親代來源而有不同表型(parent-of-origin specific expression,由 epigenetic modification 決定)。最常見例子:Prader-Willi 與 Angelman syndromes,可分別由 maternal 與 paternal UPD 15 造成。p.300
Imprinting 染色體 UPD 常見三種表型:intrauterine growth retardation、developmental delay、short stature。p.300
Abnormality(異常) Synonym Skin manifestations(皮膚表現)
Trisomy 21 Down syndrome 1–10 歲:dry skin、xerosis、lichenification;10 歲以上:increased frequency of atopic dermatitis、alopecia areata、single crease in palm and fifth finger;其他相關(節錄):skin infections、angular cheilitis、geographic tongue、seborrheic dermatitis、vitiligo、acrocyanosis、livedo reticularis、cutis marmorata、calcinosis cutis、syringomas、elastosis perforans serpiginosa、anetoderma、eruptive dermatofibromas、urticaria pigmentosa、leukemia cutis 等
Trisomy 18 Edwards syndrome Cutis laxa(neck)、hypertrichosis of forehead and back、superficial hemangiomas、abnormal dermatoglyphics、single palmar crease、hyperpigmentation、ankyloblepharon filiforme adnatum(general features:只有 10% 活過第一年)
Trisomy 13 Patau syndrome Vascular anomalies(尤其 forehead)、hyperconvex nails、localized scalp defects、cutis laxa(neck)、abnormal palm print(distal palmar axial triradius)(general features:survival beyond 6 months is rare)
Chromosome 4, short arm deletion — Scalp defects
Chromosome 5, short arm deletion — Premature graying of hair(general features 含 cat-like cry)
Chromosome 18, long arm deletion — Eczema in 25% of cases
45 XO Turner syndrome Redundant neck skin and peripheral edema、webbed neck、low posterior hairline、cutis laxa(neck, buttocks)、hypoplastic soft upturned nails、keloids 增加、melanocytic nevi 與 halo nevi 增加、failure to develop full secondary sexual characteristics、lymphatic hypoplasia or lymphedema
47 XXY Klinefelter syndrome May develop gynecomastia、sparse body and facial hair、leg ulcers 風險增加、systemic lupus erythematosus 發生率增加
48 XXYY — Multiple cutaneous angiomas、acrocyanosis、peripheral vascular disease
47 XYY — Severe acne(tall phenotypic males)
49 XXXXY — Hypotrichosis(variable)
Fragile X syndrome — —(表中無皮膚表現;general features 有 hyperextensible joints、flat feet)
Table 18-6,p.298–299。
8. Mitochondrial Disorders(粒線體疾病)
Mitochondrial genome 16.5 kb ,每個細胞有數百到數千份,只從母親遺傳 ;環狀,含 37 個基因:13 個編碼 respiratory chain 蛋白,其餘 24 個產生 22 tRNAs 與 2 rRNAs。p.300
mtDNA 突變於 1988 年首次報告;超過 250 種致病突變與 rearrangements,造成 myopathic 與 neurodegenerative diseases,部分有皮膚表現:lipomas、abnormal pigmentation or erythema、hypo- or hypertrichosis。p.300
Somatic cells 的 mtDNA 突變頻率比 nuclear DNA 高超過兩個數量級。p.300
Heteroplasmy :同一細胞內 wild-type 與突變 mtDNA 混合;突變比例達到某閾值才造成細胞功能異常。p.300
mtDNA 突變可誘發 reactive oxygen species,也可由其誘發(can induce or be induced by),可能見於或促成 chronologic aging 與 photoaging;malignant melanoma 等多種 premalignant/malignant tumors 也被報告有 somatic mtDNA 突變,但是否為因果尚不清楚。p.300
成人粒線體疾病患者被報告皮膚良性(lipomas)與惡性腫瘤(e.g. extramammary Paget disease、Bowen disease)發生率增加。p.300
9. Complex Disease Genetics & GWAS(複雜疾病遺傳學)
Psoriasis、atopic dermatitis 等 complex diseases 不呈簡單孟德爾遺傳;傳統 linkage/positional cloning 因 statistical power 低等原因大多不成功。p.300
GWAS 已成為主要技術:已做過 psoriasis、atopic eczema、vitiligo、alopecia areata。典型設計需 2000 例以上病例對 3000 名同族群對照,genotype 500,000–2 million SNPs。p.301
P 值沿染色體作圖("Manhattan plot");P 值 10⁻¹⁰ 以下通常表示真實 locus,但一般需在其他 case-control 組重複驗證。p.301
限制:致病變異高度異質時難以定位;整體而言找到的 causative genes 相對少(FLG 在 atopic dermatitis 是明顯例外)。p.301
Filaggrin 與 atopic dermatitis
Ichthyosis vulgaris 由 filaggrin 的 loss-of-function mutations 造成;同樣的突變是 atopic dermatitis 的主要易感因子,也與 合併 AD 的 asthma 有關,但與單純 asthma 無關。p.301
推測 AD 患者的 asthma 可能繼發於 allergic sensitization:表皮屏障缺損讓過敏原穿透皮膚接觸 antigen-presenting cells。p.301
Transmission–disequilibrium tests 顯示 filaggrin 突變與 extrinsic AD (total serum IgE 高、合併 allergic sensitizations)相關。p.301
10. Mosaicism(鑲嵌現象)
Mosaicism :體內存在帶有不同基因或染色體特徵的細胞族群,造成表型差異。類型包括 single gene、chromosomal、functional、revertant mosaicism105-46 。p.301
Single gene(somatic)mosaicism
Somatic mosaicism 表示受精後發生的突變;發生越早,越可能有臨床表現並侵犯 gonadal tissue(gonosomal mosaicism = gonads 與 somatic tissue 都有) 105-46 ,例如 segmental neurofibromatosis 的人生下完整表現的 NF 子女。p.301
一般而言,若突變發生在 germline 細胞分化之後,就不會影響 gametes,傳給子代的風險可忽略。p.301
Gonadal mosaicism :只在 gonadal tissue105-46 ;臨床上可能(may)解釋雙親都無臨床表現、周邊血 DNA 也測不到突變時,AD 疾病(tuberous sclerosis、neurofibromatosis)在兄弟姊妹間重複發生。p.301–302
Segmental mosaicism(AD 疾病) Mechanism(機轉)
Type 1 105-46 Postzygotic mutation;segment 以外的皮膚與 genomic DNA 正常
Type 2 105-46 所有細胞都有 heterozygous genomic mutation,再於某 segment 或沿 Blaschko lines 發生 loss of heterozygosity 而加重
p.302;AD 疾病的 segmental mosaicism 被認為(is thought)以這兩種方式之一發生;已描述於 Darier disease、Hailey-Hailey disease、superficial actinic porokeratosis、tuberous sclerosis。
Lines of Blaschko
描述於超過 100 年前;被認為反映胚胎期表皮細胞遷移與增生的路線(異常皮膚帶代表帶有突變的細胞 clone);美國皮膚科醫師 Douglass Montgomery 幾乎同時描述。p.302
沿 Blaschko lines 的情況:somatic mutations(例如 epidermolytic ichthyosis 的 dominant 突變 → linear epidermolytic ichthyosis〔epidermal nevus of the EHK type〕;lethal dominant gene 如 McCune-Albright syndrome),以及 chromosomal mosaicism 與 functional mosaicism(Lyonization)。Autosomal monoallelic expression 也可能,且可能被低估。p.302
Chromosomal mosaicism
Chromosomal mosaicism 來自受精後的 nondisjunction;臨床見於 linear mosaic pigmentary disorders:hypomelanosis of Ito 與 linear and whorled hyperpigmentation 107-31 。p.302
Hypomelanosis of Ito 不是特定診斷,可能(may)由多種影響色素相關基因的染色體異常造成,因此這群疾病稱為 "pigmentary mosaicism " 107-31 。p.302
Functional mosaicism(X-inactivation)
女性胚胎發育時一條 X(maternal 或 paternal)被失活。XLD 疾病(focal dermal hypoplasia/Goltz、incontinentia pigmenti)的女性因部分細胞的正常 X 有活性而存活;男性通常致死,除非核型異常(e.g. Klinefelter 47,XXY)或突變發生在胚胎發育期間。p.302–303
XLR 疾病(e.g. X-linked recessive hypohidrotic ectodermal dysplasia)在 hemizygous 男性表現明顯;女性可能(may)因 X-inactivation mosaicism 出現輕微異常,如正常 X 被選擇性失活處的 decreased sweating 或 reduced hair。p.303
X 染色體有 1317 個已知基因,多數隨機失活;少數逃脫失活(Xp 約 27 個,包括 steroid sulfatase gene;Xq 26 個)。p.303
Revertant mosaicism(natural gene therapy)
以 back mutations、intragenic crossovers、mitotic gene conversion、second site mutations 等方式自然矯正異常;同一病人可有多種矯正事件。p.303
已描述的基因:EB 中的 keratin 14、laminin 332、collagen XVII、collagen VII、kindlin-1(FERMT1 );ichthyosis with confetti 中的 keratins 10 與 1。p.303
Fig. 18-8:non-Herlitz junctional EB(COL17A1 雙 allele loss-of-function)病人,部分區域自發矯正,出現不起水疱的正常外觀皮膚。p.303
臨床意義取決於涉及細胞數、逆轉程度與發生時期;有人嘗試培養 reverted keratinocytes 移植;revertant skin punch grafting(LAMB3 矯正)已有成功報告;provirus-mediated gene correction of keratinocyte stem cells 已在一例嚴重 junctional EB 置換大量表皮。p.303
Epigenetic mosaicism
Retrotransposons 等病毒 DNA 序列嵌入 nuclear DNA,經 methylation/demethylation 活化或沉默基因;可能與 tumorigenesis 有關,但尚未與任何遺傳性皮膚病相關。p.303
11. HLA Disease Association(HLA 與疾病相關)
HLA region 位於 chromosome 6 短臂 6p21 (MHC);class I 三個經典 loci:HLA-A、HLA-B、HLA-Cw;class II 五個:HLA-DR、-DQ、-DP、-DM、-DO。p.303
腎臟與骨髓移植時盡量配對 HLA-A、-B、-DR loci。MHC class I 與 peptide 結合後活化 CD8+ T cells;class II 在 antigen-presenting cells 上呈現 peptide 給 CD4+ T helper cells。p.303
多數 MHC 相關疾病因 MHC 區域廣泛的 linkage disequilibrium,難以確定主要風險基因;近期研究支持常見 class I/II alleles 本身就造成許多關聯,如 psoriasis 的 HLA cw6。p.304
在 Han Chinese 與部分其他亞洲族群,HLA-B*1502 使 carbamazepine 引起 SJS/TEN 風險大幅增加(60- to 80-fold ),因此高風險族群開始 carbamazepine 前,監管機構建議或要求篩檢 HLA-B*1502。p.304
Disease(疾病) HLA haplotype
Psoriasis HLA cw6
Alopecia areata HLA DWB1*03;HLA DR4;HLA DQ7
Psoriatic arthropathy HLA B27;B7;B13;B16;B38;B39;B17;HLA cw6
Dermatitis herpetiformis HLA DQw2
Pemphigus HLA DR4、HLA DQ1
Reactive arthritis syndrome HLA B27
Behçet disease HLA B51
Carbamazepine-induced SJS and TEN(風險增加) HLA-B*1502
Table 18-7,p.304。
12. Epigenetics(表觀遺傳學)
Epigenetic effects:不改變 DNA 序列、但影響基因轉錄機率或程度的化學修飾(e.g. cytosine methylation、DNA 結合蛋白的改變)。p.304
哺乳類 DNA methylation 機制兩部分:DNA methyltransferases(建立並維持全基因體甲基化模式)與 methyl-CpG-binding proteins(掃描並解讀模式);分析這些變化稱 epigenomics。p.304
HLA-C promoter hypermethylation 被推測為 psoriasis 的 epigenetic marker。p.304
DNA hypermethylation 透過阻止活化型轉錄因子結合、招來 repressor complexes 而促成(contributes to)基因沉默;在 melanoma 這些改變可能(may)影響 cell cycle control、apoptosis、invasion、metastasis、angiogenesis、immune recognition 等。p.304
Epigenetic 特徵是否可遺傳仍未解決:diethylstilbestrol 暴露者孫代的癌症易感性可能與此有關,但未被證實;germ line epimutations 已見於 MLH1 hypermethylation 的 colorectal cancers,但跨世代遺傳風險未確立且可能很小。p.304
一生中 epigenetic mutations 可能比 DNA mutations 更常發生。p.304
13. Genetic Counseling(遺傳諮詢)
NSGC 定義:幫助人們理解並適應遺傳因素對疾病的醫學、心理與家庭影響的過程。內容包括 (1) 解讀家族與病史評估發生/再發機率,(2) 遺傳、檢測、處置、預防、資源與研究的衛教,(3) 促進知情選擇與適應的諮商。p.305
XLR 疾病(Fabry disease、X-linked ichthyosis、Wiskott-Aldrich syndrome、Menkes syndrome)病人的未患病兄弟,不必擔心子女患病或帶突變 allele。p.305
NGS 的 incidental findings 或 variants of unknown significance:目前指引只在 "clinically actionable" 時才處理或告知。p.305
Melanoma:家族特定的 CDKN2A 、CDK4 突變,以及 MC1R 、OCA2 風險 allele 有助諮詢。p.305
Psoriasis family situation(家族情況) Probability for (another) child(子女罹病機率)
Both parents have psoriasis(雙親皆有) 60–75%
One parent and a child of that union have psoriasis(一位親代與一名子女有) 30% (another child)
Two normal parents have a child with psoriasis(雙親正常、已有一名子女罹病) 15–20% (another child)
p.305
14. Prenatal Diagnosis(產前診斷)
Method(方法) Timing / notes(時機與重點)
Fetal skin biopsy 1970 年代末首次用於 epidermolytic hyperkeratosis 與 Herlitz(generalized severe)junctional EB;起初以 fetoscope,現在在 ultrasound guidance 下取;在 midtrimester 取樣,EB 適合 16 weeks ,部分 ichthyosis 可能需延到 20–22 weeks
Amniotic fluid cells(DNA-based) 16 weeks
Chorionic villus sampling(DNA-based) 10–12 weeks (第一孕期末)
Preimplantation genetic diagnosis 1990 年首次成功用於 cystic fibrosis;severe inherited skin disorders 也有成功報告;preimplantation genetic haplotyping 已成功用於 generalized severe junctional EB
p.305–306
1990 年代初起,fetal skin biopsy 逐漸被 DNA-based screening 取代。p.305
部分疾病(for some disorders)的較不侵入方法發展中:maternal circulation 中的 fetal DNA/RNA、three-dimensional ultrasonography。p.306
母親 mtDNA 突變:將母親的 nucleus 移入捐贈者健康粒線體的卵子再受精(three-parent families),2015 年英國國會通過。p.306
15. Gene Therapy & Editing(基因治療與編輯)
Strategy(策略) Target disease(對象) Key points(重點)
Gene replacement therapy 隱性疾病(homozygous 或 compound heterozygous loss-of-function,蛋白完全缺失) 技術上通常比治療顯性疾病可行,因此較占主流;例如 lamellar ichthyosis(多數病例 transglutaminase-1 活性缺失)、severe generalized recessive dystrophic EB(type VII collagen 完全缺失)
Gene inhibition therapy Dominant-negative 疾病 病人已有一個正常 allele,突變蛋白抑制正常蛋白;抑制突變 allele 表現應有療效;TALENs、CRISPR/Cas9、siRNA
p.306–307
Gene replacement therapy 系統已針對 lamellar ichthyosis 與 recessive forms of EB 等疾病發展 105-46 ,多以源自病毒、可穩定整合入人類基因體的 vector 表現正常 cDNA。p.307
DDEB 的 iPSC 模型:以 gene editing 處理突變 COL7A1 allele,使截短的突變蛋白被分解,讓正常 allele 發揮功能(ex vivo therapy 的 proof-of-concept)。p.307
In vivo(直接給到皮膚)vs ex vivo(切片 → 培養 keratinocytes/fibroblasts → 處理 → 移植或注射回去)。皮膚是屏障組織,不利 in vivo,但因 liposome 等技術進展而並非無法克服;皮膚容易取得與切片,兩種策略都適合。p.307
Vector(載體) Features(特點)
Retroviral vectors 只能轉導分裂中的細胞,無法打到 stem cells,表皮更替後表現很快消失;小規模人體試驗有安全疑慮
Adeno-associated viral vectors 有限制,人體試驗也有安全疑慮;某些 serotype(e.g. AAV-DJ)可在 ex vivo 有效且精準地 homologous recombination,用於 generalized severe junctional EB,不需 drug selection
Lentiviral vectors 可穩定轉導分裂與非分裂細胞,效率接近 100% 、低 copy number;可能是目前首選,但偏好的整合位置尚不清楚,可能引起安全疑慮
p.307
siRNA 與 pachyonychia congenita
siRNA 為 19–21 bp 的合成雙股 RNA,可序列專一地抑制基因;目標是選擇性沉默 dominant-negative 疾病(keratin disorders:EB simplex、pachyonychia congenita)的突變 allele。p.307
Topical siRNA 主要障礙是快速分解與細胞吸收差;nanospheres、liposomes 可增加 siRNA 遞送;iontophoresis、sonophoresis、microneedling 等非病毒方法已被嘗試(have been attempted)用來增加細胞吸收。p.307
PC:找到能專一沉默只差一個核苷酸的突變 K6a mRNA 的 siRNA(allele-specific);FDA 核准在一位 PC 志願者做 double-blind split body phase 1b 試驗,結果成功;是第一個使用 mutation-specific gene silencing 的 in-human siRNA 試驗。p.307–308
16. Precision Medicine(精準醫療)
整合 GWAS、whole-exome sequencing、RNA-Seq、microarray、microbiome 與電子病歷資料,進入 Predictive、Preventive、Personalized、Participatory medicine:診斷分層到 genetic 與 epigenetic 層次並針對性治療,可望重新整理過去只依表型的疾病分類。p.308
17. McKee Supplement(McKee 病理補充)
Ichthyosis vulgaris
McKee 也寫 ichthyosis vulgaris 為 autosomal semidominant 108-26 ;incidence 1 : 250 到 1 : 1000 births。McKee p.53
病人可有一個或兩個 FLG 突變,突變狀態與嚴重度及超微結構相關;帶一個 heterozygous filaggrin 突變的父母可能無症狀,帶兩個突變的子女常呈典型 ichthyosis vulgaris 108-26 。McKee p.54
Histology:mild to moderate orthohyperkeratosis,表皮可 acanthotic、atrophic 或正常;keratohyalin granules 減少程度與臨床嚴重度相關。McKee p.54
Revertant mosaicism in junctional EB
Generalized intermediate junctional EB 常見小片不起水疱的皮膚,稱 revertant mosaicism(natural gene therapy),代表突變基因一個複本的自發矯正。McKee p.125
Hypomelanosis of Ito
McKee:hypomelanosis of Ito(incontinentia pigmenti achromians)代表多種疾病背景下的 pigmentary mosaicism;出生時(較少在嬰兒期)出現 linear or whorled hypopigmentation,通常(但不一定)沿 Blaschko lines 107-31 。McKee p.1000
淋巴球或皮膚 fibroblasts 可測到多種染色體異常(X;17 translocation;trisomy 18、7、2、13 mosaicisms);現在認為不是單一疾病,而是 genetic mosaicism 或 chimerism 造成的一群異質疾病的皮膚徵象。McKee p.1001
Histology:basal layer 黑色素減少(keratinocytes 與 melanocytes 皆減少),Masson-Fontana 染色易評估;melanocyte 數目減少似乎不是特徵,但偶有報告。與 incontinentia pigmenti 的區別:hypomelanosis of Ito 的 papillary dermis 沒有 melanophages。McKee p.1001
Incontinentia pigmenti
X-linked dominant;女性明顯居多(超過 37 : 1),因男性通常死於子宮內。McKee p.706
女性表型多變,為 X-chromosome lyonization 造成的 mosaicism;罕見父傳女。男性病例多數合併 Klinefelter syndrome;正常 XY 男性只有極少數因 somatic mosaicism 而發病。McKee p.706–707
易錯 兩書對男性 IP 的說法不同:Fitzpatrick 寫多數存活的男性 IP 病人是 IKBKG postzygotic mutation 且母親未患病,並寫偶爾 XLD 疾病的男性患者為 Klinefelter syndrome(p.297 );McKee 寫男性病例多數合併 Klinefelter syndrome(McKee p.707 )。
Linear Darier disease
沿 Blaschko lines 分布的 grouped keratotic papules,雖可見於廣泛年齡,多數病人在 third or fourth decade,無 Darier disease 家族史;有一派認為許多(many, if not all)病例是 genetic mosaicism 造成的 localized Darier disease。McKee p.194
18. Related: Blaschko-pattern vs Flexural Pigmentation(相關鑑別)
Dowling-Degos disease(synonym:reticular pigmented anomaly of the flexures):rare AD genodermatosis,KRT5 突變;多數小的對稱 brown-gray macules 通常在 third or fourth decade 從 groin 與 axillae 開始,再擴及其他皺褶、頸、軀幹與手臂,並有 comedo-like follicular papules 與 pitted perioral acneiform scars 107-31 。p.1354(ch77)
本章考點 本章 12 個考點,出現在 4 題,依考過的題數排序。點開考點可看到每一次的考法;題號可直接跳到該題。本章考點也收在Part 2 Structure and Function of Skin 考點頁 ,所有章節的考點請見考點總覽 。
統計方式 :題數=考過這個考點的不重複題數;陷阱次數=以該錯誤觀念出題的誘答選項數,不計否定題或「以上皆是」題中本身正確的選項、標記排除統計的選項,以及課本證據不足的選項。
Incontinentia pigmenti 為 X-linked dominant(NEMO),男性多胚胎致死Incontinentia pigmenti: X-linked dominant 2 題 陷阱 1 次 106・108 年 體染色體隱性疾病在近親婚配家族較常見Autosomal recessive disorders and consanguinity 1 題 108 年 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
致病基因定位策略(linkage analysis、candidate gene、WES)Strategies to identify disease genes 1 題 105 年 105 年第 46 題 ③ 問尋找致病基因的策略(genome-wide linkage analysis 與 candidate gene approach) 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Insertion 非 3 倍數造成 frameshift,下游才出現 stop codonInsertion and frameshift 1 題 陷阱 1 次 101 年 101 年第 21 題 D 誘答 問單點突變使密碼變成 stop codon 的突變名稱(陷阱:選 insertional mutation,其為插入鹼基) 常被當成陷阱的錯誤觀念
把單點替換產生 stop codon 誤認為 insertion1 次 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
基因治療已發展於 lamellar ichthyosis 與隱性 EBGene therapy for genodermatoses 1 題 105 年 105 年第 46 題 ② 問基因治療已發展應用於哪些遺傳性皮膚病(lamellar ichthyosis、隱性 EB) 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Ichthyosis vulgaris 為 semidominant 遺傳(FLG 突變等位基因數影響嚴重度)Ichthyosis vulgaris: semidominant inheritance 1 題 108 年 108 年第 26 題 A 問尋常性魚鱗癬(ichthyosis vulgaris)的遺傳模式(半顯性 semidominant) 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Missense mutation:胺基酸替換Missense mutation 1 題 陷阱 1 次 101 年 101 年第 21 題 A 誘答 問單點突變使密碼變成 stop codon 的突變名稱(陷阱:選 missense mutation,其為胺基酸替換) 常被當成陷阱的錯誤觀念
把產生 stop codon 的突變稱為 missense1 次 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Mosaicism 定義與分型(somatic、gonosomal、gonadal、segmental)Types of mosaicism 1 題 105 年 105 年第 46 題 ① 問嵌合現象(mosaicism)的定義與分型(somatic、gonosomal、gonadal、segmental) 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Nonsense mutation:單點突變產生 stop codonNonsense mutation 1 題 陷阱 3 次 101 年 101 年第 21 題 ABCD 誘答 問單點突變使密碼變成 stop codon 稱為 nonsense mutation(陷阱:選 missense mutation,其為胺基酸替換);問單點突變使密碼變成 stop codon 稱為 nonsense mutation(陷阱:選 silent mutation,其胺基酸不變);問單點突變使胺基酸密碼變成 stop codon 的突變名稱(nonsense mutation);問單點突變使密碼變成 stop codon 稱為 nonsense mutation(陷阱:選 insertional mutation,其為插入鹼基) 常被當成陷阱的錯誤觀念
把單點替換產生 stop codon 誤認為 insertion1 次 把產生 stop codon 的突變稱為 missense1 次 把產生 stop codon 的突變稱為 silent1 次 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Silent mutation:鹼基改變但胺基酸不變Silent mutation 1 題 陷阱 1 次 101 年 101 年第 21 題 B 誘答 問單點突變使密碼變成 stop codon 的突變名稱(陷阱:選 silent mutation,其鹼基改變但胺基酸不變) 常被當成陷阱的錯誤觀念
把產生 stop codon 的突變稱為 silent1 次 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
Site-directed mutagenesis 合併 reporter gene 研究序列功能Site-directed mutagenesis 1 題 105 年 105 年第 46 題 ④ 問 site-directed mutagenesis 的用途(研究重要基因序列的功能) 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
X-linked recessive 疾病幾乎只見於男性,女性多為帶因者Sex distribution in X-linked recessive disorders 1 題 陷阱 1 次 108 年 108 年第 26 題 C 誘答 問 X 染色體聯鎖隱性(X-linked recessive)遺傳疾病的發病性別(陷阱:說幾乎只發生在女性,實幾乎只見於男性) 常被當成陷阱的錯誤觀念
以為 X-linked recessive 疾病主要發生在女性1 次 牽涉章節:Ch.18 Genetics in Relation to the Skin
本章考題也考到的其他章考點(4) 考題 作答模式 瀏覽模式 作答模式:選完送出才顯示詳解。瀏覽模式:直接顯示答案與詳解。
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官方答案:C
C 錯誤,答案 C。
A 正確 Semidominant 指異型合子表型比同型合子輕;ichthyosis vulgaris 就是 semidominant,帶一個或兩個 FLG 突變等位基因會明顯影響嚴重度。McKee 亦寫明 ichthyosis vulgaris 為 autosomal semidominant,帶一個 FLG 突變的父母可無症狀,帶兩個突變的子代常呈典型表現。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.296 ;Fitzpatrick 9e ch.47 p.783 ;McKee 5e p.53 ;McKee 5e p.54 B 正確 體染色體隱性疾病在近親婚配(consanguineous)家族較常見,因為伴侶也帶同一突變的機會增加,甚至出現 pseudodominant 遺傳。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.296 C 錯誤(本題答案) X-linked recessive 疾病幾乎只發生在男性,由帶因女性傳遞;女性通常只是帶因者。題目把性別寫反了。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.297 D 正確 Incontinentia pigmenti(NEMO/IKBKG)為 X-linked dominant,幾乎只見於女性,男性胚胎多早期流產;存活男性多為 postzygotic mutation 或 Klinefelter(XXY)。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.296-297 送出答案 重新作答
官方答案:D
Dowling-Degos disease 是皺褶處網狀色素沉著,不是 whorled pattern,答案 D。
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官方答案:E
四個敘述都正確,答案 E。
① 正確 Mosaicism 是體內存在兩種以上基因或染色體特徵不同的細胞族群而造成表型差異;單基因 mosaicism 可分 somatic、gonosomal(體細胞與生殖腺都有)、gonadal(只在生殖腺),以及 segmental 型(type 1、type 2)。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.301 ;Fitzpatrick 9e ch.18 p.302 ② 正確 Gene replacement therapy 系統已針對 lamellar ichthyosis 與隱性型 EB 等疾病發展,多以病毒載體表現正常 cDNA。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.307 ③ 正確 尋找致病基因可用 genetic linkage analysis(genome-wide linkage,以 microsatellite markers 或 homozygosity mapping)或 candidate gene approach,兩者常合併使用,現在也加上 whole-exome sequencing。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.293 ④ 正確 將 reporter gene 系統與 site-directed mutagenesis 合併,刪除或改變少數鹼基,可界定 promoter 範圍與基因表現所需的重要序列。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.293 送出答案 重新作答
官方答案:C
Nonsense mutation 使密碼子變成 stop codon,答案 C。
A 胺基酸替換 Missense mutation 是把一個胺基酸換成另一個胺基酸,不會產生 stop codon。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.295 ;Fitzpatrick 9e ch.18 p.294 B 胺基酸不變 Silent mutation 改變鹼基但仍編碼同一胺基酸,例如 proline 密碼子 CCC→CCT 仍為 proline。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.294 C 本題答案 Nonsense mutation(premature termination codon mutation)造成提前終止轉譯,例如 CpG 位置甲基化 cytosine 突變為 thymine,使 CGA(arginine)變成 TGA(stop codon);mRNA 常經 nonsense-mediated mRNA decay 降解。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.295 ;Fitzpatrick 9e ch.18 p.292 D 插入鹼基 Insertion 是加入鹼基,非 3 的倍數時會造成 frameshift,通常在下游才出現 stop codon;不是單點替換直接變成 stop codon。 Fitzpatrick 9e ch.18 p.295