线粒体DNA突变与相关人类疾病

在过去的20年里, 人们发现线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)突变与多种人类疾病相关, 其致病范围从单器官组织损害到多系统受累。文章目的在于探讨mtDNA突变与人类疾病的关系。文章重点论述: (1)线粒体遗传学特征; (2) mtDNA突变与人类遗传性疾病; (3)体细胞mtDNA突变在衰老和肿瘤中的作用; (4)mtDNA疾病的诊断和治疗。     

人类mtDNA的研究进展

阐明mtDNA的分子结构、遗传学特点;论述人类的mtDNA疾病及其防治方法,mtDNA与人的衰老及细胞凋亡的关系.     

线粒体DNA异质性

线粒体 DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）是线粒体内最重要的遗传物质。mtDNA 突变普 遍存在,突变型 mtDNA 与野生型 mtDNA 共存的现象被称为 mtDNA 异质性。mtDNA 异质性与衰老和多种疾病密切相关。mtDNA异质性特性、mtDNA 异质性与衰老和疾病相关性以及线粒体疾病的治疗等都是近年来遗传学研究的热点。本文从 mtDNA 异质性的动态变化、组织特异性、mtDNA 异质性与疾病以及线粒体疾病的治疗等方面对 mtDNA 异质性进行综述。     

基于新一代测序技术的mtDNA突变检测方法学的建立

目的:大量研究证实线粒体DNA(mtDNA)突变与肿瘤发生及进展密切相关,但使用传统测序方法难以高通量、高精确度的检测mtDNA突变,为此本研究建立了基于新一代测序技术的mtDNA突变检测方法.方法:提取肝癌患者癌、癌旁组织以及外周血细胞总DNA,利用PCR技术对线粒体基因组进行富集并对PCR产物进行平末端、粘性末端连接或对PCR引物进行氨基修饰,构建mtDNA测序文库.经Illumina HiSeq 2000平台测序后利用生物信息学方法与人类mtDNA参考序列进行比对,并进行测序数据分析.结果:通过对不同质量基因组DNA进行评估后,发现三对引物法适用于大部分DNA样本的mtDNA富集.进一步我们发现PCR引物的氨基修饰可显著提高测序数据覆盖均一性,降低测序成本.结论:本研究利用新一代测序技术通过对线粒体DNA富集方法以及测序覆盖度均一性进行优化,建立了一套灵敏、特异、高通量的mtDNA突变检测策略,为mtDNA突变与疾病研究提供了新方法.     

mtDNA拷贝数的生物学意义及其调控

线粒体是细胞能量和自由基代谢中心,并在细胞凋亡、钙调控、细胞周期和信号转导中发挥重要作用,维持线粒体功能正常对于细胞正常行使职能意义重大。线粒体的功能与线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）的数量和质量紧密相关,mtDNA的数量即mtDNA拷贝数又受到mtDNA质量的影响,因此mtDNA拷贝数可作为线粒体功能的重要表征。mtDNA拷贝数变异引起线粒体功能紊乱,进而导致疾病发生。本文综述了mtDNA拷贝数变异与神经退行性疾病、心血管疾病、肿瘤等疾病的发生发展和个体衰老之间的关系,以及mtDNA复制转录相关因子、氧化应激、细胞自噬等因素介导mtDNA拷贝数变异的调控机制。以期为进一步深入探究mtDNA拷贝数调控的分子机制,以及未来治疗神经退行性疾病、肿瘤及延缓衰老等提供一定的理论基础。     

线粒体拟核结构及相关疾病研究进展

线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)与一系列蛋白质相互作用形成核蛋白复合体,并包装折叠成类似原核生物拟核的结构,称为线粒体拟核(mitochondrial nucleoid)。参与线粒体拟核组成的相关蛋白包括线粒体转录因子、线粒体单链DNA结合蛋白以及多种参与线粒体中代谢途径的多功能蛋白。线粒体拟核结构的阐明对于进一步研究线粒体形态与功能以及mtDNA的遗传模式、基因表达调控具有重要意义。本文综述了线粒体拟核结构的最新研究进展,着重介绍组成拟核结构的重要蛋白,以及这些蛋白如何将mtDNA与柠檬酸循环等线粒体重要代谢途径相联系。同时,拟核相关蛋白(nucleoid-associated protein)的异常涉及多种人类疾病,这为研究线粒体相关疾病提供了新的思路。     

中国人线粒体DNA的八种限制酶图及其电镜结构

尽管Anderson等人(1981)已测定了人mtDNA的全部序列,但还不能全面地反映整个人类mtDNA核苷酸序列的情况。因此,在具有代表特征的中国人mtDNA序列被测定之前,为了开展对中国人mtDNA的遗传学研究,笔者构建了中国人mtDNA的8种限制酶图。并通过电镜技术对mtDNA进行了研究,发现了一种周长为2μm的小环状DNA,推测它可能在核DNA和mtDNA之间的信息传递或衰老发生中起到某些作用。     

线粒体DNA的异质性

哺乳动物线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）位于线粒体.当细胞中mtDNA发生突变时,就会出现野生型与突变型mtDNA的共存.这种情况被称为mtDNA异质性.从mtDNA异质性的形成到在表型上引起相应的病变是一个复杂的过程.mtDNA异质性是如何形成和其在特异组织的增殖复制,mtDNA异质性的变化对个体的影响,如何提高mtDNA突变负荷检测的精度和灵敏度都是近些年的研究热点.本文对mtDNA异质性的检测、遗传、组织特异性以及其相关的疾病等方面进行了阐述.     

线粒体转录延伸因子:调控线粒体DNA复制与转录转换的分子开关

线粒体转录延伸因子(TEFM)最早是基于其氨基酸序列与真核细胞核转录因子Spt6具有同源性而被鉴定,其包括两个串联重复的螺旋-发夹-螺旋结构域(Helix-Hairpin-Helix,(HhH)2)和一个RNase H折叠。TEFM二聚化对于TEFM与线粒体RNA聚合酶的结合至关重要。近年的研究发现,TEFM是调控线粒体DNA(mtDNA)复制与转录相互转换的关键分子开关,参与人类线粒体基因转录延伸过程及其表达调控。本文首先介绍了TEFM蛋白的序列同源性、蛋白质结构特征,为后续功能研究奠定结构基础。其次,阐明了TEFM在线粒体转录延伸过程中的作用和抗转录终止功能,以及线粒体转录延伸复合体的功能。TEFM避免了mtDNA转录和复制过程发生冲突,使线粒体转录延伸复合体具有更高的稳定性和持续合成能力,体内和体外都能增强mtDNA转录延伸活性,在mtDNA的复制和转录调控中发挥重要作用。最后,阐述了TEFM参与线粒体RNA加工,以及在线粒体能量代谢和线粒体相关疾病的发生发展中的作用。TEFM的缺失严重损害氧化呼吸链,证明mtDNA转录延伸对于维持线粒体氧化磷酸化功能是必需的。1型神经纤维瘤、胰腺癌、脑胶质瘤等疾病的发生机制可能与TEFM基因缺失或表达异常有关,因此,本文进一步探讨和展望了TEFM对人类线粒体相关疾病研究的应用前景。     

人类线粒体DNA突变与癌症

细胞中的线粒体在细胞的能量代谢等功能中发挥了重要的作用。 人类的肿瘤形成与线粒体DNA (mtDNA)存在着复杂的关联, 在多种癌细胞中均检测到mtDNA的突变。文章综述了癌细胞中的mtDNA突变与癌症发 生的相关性, 并讨论了部分突变产生的原因及在癌症中进行mtDNA突变检测的应用前景。