LRRK2基因突变与帕金森病.doc_第1页
LRRK2基因突变与帕金森病.doc_第2页
LRRK2基因突变与帕金森病.doc_第3页
LRRK2基因突变与帕金森病.doc_第4页
LRRK2基因突变与帕金森病.doc_第5页
已阅读5页,还剩7页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

LRRK2基因突变与帕金森病【关键词】 帕金森病; LRRK2基因; 基因突变1 LRRK2基因突变是帕金森病关键影响因子大部分PD患者为散发性病例, 仅有约10%20% 患者有家族遗传背景,目前已经被定位和克隆的与遗传性帕金森病相关的基因主要有:常染色体隐性遗传性早发型PD的相关基因:Parkin, PINK, DJ1,其中多数早发型PD是由于Parkin基因突变引起的。早发型PD临床特点与散发性PD患者不同的是发病年龄相对较早,平均发病年龄在22岁左右,首发症状以震颤、记忆力减退为主, 青年型常染色体隐性遗传帕金森病曾在美洲 、欧洲 、中东及北非有报道。常染色体显性遗传性迟发型PD的相关基因:SNCA,LRRK2等。常染色体显性PD患者与散发性PD患者相比较,临床特点以晚发为主,平均发病年龄较晚,病程相对较长,首发症状以静止性震颤和动作迟缓最为常见,其次是肌强直和姿势反射障碍。在这些与PD相关的基因中,LRRK2突变是常染色体显性遗传性PD最常见的、研究最多的致病基因,对该基因的功能特征、分子机制和调节机制的研究对阐明PD发病机制以及发现新的治疗靶点具有重要意义。由LRRK2引起的PD及其他神经退行性疾病有着相同或相似的病理特征并呈现多样性,最主要的特征是路易小体的出现和黑质纹状体多巴胺神经元的缺失。LRRK2突变携带者以典型PD 为主要临床表现, 如静止性震颤、强直、动作缓慢、姿势平衡障碍,对左旋多巴治疗反应良好等2。先前的研究将这种遗传性PD的基因定位在人的12号染色体上的一个叫做PARK8的区域中。在新近的研究中,科学家们着重于对这些家族成员的DNA进行精细分析并最终确定该关键致病基因和突变位点,进一步了解它所编码的多功能蛋白在神经退行性疾病中的作用。2 LRRK2的表达定位及结构特征2.1 LRRK2的表达定位LRRK2基因在人、小鼠和大鼠脑组织的不同区域中均有表达,包括黑质、壳核、纹状体、杏仁核区域、海马、皮层及小脑,而在其他组织如肾、肺、脾脏、淋巴结中LRRK2的表达量远远高于脑组织3。此外,LRRK2在小鼠脑组织不同区域或神经核团具有表达差异,在大脑皮质、海马、尾壳核、杏仁核区域LRRK2蛋白表达量最高,在黑质、丘脑及下丘脑部分核团、小脑普肯野细胞层也有中等强度的表达量。LRRK2蛋白在HEK293细胞中内源性表达,基本分布于细胞质中,与线粒体有很好的共定位,亚细胞定位显示LRRK2主要分布于线粒体、 囊泡、 内质网、高尔基体和突触终末端等细胞质膜性结构周围, 但无跨膜域;其中约10%位于线粒体外膜, LRRK2编码的LRRK2蛋白能与线粒体外膜脂筏上的相关蛋白相互作用,而脂筏中含有诸多信号分子和免疫受体,在细胞生命活动中扮演非常重要的角色,提示LRRK2可能参与囊泡转运及轴突导向4。2.2 LRRK2的结构特征据文献报道,人的LRRK2基因位于染色体12p11.2-q13.1(小鼠于染色体15),长约144 kb(含有7 581个碱基对),含有51个外显子,编码一个由2 527个氨基酸组成,相对分子质量为275 000的LRRK2蛋白质,属于ROCO蛋白家族,具有多个功能区域5。主要功能域有6个:ARM重复序列和锚蛋白重复序列(an ARM repeat and an ankyrin repeat,ANN)、富含亮氨酸重复序列区(Leucinerich repeat, LRR) 、Ras蛋白复合体(Ras in complex proteins, ROC) 、Ras蛋白C末端重复序列(Cterminal of ROC, COR) 、MAPKKK结构域(即激酶结构域)和色氨酸(W)天冬氨酸(D)重复序列区(每个重复序列由40个色氨酸和天冬氨酸组成,又称WD40区域)。其中,LRR功能域主要参与蛋白质间的相互作用;ROC和COR 功能域具有GTP 酶活性,在Ras介导的细胞转化、细胞分裂、黏着作用的形成及MAPK信号通路中起重要作用6;激酶结构域主要与下游蛋白质的磷酸化有关;WD40 区域是一个在进化上高度保守的区域,主要参与蛋白质间的相互作用,可与多种蛋白可逆性结合,也参与运输和信号传导过程,其中ROC结构域和MAPKKK结构域备受关注。LRRK2不仅是一种激酶,而且是GTPase。这两种酶活性在功能上可能是相关联的。LRRK2同时具有ROC和MAPKKK两个激酶结构域,且两个结构域间存在调节作用;其中ROC结构域具有GTPase激酶活性,属于开关蛋白,通过与GTP结合活化、水解失活间的转化来调节LRRK2的激酶活性;提示ROC结构域是LRRK2发挥功能的调节中心,是潜在的药物调节靶点,与临床治疗密切相关7。MAPKKK是信号转导过程中的关键因子,属于较大的酪氨酸激酶类蛋白亚族(MLKs)8。GTP酶和MAPKKK参与多条信号传导通路的上游调节,主要与一些蛋白质分子的磷酸化与去磷酸化相关,位于神经信号传导级联的上游,表明LRRK2在多种神经细胞信号传导过程中起到重要的整合作用,而LRRK2基因该结构域的相关突变很可能会干扰这些信号的正确传导,导致PD及其他神经退行性疾病的发生。3 LRRK2 的常见突变及相关蛋白3.1 LRRK2常见突变到目前为止,已证实约有20多个与PD发病相关的LRRK2突变位点,不同的突变位点位于LRRK2的不同结构域, 并具有明显的区域和种族差异性。 经鉴定与PD相关的常染色体显性遗传突变点位于LRRK2的LRR、ROC、COR和MAPKKK结构域;常见的氨基酸置换突变位于ARM重复序列和锚蛋白重复序列以及WD40结构域9。近年来,研究较为广泛的突变位点有9个,分别是位于ROC结构域的R1441C,R1441G,R1441H,R1514Q突变;位于COR区域的Y1699C突变;位于激酶结构域的G2019S,I2020T,I2012T突变以及位于WD40区域的G2385R突变。这些位点突变是如何导致PD发病的机制目前还没有明确的结论。G2019S是最常见的突变位点,位于LRRK2的41号外显子上,是LRRK2激酶结构域中保守的镁离子结合区域10。该突变位点在家族性PD患者中的突变率约为2%6%,在散发性PD患者中的突变率仅为1%2%。G2019S突变在北欧犹太人群和北非人群中比较常见,突变率高达20%40%,但在亚洲人群中比较罕见11。先前的研究发现,G2019S突变能够增加LRRK2蛋白激酶活性,加速ERM(ezrin/radixin/moesin)蛋白磷酸化,从而抑制神经轴突的生长,导致相关的多巴胺神经元出现生长缺陷12,这可能与其致病机制有关。G2385R突变常见于亚洲人种,在新加坡,中国大陆和中国台湾3个地区发现的G2385R突变与中国人的PD密切相关11。该位点突变与LRRK2的WD40功能域有关,其机制可能是诱导WD40功能域上的N末端豆蔻酰化从而促使神经毒性的产生,触发细胞凋亡;同时,G2385R突变使该结构域的正电荷大量增加,进而影响细胞的物质运输和信号传导,加速了LRRK2蛋白自身的聚集,促使各种神经纤维聚集体和包涵体的产生,从而干扰LRRK2与其他蛋白质间的相互作用13-14。也有学者认为该位点突变会导致线粒体功能紊乱从而导致PD发病。3.2 LRRK2突变相关蛋白目前,国内外关于LRRK2致病机制的研究主要集中在氧化应激,线粒体损伤机制和神经毒性机制等方面,这与LRRK2所编码的功能性蛋白密切相关。LRRK2基因突变极可能导致它所编码的LRRK2蛋白的功能改变,进而触发一系列通路障碍。先前的一系列报道表明与PD 相关的LRRK2 突变可同时影响其所具有的GTP 酶及蛋白激酶的活性。目前流行的一种假说认为这些突变直接或间接地提高了LRRK2激酶的活性,并且该激酶活性的增强与一些具有神经毒性的包涵体生成有关。研究发现,在ROC 结构域附近的R1441C/G、R1541Q及COR结构域中的Y1699C的突变能同时提高GTP 酶与其GTP底物的结合能力及蛋白激酶活性, I1371V 则仅能提高GTP 酶与其GTP底物的结合力;而能显著影响蛋白激酶活性的突变如激酶结构域附近G2019S、I2012T、I2020T和LRR功能域中的I1122V 均不会明显改变GTP酶与其底物GTP的结合力;而WD40功能域附近的G2385R对GTP 结合力及蛋白激酶活性没有显著影响,说明大部分与PD相关的突变能通过影响GTP酶活性来调节蛋白激酶活性4。在与PD有关的几种LRRK2突变中,G2019S,R1441G,I2020T能够显著提高激酶活性,其中以G2019S作用最为明显;R1441H、I2012T和G2385R突变对LRRK2激酶活性具有抑制作用,而R1441C、Y1699C和T2356I对其活性的改变没有影响15-16。Zimprich等17在对大量神经退行性疾病患者的研究中发现,LRRK2与突触角蛋白和tau蛋白的磷酸化有关,LRRK2的蛋白激酶活性影响这些蛋白在退化神经元中的聚集和降解过程。然而,LRRK2基因突变以何种方式引起PD,远比我们想象的要复杂得多。LRRK2激酶活性的改变也仅仅是其中的一种方式,但多数学者认为,影响LRRK2 的激酶活性可能是各个突变发挥神经毒性的共同通路。有报道指出,在LRRK2参与的真核细胞翻译启始因子4E(EIF4E)与翻译的负调控因子(4EBP)即EIF4E/4EBP调节通路中,LRRK2突变不但影响EIF4E介导的蛋白质翻译过程,而且能够削弱机体对氧化应激反应的耐受性,并显著降低大脑中多巴胺神经元的存活率18。研究表明LRRK2能与蛋白质翻译过程中的调控元件相互作用,从而影响蛋白质的翻译过程,这可能是LRRK2突变致病的另一途径。随着分子生物学和生物信息学的快速发展,对LRRK2基因表达量的数量性状基因座(QTL)分析结果发现,LRRK2基因在Chr4和Chr15 处存在连锁群体显著性水平阈值(LRS)20 的峰值,在Chr8,13和18处也有LRS为10的峰值,说明LRRK2的表达调控既有cis又有tran调节,对LRRK2表达调控的研究无疑将会给其发病机制的探索带来新的曙光。还有学者认为LRRK2突变不仅仅与神经退行性有关,可能也参与其他疾病的发病过程。新的研究发现LRRK2基因在脾脏中的表达量具有明显的年龄依赖性,尤其是在B淋巴细胞中,提示LRRK2可能与人体的免疫系统功能相关,而LRRK2突变是否会导致免疫系统病变目前仍在探索中。4 结 语从帕金森病的发现到现在已经有近两百年的研究历史,由于引起帕金森病发病的因素多而且影响因素复杂,虽然对已发现的多种相关基因进行了大量研究,但是均未能够完全解释帕金森病的临床和病理学特点及机制。随着LRRK2基因的发现以及对可能导致帕金森病发病机制的深入研究,人们对帕金森病有了更深层次的认识,同时,也为更加深入和广泛地研究帕金森病发病机制提供了新的方向。尤其是LRRK2 蛋白及其突变蛋白的生理病理功能的确定,将为帕金森病的诊断和治疗提供新的靶点。LRRK2突变导致蛋白质相互作用的改变很可能是LRRK2突变体导致帕金森病发生的分子机制,因此,确定与LRRK2 相互作用的蛋白对于研究LRRK2的正常功能和探索LRRK2的致病机制有极其重要的意义。【参考文献】 1 郑 瑾,孙圣刚. LRRK2 基因的基本特征及各种常见突变位点与帕金森病的关系J.神经损伤与功能重建,2009,4(5): 363-365.2 Healy DG, Falchi M, OSullivan SS,et al. Phenotype,genotype, and worldwide genetic penetrance of LRRK2associated Parkinsons disease: a casecontrol studyJ. Lancet Neurol,2008,7(7): 583-590.3 Maekawa T,Kubo M,Yokoyama I,et al. Agedependent and cellpopulationrestricted LRRK2 expression in normalmouse spleenJ. Biochem Biophys Res Commun,2010,392(3):431-435.4 张 婷,曹 立,陈生弟. LRRK2与帕金森病J. 国际神经病学神经外科学杂志, 2007, 34(5): 466-470.5 刘 鹏,秦 川. LRRK2基因与帕金森病J.中国比较医学杂志,2008,18(8): 40-43.6 Bosgraaf L, Van Haastert PJ. Roc, a Ras/GTPase domain in complex proteinsJ. Biochem Biophys Acta,2003,1643(1/3):5-10.7 张 煜,陈生弟. 帕金森病致病基因LRRK2的研究进展J.中华医学遗传学杂志, 2008, 25(6): 657-659.8 Gloeckner CJ, Schumacher A, Boldt K,et al. The Parkinson diseaseassociated protein kinase LRRK2 exhibits MAPKKK activity phosphorylares MKK3/6 and MKK4/7,in vitroJ. J Neurochem,2009,109(4): 959-968.9 Ding X,Goldberg MS. Regulation of LRRK2 stability by the E3 ubiquitin ligase CHIPJ. PLoS One,2009,4(6): e5949.10 Wang L,Xie C,Greggio E,et al.The chaperone activity of heat shock protein 90 is critical for maintaining the stability of leucinerich repeat kinase 2 J. J Neurosci,2008,28(13): 3384-3391.11 张 婷, 曹 立,王 瑛,等. 常染色体显性遗传性帕金森病家系临床特征及LRRK2基因分析J.中华神经科杂志,2008,41(3):152-156.12 Cho JW,Kim SY,Park SS,et al. The G2019S LRRK2 mutation is rare in Korean patients with Parkinsons Disease and Multiple System AtrophyJ. J Clin Neurol,2009,5(1): 29-32.13 Tan EK,Peng R,Wu YR,et al. LRRK2 G2385R modulates age at onset in Parkinsons disease:A multicenter pooled analysis J. Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet,2009,1508(7):1022-1023.14 Mata IF,Wedemeyer WJ,Farrer MJ,et al. LRRK2 in Parkinson s disease:protein do

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论