人类疾病的生化与分子遗传学——分子病血红蛋白病PPT课件.ppt

第八章人类疾病的生化与分子遗传学 第一节分子病第二节酶蛋白病 1 分子病 MolecularDisease 由于基因突变导致蛋白质分子质和量的异常 从而引起肌体功能障碍的一类疾病称为分子病 分子不的种类很多 根据各种蛋白质的功能可以将分子不分为运输性蛋白病 凝血及抗凝血因子缺乏病 免疫缺陷病 膜蛋白病 受体蛋白病等等 遗传性酶病 HereditaryEnzymopathy 又称为遗传性代谢性疾病 HereditaryMetabolicDisease 由于基因突变导致酶活性降低或者增高所引起的疾病 称为遗传性酶病 2 血红蛋白病是指由于珠蛋白分子结构或者合成数量异常所引起的疾病 它是人类研究的最深入 最彻底的分子病 是运输蛋白病的代表 是研究人类遗传病分子机理的最好模型 据估计全世界有一亿多人携带有血红蛋白病的基因 我国南方发病率较高 因此 血红蛋白病是做常见的遗传病之一 一 血红蛋白病 Hemoglobinpathy 3 每个红细胞含有约28000万个血红蛋白分子 每个分子由四个亚单位构成 每一个亚单位有一条珠蛋白肽链和一个血红素辅基组成 即血红蛋白分子是由两对珠蛋白肽链构成的球形四聚体 一 正常血红蛋白的组成 结构及其遗传控制1 人类血红蛋白的组成和发育变化 4 5 类 链 链 由141个氨基酸组成类 链 链 由146个氨基酸组成 由这六种不同的珠蛋白链可以组合成人类的6种不同的血红蛋白 即 HbGower1 2 2 HbGower2 2 2 HbPortland 2 2 HbF 2 2 HbA 2 2 HbA2 2 2 其中 链有两种亚型 即G 第136位为甘氨酸A 第136位为丙氨酸所以 HbF有两种类型 2G 2 2A 2 6 7 人类珠蛋白基因分为两类 1 类 珠蛋白基因簇 likeglobingene 基因16p13 2 类 珠蛋白基因簇 likeglobingene G A 基因11p15 2 人类珠蛋白基因HumanGlobinGene 8 9 10 1313299100141 13031104105146 基因 基因 11 异常血红蛋白病是指由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常 如果有临床表现者称为一些血红蛋白病 或者异常血红蛋白综合症 至今已经发现异常信号弹并不471种 国内已经发现60种 其中20种三世界首报 尽管异常血红蛋白病种类繁多 但是仅约有40 的异常血红蛋白对人体有不同程度的功能障碍 二 血红蛋白病的分类和分子基础1 异常血红蛋白病AbnormalHemoglobin 12 镰形细胞贫血病是DNA的错义突变所致 链第6位GAG谷氨酸HbAGTG缬氨酸HbSHbS的形成 导致血红蛋白的电荷改变 在脱氧的情况下HbS聚合形成长棒状聚合物 使红细胞镰形化 又红细胞的镰变 引起血液粘度增高 导致血管梗阻性继发症状 一过性剧痛 肌肉骨骼痛 腹痛 急性大面积组织损伤 心肌梗塞可以致死 镰形红细胞的变形性降低可以引起溶血 该病有三种基因型 HbAHbAHbAHbSHbSHbS 1 异常血红蛋白的类型A 镰形红细胞病 sicklecelldisease 13 HbS纯合子的镰形红细胞 14 已经发现的不稳定血红蛋白在80种以上 由于Hb的不稳定 容易自发 或在氧化剂的作用下 变性 形成变性珠蛋白小体 HeinzBody Heinz小体粘附与红细胞膜上 导致阳离子通透性增加 另外 由于变形性降低 但红细胞通过微循环时 红细胞被阻留破坏 导致血管内 外溶血 不稳定血红蛋白病 nustablehemoglobinpathies 15 不稳定Hb病一般呈现常染色体显性遗传 不完全显性 杂合子可有临床表现 纯合子是致死的 Hb病的临床表现与Hb的不稳定程度 产生高铁血红蛋白的多少以及不稳定Hb的氧亲和力大小有关 轻者仅在服用磺胺等药物 或者有感染时溶血 重者需要反复输血才能够维持生命 16 图示 17 HbM是因为肽链中与血红素铁原子连结的组氨酸或邻近的氨基酸发生了替代导致部分铁原子呈稳定的高铁状态 从而影响了正常的携氧功能 使组织供氧不足 导致临床上出现紫绀和继发性红细胞增多 本病呈现场染色体显性遗传 杂合子的HbM含量一般在30 以内 可以引起紫绀症状 C 血红蛋白M病 18 这类血红蛋白病是由指由于肽链的氨基酸替代而使血红蛋白分子与氧的亲和力增高或者降低 导致运输功能改变 如果引起Hb与氧的亲和力增高 输送给组织的氧量减少 导致红细胞增多症 如果Hb与氧的亲和力降低 则动脉血的氧饱和度下降 严重者可以引起紫绀症状 D 氧亲和力改变的血红蛋白病 19 2 异常血红蛋白病的分子基础 单个碱基置换错义突变无义突变终止密吗突变移码突变整码突变融合基因 20 HbS 基因的第6位密码子 GAG GTG 导致 谷氨酸 缬氨酸HbE 基因的第26位密码子 GAG AAG导致 谷氨酸 赖氨酸 单个碱基置换错义突变 21 例如HbMckees Rock其 链有144个氨基酸组成 原因是由于 基因的第145位的密码子 AAAGUAUCACUAA赖酪组终止 Mckees RockAAGUAACACUAA赖终止结果导致肽链合成提前终止 无义突变 22 例如HbConstantSpring 基因的第142位终止密码子 ACGUUAAGCUGGA GAAUAA精终止 CSCGUCAAGCUGGA GAAUAA精谷胺终止结果 链延长为172个氨基酸 这种突变基因转录形成的mRNA不稳定 所以导致链的合成减少 表现为 地中海贫血 终止密码突变 23 例如HbWagne由于 链的第138位密码子中的一个碱基C丢失 137141147 AACCUCCAAA CGUUAAGCU UCGGUAGC 苏丝赖Lost WAGNEACCUCAAA GUUAAGCU CGGUAGC 苏丝缬赖精 终止 结果导致其3 端碱基顺序依次移位 重新编码 第142位终止信号变为可读密码 致使翻译至147位才终止 移码突变 24 例如HbGumHiu是 链缺失第91 95氨基酸 亮 组 半胱门冬 赖 但是其前后的氨基酸顺序不变 A丝谷亮组半胱门冬赖亮组缬AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCACGUG90 A GAGCUGCACUGUGACAAGCUGCACGUG 9096 丝谷亮组缬 GumHiu AGUGAGCUGCACGUG 9096 上述结果是由于不等交换产生的 整码突变 25 例如HbLepore的类 是由和 链连结而成 肽链的N端像 链 C端像 链 故称为 链 相反 Hb反 Lepore链 Hbanti Lopre 其N端像 链 C端却像 链 故称为 链 这是由于染色体错误配对和不等交换而形成的融合基因 FusionGene 融合基因 26 G A G A G A G A G A 图4 14血红蛋白融合基因形成机理 链 HbLepore Hbanti Lopre 27 G A 链 G A 链 28 由于珠蛋白基因突变 或者缺是导致某种珠蛋白合成障碍 造成 链和 链合成失去平衡 从而导致的溶血性贫血 称为地中海贫血 根据合成障碍的肽链不同 可以把地中海贫血分为两类 即 地中海贫血和 地中海贫血 2 地中海贫血Thalassemia 29 地贫是由于 珠蛋白基因缺失或者缺陷使 珠蛋白链 简称 链 的合成受到抑制而引起的溶血性贫血 人类基因组中共有4个 基因 基因位于16p13 每条染色体有两个基因 1 地中海贫血 Thalassemia 简称 地贫 30 如果一条16号染色体上缺失一个基因者称为 地贫 也称为 地2 缺失两个基因者称为 0地贫 也称为 地1 0地贫 也称为 地1 的基因型可以写作 地贫 也称为 地2 的基因型可以写作 31 根据临床表现程度和受累的 基因的数量 基本上可以分为四种类型 HbBart s胎儿水肿综合症血红蛋白H病轻型 标准型 地中海贫血静止型 地中海贫血 地贫的临床类型 32 34 这种类型的 地贫是两条16号染色体的四个基因全部缺失或者缺陷所致 基因型为 0地贫的纯合子 完全不能合成 链 不能形成胎儿HbF 相对过多的 链形成四聚体 4 称为HbBart s 4 HbBart s对氧的亲和力非常高 因而释放给组织的氧减少 造成组织严重缺氧导致胎儿水肿综合症 引起胎儿或者新生儿死亡 患儿血红蛋白60 以上为HbBart s 其余为HbPortlant HbBart s胎儿水肿综合症 HbBart sHydropsFetalisSydrome 35 36 1 41 21 2 37 血红蛋白H病是 0地贫和 地贫的双重杂合子 即有三个基因的缺失或者缺陷 基因型为 也可以为 T T代表有突变的基因 因缺失三个 基因 只能合成少量的 链 链相对过多 形成四聚体 4 易被氧化 导致 4解离成游离的单链 游离的 链沉淀聚集形成包涵体附着于红细胞膜上 使红细胞膜受损 失去柔韧性以北脾脏破坏 导致中度或重度溶血性贫血 称为血红蛋白HbH病 血红蛋白H病 38 正常人 杂合子HbH 0杂合子 T T T正常人非缺失 杂合子 0杂合子非缺失HbH 39 地贫纯合子 0地贫杂合子 由于缺失两个 基因 间或有轻度贫血 我国主要是 0地贫杂合子 轻型 标准型 地中海贫血 40 静止型 地中海贫血仅缺失一个 基因 为 地平的杂合子 即 没有症状 上述婚配可以 的机会生育HbH病患儿 静止型 地中海贫血 41 从基因的缺陷程度来看 可以把 地平分为缺失型和非缺失型 点突变 缺失型 左侧缺失 LeftwardDeletion 缺失包括 基因在内的DNA片断 右侧缺失 RightDeletion 缺失范围包括 2基因的3 端和 1基因的5 端 结果形成了有 1的3 端和 2的5 端形成的融合基因 其发生机理是类基因发生不等交换的结果 地中海贫血的分子基础 42 1 2 图4 15类 基因簇缺失类型 种族或地区类型中国人 黑人融合基因地中海人右缺失 中国人 2缺失左缺失地中海人 罕见 0 地中海区人 罕见 0东南亚人 常见 0地中海区人 常见 0北欧人 0菲律宾人 0 43 非缺失型 1 生成无功能或稳定性降低的mRNA 无义突变 116GAG TAG G T 移码突变 130 31 4bp 终止密码突变142TAA CAA T C 形成HbConstantSpring起始密码突变 2ATG ACG T C 2 mRNA加工突变剪接改变IVSI GGTGAGGCT GGCT Poly A 信号缺陷AATAAA AATAAG产生不稳定的Hb 2125CTG 亮 CCG 脯 生成HbQuongSze Lost 44 地中海贫血是由于 珠蛋白基因的缺失或者缺陷使 珠蛋白链合成受到抑制而引起的溶血性贫血 完全不能合 成链的称为 0地贫 能够部分合成 链者 约为正常的5 30 称为 地贫 此外 还有 0地贫 它们又不同的组合 即 0地贫的纯合子 0 0 0地贫的双重杂合子 0 0地贫的杂合子 0 A 地贫的纯合子 地贫的杂合子 A 3 地中海贫血 thalassemia 简称 地贫 45 地中海贫血可以分为四种主要类型 重型 地中海贫血轻型 地中海贫血中间型 地中海贫血遗传性胎儿红细胞增多症 地中海贫血的临床分类 46 患者是 地贫 0地贫或 0地贫的纯合子 基因分别是 0 0 0 0或者是 地贫和 0的双重杂合子 0 重型 地中海贫血 47 这些患者的 链几乎不能合成 或者合成非常少 以致没有HbA 或者HbA的量很低 链的合成相对增加 使HbF 2 2 HbA2 2 2 的比率升高 由于HbF较HbA的氧亲和力高 在组织中不容易释放出氧 所以地贫患者有组织缺氧症状 红细胞生成素大量分泌 刺激骨髓的造血功 红骨髓大量增生 骨质疏松 地中海贫血面容 由于 链的合成受到抑制 过剩的 链形成 链包涵体 引起溶血性贫血 靠输血维持生命 48 49 患者是 地贫 0地贫 0地贫的杂合子 基因型为 A 0 A 0 A 这类患者由于还能够合成相当量的粘 所以症状较轻 贫血不明显或者轻度贫血 本病的特点是HbA2 2 2 升高 可达4 8 或 和 HbF 2 2 升高 轻型 地中海贫血 50 中间型 地中海贫血通常是某些 地贫的变异型的纯合子 如地贫 高F 高F 血红蛋白多为HBF 2 2 或者是两种不同变异型地贫的杂合子 如 它们的症状介于重型与轻型之间 故称为中间型 地中海贫血 中间型 地中海贫血 51 患者由于 基因簇中某些DNA片断的缺失或者点突变 使 和 链的合成受到抑制 而 链的合成明显增加 使成人红细胞类HbF 2 2 含量持续增多 故称为遗传性红胎儿红细胞增多症 HereditaryPersistanceofFetalHemoglobin HPFH HPFH的特点是HbF再成人仍然持续较高水平 无明显的临床症状 遗传性胎儿红细胞增多症 52 地中海贫血至今已经发现100多种突变类型 其中10多种为缺失型 其余均为点突变 我国已经报道17中点突变 地中海贫血的分子基础 53 点突变 绝大多数地中海贫血是由于基因点突变所致 突变涉及基因内及旁侧表达顺序的各个环节 这要有四种类型 即 1 编码区的突变2 非编码区的突变3 影响转录的突变4 RNA裂解部位的缺陷5 编码区的外显子突变引起剪切作用的改变 54 这些突变使mRNA稳定性降低 或者形成无功能的mRNA 从而不能合成正常的 珠蛋白链 多数产生 0地贫 少数为 地贫 例如 无义突变17 A G 43 G T 产生 0地贫移码突变41 42 TCCT 71 72 A 产生 0地贫 起始密码突变ATG AGG产生 0地贫 编码区的无义突变 移码突变 起始密码突变 55 这些突变影响mRAN的剪切的加工过程不能准确进行 形成异常的mRAN 导致 0或者 地贫 非编码区IVS 1 IVS 2的突变 56 这类突变重要集中在起始位点上游的启动子TATA框 使转录效率降低 mRNA生产量减少而产生 地贫 例如中国人的 29A G 28A G都属于此类 影响转录的突变 57 由于突变影响转录的效率 对珠蛋白的合成一般较为温和 表现为 地贫 这些突变主要集中在TATAbox中 突变点在 31 30 28 29 同一突变再不同种族表现型有很大差异 例如 黑人 29A G症状轻 属于轻型 地贫中国人 同一突变重型 地贫产生原因 黑人中有该突变的同时 G 珠蛋白基因上游 158位的启动子区有一个取代突变 C G 开启了已经关闭的 珠蛋白的合成 形成HbF 2 2 代偿了 链合成下降导致的贫血症状 转录启动子区的突变 58 这类突变是由于异常的RNA加帽部位和多聚腺甘酸化信号的突变 从而影响RNA的转录后不能准确的裂解 产生不稳定的mRNA 是正常 链的生成减少 导致 地贫 例如 加帽部位 A C的颠换 多聚腺甘酸信号 AATAAA AACAAA都引起 地贫 RNA裂解部位的缺陷 59 这类突变是由于编码区的单个碱基突变 错义突变或同义突变 激活邻近的隐蔽裂解信号 影响IVS正常的剪接 产生异常的mRNA 例如 东南亚常见的HbE 是一种轻型 地贫 其原因是 链的26位密码子发生G A的错义突变时 使其相邻的裂解信号被激活 生成异常的mRAN 产生HbE 60 外显子1外显子2外显子3内含子1内含子2内含子2供体位点顺序 GT内含子2受