三核苷酸重复与人类疾病.ppt

三核苷酸重复与人类疾病Trinucleotiderepeatsandhumandisorder 简介 INTRODUCTION 1 三核苷酸重复是生物体内常见的微卫星序列 Trinucleotiderepeats TNRs aremicrosatellitesequences 2 三核苷酸不稳定重复导致疾病是突变重要且独特的形式 Disease causingrepeatinstabilityisanimportantanduniqueformofmutation 3 三核苷酸重复和40多种神经肌肉和神经退行性疾病有关 linkedtomorethan40neurological neurodegenerativeandneuromusculardisorders 比如亨廷顿氏病 Huntington sdisease 肌强直性营养不良 myotonicdystrophy 脆性X染色体 fragileXsyndrome 三核苷酸重复带来人类疾病特点characteristicsofdisorderscausedbytrinucleotiderepeat 1 不稳定重复突变既有体细胞也有性细胞 themutantrepeatsshowbothsomaticandgermlineinstability 2 表现为发病年龄越来越早 anearlierageofonset 发病程度越来越重 andincreasingseverityofphenotypeinsubsequentgenerations 即所谓的遗传早发现象 anticipation 3 双亲的来源影响遗传早发现象 三核苷酸通过父亲比母亲遗传更多 theparentaloriginofthediseaseallelecanofteninfluenceanticipation 3 重复在非编码区域降低转录和翻译 Repeatsinnon codingregions reducedtranscriptionortranslation 当然 理解症状的分子机制是开发每种疾病治疗方法的根本 Understandingthemolecularmechanismsbehindthesymptomsspecifictoeachdiseasewillallownewtherapiestobedeveloped 1 重复在蛋白质编码区域导致毒蛋白 Repeatsinproteincodingsequences toxicproteins 2 重复在RNA编码区域改变RNA功能 RepeatsinRNAcodingregions alteredRNAfunction 三核苷酸重复带来疾病的机制 重复在RNA编码区域改变RNA功能 重复在蛋白质编码区域导致毒蛋白 重复在非编码区域改变RNA功能 三核苷酸重复种类 按照其相对位置 Categoryofthetrinucleotiderepeat basedontherelativelocation 第一种是三核苷酸重复在基因非编码区域 常见有六种遗传病 Repeatsinnon codingsequencesforsixdiseases 2 第二种是三核苷酸重复在基因编码区域 常见有七种遗传病 经常表现为多聚谷氨酸束 codeforpolyglutaminetracts 重复序列在非编码区域的疾病 重复序列在编码区域的疾病 三核苷酸重复在非编码区 Repeatsinnon codingsequences 不编码的三核苷酸重复带来疾病的特点NON CODINGTRINUCLEOTIDEREPEATDISORDERS 1 大量和可变的重复扩展导致多种组织功能丧失和功能退化 Largeandvariablerepeatexpansionsthatresultinmultipletissuedysfunctionordegeneration 2 疾病症状也随重复多少不同 即所谓体细胞异质性 Phenotypicmanifestationswithinadiseasearevariable Degreeofsomaticheterogeneity 脆性X染色体FragileXsyndrome 脆性X染色体基因型种类genotypeofFragileXsyndrome 1 FRAXA位于Xq27 32 FRAXE位于Xq283 FRAXF位于Xq27 3 q28以上三种临床症状和发病机制类似 脆性X染色体FragileXsyndrome FRAXA 1 FragileXsyndrome 脆性X综合症 与X染色体相关的缺陷 男性中1 2000和女性中1 4000的几率 产生遗传性的智力缺陷2 基因座 Xq27 3 Xq28 Xq27 3 q28 叶酸敏感的脆性位点 在缺乏叶酸和thymidine的条件下 染色体某些区域在有丝分裂期间不能正常地形成染色质 3 fragileXmentalretardation1 2 FMR1 2 基因 RNA结合蛋白质 在胚胎和成年的组织中表达 在大脑和睾丸中高表达4 与蛋白质的翻译及mRNA的转运有关 调控突触的可塑性 FragileXsyndrome FRAXA 1 脆性X综合症的分子机理 FMR1的5 非翻译区CGG的多样性 FMR2的5 非翻译区CCG的多样性2 正常情况 FMR1存在6 52个CGG重复片段3 脆性X失调综合症 轻微症状 52 200个CGG重复片段4 FRAXA 超过52 200个CGG重复片段5 CGG重复片段发生denovomethylation 从而抑制了FMR1的转录 FragileXsyndrome FRAXA 1 CGG重复片段的不稳定性导致异常的DNA甲基化2 正常情况的CGG重复片段在CpG岛中 不被甲基化3 CGG重复片段很多的时候 发生denovomethylation 使得基因沉默 叶酸敏感的脆性区域 1 Folate sensitivefragilesites 2 FRAXA基因座是基因组上叶酸最敏感的区域 是其它区域的20倍3 其他位点 基因 FRAXE FRAXF FRA10A FRA11BandFRA16A4 FRAXE与人疾病有关5 基因组的结构与FMR1相似 都是CGG重复片段的扩增 FRA10A FMRP通过结合核糖体阻止蛋白质的合成 弗里德赖希共济失调Friedreichataxia FRDA 弗里德赖希共济失调Friedreichataxia FRDA 1863年Friedreich首先报道 常染色体隐性遗传 发病率1 50000 9q13 21 1 GAA异常扩增常染色体隐性 autosomalrecessive 唯一没有遗传早发现象 theonlytripletrepeatdisorderthatdoesnotshowanticipation 共济失调 Ataxia lossofvoluntarymuscularcoordination 屈筋反射減退 Diminishedreflexes 心肌疾病Cardiomyopathy heartenlargement 糖尿病Diabetes脊髓退化Degenerationinthespinalcord 九号染色体图谱 9q13 21 1 由于GAA在内含子内重复扩增造成 正常人7 20 患者200 900次重复 FRDAiscausedbyalargeintronicGAArepeatexpansion 基因位于9号染色体 基因产物为frataxin 210aa locatedonchromosome9 Gene X25 Potein frataxin 导致基因产物为frataxin表达减少 whichleadstoreducedgeneexpression 推测是由于富含AT序列导致表达减少 TheexpandedAT richsequencemostprobablycauses GAA TTC自我配对导致DNA呈现三链结构 self associationoftheGAA TTCtract whichstabilizestheDNAinatriplexstructure 弗里德赖希共济失调Friedreichataxia FRDA 弗里德赖希共济失调Friedreichataxia FRDA GAA TTC自我配对导致DNA呈现三链结构如何抑制mRNA的合成 GAA在内含子内重复扩增 1 Frataxin蛋白在人细胞线粒体中发现 右图是通过GFP定位的frataxin 功能不明 frataxinisfoundinthemitochondriaofhuman 2 在酵母中的类似蛋白YFH1控制离子水平和呼吸功能 thereisaverysimilarproteininyeast YFH1 YFH1isinvolvedincontrolling ironlevelsandrespiratoryfunction 3 通过研究YFH1可以帮助我们了解Frataxin的功能 FrataxinandYFH1aresosimilar studyingYFH1mayhelpusunderstandtheroleoffrataxininFRDA 弗里德赖希共济失调Friedreichataxia FRDA 基因转录减少导致frataxin减少 decreasesfrataxinlevels 导致frataxin功能的部分丧失 apartiallossoffrataxinfunction 干扰酵母X25同源基因结果是线粒体离子异常累积 线粒体DNA丢失 多种铁硫蛋白依赖酶活性丧失 被氧化敏感性提高等 DisruptionoftheyeastX25homolog YFH1 abnormalaccumulationofmitochondrialiron lossofmtDNA multipleiron sulfur dependentenzymedeficiencies increasedsensitivitytooxidativestress 弗里德赖希共济失调Friedreichataxia FRDA Frataxin可能的作用机制 疾病的研究和可能的治疗方案 强直性肌营养不良Myotonicdystrophy DM 强直性肌营养不良 Myotonicdystrophy DM 基因定位于19q1312 以肌强直和进行性肌无力 萎缩为特征常染色体显性遗传多系统异常 multisystemdisorder 差别迥异的表型 highlyvariablephenotypes 遗传性早发 Anticipation 肌强直无力 张力减退 Myotonia muscleweakness Hypotonia 发育异常和智力缺陷 Developmentalabnormalities mentalhandicap 有两种类型DM1 DM2 1 DM基因编码一种周期性依赖ATP丝氨酸 苏氨酸蛋白激酶 2 在该基因的3 端非翻译区含CTG三核苷酸重复3 正常人此序列高度多态 含重复5 27次 而DM患者此序列重复50次以上 强直性肌营养不良机制 Myotonicdystrophy DM 强直性肌营养不良机制 Myotonicdystrophy DM CTG重复在3 UTR区域 强直性肌营养不良分子机制 Myotonicdystrophy DM 三核苷酸重复在编码区 Repeatsincodingsequences 三核苷酸重复在基因编码区域 常见有七种遗传病 经常表现为多聚谷氨酸束 codeforpolyglutaminetracts 脊髓小脑性共济失调Spinocerebellarataxia SCA Spinocerebellarataxia SCA 常染色体显性遗传 SCA存在遗传异质性 经连锁分析定位SCA1 6p22223 SCA2 12q2322411 SCA3 JD 14q241323212 SCA4 16q242qter SCA5 11q13 进行性共济失调 progressiveataxia 小脑萎缩 cerebellaratrophy 快速反应减缓 decreasedbriskreflexes 基因在大脑中表达 SCA8isexpressedprimarilyinthebrain 由于CAG重复在外显子扩张所致 iscausedbyanexpandedCTGrepeatexon 亨廷顿舞蹈症Huntington sdisease 亨廷顿舞蹈病Huntington sDisease 1 又称慢性进行性舞蹈病2 常染色体显性遗传 该基因定位于4p16 33 致病基因编码Huntingtin 在ORF5 端有一个多态性的CAG三核苷酸重复序列 正常值一般在11 34之间 而在HD患者则明显增加 n 40 通常CAG重复扩增越多 发病越早4 病理改变 脑萎缩 基底节萎缩为主 以尾状核最为明显 苍白球及壳核也受累 并有间脑