线粒体病

第五章 线粒体遗传病,线粒体（mitochondria）是存在于真核细胞中的一种重要细胞器。Altman于1894年首次在动物细胞看到这种结构，1897年Benda把它正式命名为线粒体。线粒体是除成熟红细胞以外的所有真核细胞都拥有的一个重要而独立的细胞器，其主要功能是通过氧化磷酸化为细胞提供及其它贮能化合物。,1963年Nass在对鸡卵母细胞的研究中才第一次发现其拥有自己特异的遗传物质线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）。同年，Schatz在纯化的酵母线粒体中分离到完整的mtDNA,进一步证实了mtDNA的存在。1981年，Anderson等人测出了人线粒体DNA的全长核苷酸序列（剑桥序列）。1988年Wallace等通过对线粒体DNA突变和Leber遗传性视神经病之间关系的研究后，明确提出线粒体DNA突变可引起人类的疾病，为人类遗传病理学开辟了新的篇章。,第一节 人类线粒体基因组,一、线粒体DNA的结构,图 人类线粒体基因组,二、线粒体DNA的遗传学特征,1、半自主性,2、基因排列紧密,3、tRNA的种类不同,4、遗传密码和通用密码不同,密码子 “通用”密码 线粒体密码,UGA 终止密码 色氨酸,AUA 异亮氨酸 甲硫氨酸,AGA 精氨酸 终止密码,AGG 精氨酸 终止密码,5、母系遗传（maternal inheritance ),6、同质性（homoplasmy)与异质性(heteroplasmy),7、 阈值效应,8、突变率高,9、mtDNA可以稳定地整合到核基因组中,线粒体突变导致的异质性胞质,三、线粒体基因的复制,四、线粒体基因的转录与翻译,表5-3 人mtDNA编码、转录与翻译产物,第二节 线粒体DNA突变与疾病,一、mtDNA点突变与疾病,1、Leber遗传性视神经病（）,主要症状为双侧视神经萎缩, 男女发病比例:,mt DNA11778位A(蛋白质中位精组氨酸）,大约有的病是由该位点引起的,A.双胞胎兄弟患者,B.视乳头盘血管膨胀，视神经萎缩,表5-4与LHON病相关的mtDNA突变,mtDNA突变 相关基因,nt.11778GA ND4,nt.15257GA Cyb,nt.3460GA ND1,nt.4160TC ND1,nt.14484TC ND6,nt.7444GA CO I,最近已发现染色体上一基因位点与LHON视萎缩有关,1. 11778GA,丧失了faN I酶切位点,LHON的基因诊断, ,340bp,2. PCR-SSCP,2、mtDNA突变与氨基糖甙类抗生素致聋,mtDNA12S rRNA基因1555AG的突变，该突变导致BsmA I酶切位点消失。,1 2 3 4 M,100bp,80bp,3、Melas综合症（线粒体肌病脑病伴乳酸中毒及中风样发作综合症）,约80%的患者是由于mtDNA3243AG的突变引起，该突变改变了tRNALeu基因的结构，可能降低转录活性并改变线粒体rRNA基因和mRNA转录的比例。,据对MELAS进行的尸体研究报告，nt3243的突变在所有组织均以相似的高比例存在，为93%-96%；症状较轻的一位亲属肌肉组织检测，突变的mtDNA比例稍低，为62%-89%；无症状者亲属最低，为28%。,A B C D,2029 bp1731 bp1184 bp547 bp297 bp,图5-5 mtDNA 3243位突变分析。A：未酶切的PCR产物（2029bp）；B：正常对照，可看到两条带（1731bp和297bp）；C：异质性突变病例，产生了两条额外的带（1184bp和547bp）；D：-DNA/ EcoRI+HindIII markers.,图 PCR-ASO探针诊断MELAS突变,二、mtDNA缺失与疾病,1、Kearns-Sayre综合症（KSS）,本病又称慢性进行性眼外肌麻痹。KSS有以下共同特征：1）20岁以前发病；2）进行性的眼外肌麻痹；3）色素视网膜炎；,研究发现，几乎所有的患者均有mtDNA的缺失。缺失片段大小范围在2.0-7.0kb之间，缺失大多发生在大约有30%-50%的KSS患者的缺失片段为4977bp，断裂点分别位于ATP酶亚单位8基因中的第8468位和ND5基因的第13446位,2、非胰岛素依赖性糖尿病（NIDDM ),1992年，在符合母系遗传的糖尿病伴感音神经耳聋的家系中发现了 mtDNA10.4kb的片段缺失和tRNA基因3243位AG 突变。1995年日本学者发现ND1基因中的3316位 GC 突变与NIDDM发病存在相关性。,1、mtDNA和核DNA共同编码了氧化磷酸化系统的5个酶复合物，而mtDNA的复制、转录和翻译过程中所需要的几十酶均由核DNA编码。,2、 mtDNA在核内的整合,1）种系性整合,2）获得性整合 通常发生在体细胞中，很少涉及下一代。,现已发现mtDNA的细胞色素C氧化酶亚单位III基因（COXIII）在核基因组内的整合，整合位点在C-myc原癌基因中并能使细胞产生融合转录产物。,三、mtDNA-核DNA与疾病,(一）mtDNA和核DNA的相互作用,图 线粒体和核内基因组之间的协同作用,表 氧化磷酸化途径中有