線粒體疾病課件

第八章線粒體遺傳?。∕itochondrialgeneticsandDiseases）GermlineInheritanceSomaticInheritanceExtrachromosomalInheritance染色體外遺傳最初由Correns（1909）在紫茉莉中發(fā)現(xiàn)，之后在其它高等生物、微生物中都有發(fā)現(xiàn)，包括動(dòng)物細(xì)胞中的線粒體、植物中的葉綠體、細(xì)菌的質(zhì)粒等。核外遺傳的共同特點(diǎn)：（1）無(wú)有絲分裂和減數(shù)分裂的周期變化，遺傳上不符合孟德?tīng)柖?；?）雜交或正反交后，子代僅表現(xiàn)母方特性細(xì)胞質(zhì)遺傳（3）遺傳物質(zhì)是DNA人線粒體的結(jié)構(gòu)每個(gè)線粒體可含2－10條DNA鏈，單個(gè)細(xì)胞內(nèi)可存在多個(gè)線粒體。線粒體的核糖體與原核生物相似，對(duì)一些抗生素敏感，線粒體可能是細(xì)胞內(nèi)處于共生狀態(tài)的微生物獨(dú)立進(jìn)化而來(lái)LynnMargulis線粒體的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯都不依賴于細(xì)胞核DNA,但是細(xì)胞核和線粒體在功能上相互依賴。人線粒體DNA的結(jié)構(gòu)人類mtDNA—一種較小閉環(huán)雙鏈DNA,含16,569個(gè)核苷酸，編碼37個(gè)基因,包括不同氧化磷酸化復(fù)合物的蛋白亞基（13個(gè)），rRNA(2個(gè)）、tRNA（22個(gè)）基因等。mtDNA的突變可見(jiàn)于各種編碼基因。mtDNA的幾個(gè)特點(diǎn)有助于解釋其致病機(jī)理：mtDNA半自主復(fù)制，沒(méi)有內(nèi)含子；mtDNA所用的遺傳密碼與核基因通用密碼存在差異。mtDNA為母系遺傳；mtDNA在有絲分裂和減數(shù)分裂期間都要經(jīng)過(guò)復(fù)制分離；mtDNA具有閾值效應(yīng)；暴露于氧化磷酸化所產(chǎn)生的氧自由基中,突變發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較核DNA大10－20倍。基因多態(tài)性—基因突變?cè)谌巳褐械囊环N表現(xiàn)形式多態(tài)性（polymorphism）:群體中同一基因座上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的等位基因同時(shí)存在。單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism,SNP）:人類基因組序列中最常見(jiàn)的變異形式是SNP，這種多態(tài)包括單個(gè)堿基的替換、單個(gè)堿基的插入和缺失（后兩者主要在非表達(dá)序列）。GAGCTCGAACTTGAG,GAGGAG,GAAGAA,GAA人群中出現(xiàn)三種基因型RFLP分析DNA

限制性內(nèi)切酶MstII的識(shí)別序列CCTNAGG

ACTCCTGAGGAG（可酶切）ACTCCTGTGGAG（不能切）N代表任一核苷酸ACTCCTGAGGAG1350bp1150b/p>

AAATTT分析mtDNA取自5個(gè)地理區(qū)域（Africa、Asia、Australia、NewGuinea、Europe）的147人；使用12種不同的限制性內(nèi)切酶消化；通過(guò)RFLP分析mtDNA的限制性酶譜；共獲得133種限制性酶譜型；通過(guò)mtDNA的演化，分析人類的起源。（1）線粒體遺傳?。?）核基因突變引起的線粒體疾病線粒體疾病分類Leber遺傳性視神經(jīng)?。↙eberhereditaryopticneuropathy,LHON）LHON是人類母系遺傳病的代表。以急性或亞急性眼球后神經(jīng)炎，導(dǎo)致雙側(cè)視神經(jīng)萎縮和大片中心暗點(diǎn)而突然喪失視力為特征，同時(shí)伴色覺(jué)障礙。發(fā)病高峰年齡20－30歲，但任何年齡均可發(fā)病。急性發(fā)作后視力可進(jìn)一步衰退，但通?？删S持0.02－0.5。無(wú)特殊并發(fā)癥，有些家系出現(xiàn)其它神經(jīng)異常，如智力障礙。1988年Wallace等確認(rèn)線粒體呼吸鏈復(fù)合物遺傳性異常是LHON的病因。Leber遺傳性視神經(jīng)?。↙HON）的遺傳異質(zhì)性在編碼線粒體呼吸鏈蛋白（多肽）的線粒體基因中，至少有18種錯(cuò)義突變直接和間接地導(dǎo)致LHON表型出現(xiàn)。LHON分為兩種類型：（1）單一突變導(dǎo)致LHON表型（2）需要2次突變或其它變異才能產(chǎn)生臨床表型第一種類型中，90％以上病例存在有下列突變之一：MTND1*LHON3460A、MTND4*LHON11778A、MTND6*LHON14484C，LHON家族中存在同質(zhì)性和異質(zhì)性，而異質(zhì)性LHON中突變線粒體DNA的閾值水平70%。Kearns-Sayre

Syndrome，KSS特征性癥狀：眼外肌麻痹、視網(wǎng)膜變性、心傳導(dǎo)阻滯、腦脊液蛋白含量增高?；颊吲R床表現(xiàn)可有：虛弱、乳酸酸中度、聽(tīng)力喪失、癡呆、個(gè)頭矮小等發(fā)病年齡一般<20歲，大多數(shù)病人在確診幾年后死亡。病因?qū)W基礎(chǔ)：線粒體DNA大片段缺失和復(fù)制（重復(fù)），缺失多大于1000bp。約1/3的Kearns-Sayre病例與線粒體存在4977bp大小的DNA缺失有關(guān)Kearns-Sayre

SyndromeKSS的病情嚴(yán)重程度依賴于異質(zhì)性的程度和突變線粒體的組織分布。當(dāng)肌細(xì)胞中有缺失的線粒體基因組大于85%時(shí)，可發(fā)生所有KSS的臨床特征。在異質(zhì)性處于較低水平時(shí)，進(jìn)行性眼外肌麻痹是主要癥狀。當(dāng)突變線粒體基因組在造血干細(xì)胞中大量存在時(shí)就會(huì)出現(xiàn)造血功能障礙，血細(xì)胞不能利用鐵進(jìn)行血紅蛋白的合成，引起致命性的貧血—缺鐵性貧血。機(jī)制：突變線粒體DNA在某組織中高比例出現(xiàn)時(shí)，部分基因，包括tRNA的喪失，能量產(chǎn)生急劇下降，使組織功能出現(xiàn)障礙。線粒體堿基替換疾病的命名例：MTTK

*MERRF8344G包含三個(gè)部分：1.MTTK:MT，指線粒體；T,代表轉(zhuǎn)運(yùn)RNA;

K，表示賴氨酸2.MERRF：描述疾病臨床特征的字母縮略詞3.8344G：表示堿基改變的位置疾病編號(hào)MIM----：MendelianInheritanceinManMERRF8344GMELASSyndrom（mitochondrialencephalomyopathywithlacticacidosisandstroke-likeepisodes）—線粒體肌病腦病伴乳酸中毒及中風(fēng)樣發(fā)作綜合癥臨床特征：復(fù)發(fā)性休克，肌病，共濟(jì)失調(diào)，肌陣發(fā)性痙攣，癡呆，耳聾等。乳酸酸中毒：由于異常線粒體不能代謝丙酮酸，導(dǎo)致大量丙酮酸生成乳酸，使后者在血液和體液中積累。

特征性的病理變化：腦和肌肉的小動(dòng)脈和毛細(xì)血管管壁中有大量形態(tài)異常的線粒體聚集MELAS3243GmtDNA突變與非綜合征型耳聾GeneMutationReference12SrRNA1555A>GJaberetal,199312SrRNA1494C>TZhaoetal,200412SrRNA961(differentM)Bacinoetal,1995tRNASer7445A>GReidetal,1994tRNASer7510T>CTirantietal,19953.底物利用缺陷：線粒體參與物質(zhì)代謝的多種酶類由核基因編碼，突變失活將影響相應(yīng)功能。4.鐵運(yùn)輸缺陷：Friedreich共濟(jì)失調(diào)是由三核苷酸重復(fù)序列的拷貝數(shù)增多導(dǎo)致鐵運(yùn)輸缺陷所引起的致死性疾病，呈常染色體隱性遺傳，基因產(chǎn)物定位于線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)。5.電子傳遞鏈缺陷線粒體遺傳病的傳遞和發(fā)病規(guī)律mtDNA具半自主性：能獨(dú)立地復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯，但核基因編碼大量維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)，以及編碼大多數(shù)氧化磷酸化酶的蛋白亞單位，因此mtDNA功能又受核DNA影響。密碼子與核基因有差異：mtDNA中，UGA色氨酸。而非stop.3.mtDNA為母系遺傳：人類受精卵中的線粒體幾乎都來(lái)自卵母細(xì)胞，即來(lái)自母系——母系遺傳（maternalinheritance)。疾病的家族分析中如發(fā)現(xiàn)疾病從受累女性傳遞規(guī)律，可考慮線粒體DNA突變致病的可能。4.mtDNA在有絲分裂和減數(shù)分裂期間均經(jīng)過(guò)復(fù)制、分離：細(xì)胞分離過(guò)程中，線粒體隨機(jī)分布。因此在胚胎發(fā)育過(guò)程中，一些干細(xì)胞可能接受攜帶大量的突變基因的線粒體，隨后形成的成體組織細(xì)胞會(huì)具有高比例的攜帶突變基因的線粒體，進(jìn)而影響組織的功能，特別是對(duì)高需能的組織。5.mtDNA的閾值效應(yīng)：導(dǎo)致疾病狀態(tài)的突變型mtDNA的比值。

純質(zhì)（homoplasmy）：細(xì)胞或組織中所有線粒體具有相同的基因組，野生型或突變型；