线粒体疾病与核基因－线粒体基因的表达调控

线粒体与疾病是当前生物医学领域最前沿之一。本文简单介绍线粒体生物医学的基础知识、线粒体疾病的遗传模式,综述了近年来在线粒体DNA（mtDNA）突变和疾病、核基因突变和疾病等领域的研究进展,着重阐明核基因（特别是核修饰基因）调控mtDNA突变致病表达的分子机制。     

人Piwi基因突变致男性不育的机制研究

大量遗传学研究表明,Piwi蛋白对于动物生殖系细胞发育具有至关重要的作用,Piwi基因敲除致动物不育。人Piwi(Hiwi)基因特异性地在雄性生殖细胞表达,但目前对其在人精子发生中的作用及其与男性不育的联系还知之甚少。该研究通过筛查临床男性不育样本发现,少弱精症患者Hiwi基因中存在拮抗泛素化修饰的D-box元件突变;通过构建基因敲入小鼠模型证实,该突变导致雄性不育。机制研究表明,小鼠Piwi(Miwi)D-box突变致MIWI蛋白异常稳定存在于后期精子细胞中,导致与其相互作用的组蛋白泛素连接酶RNF8(ring finger protein 8)被扣留于细胞质、不能入核催化组蛋白泛素化修饰,进而抑制组蛋白被鱼精蛋白替换,引发精子形成异常、雄性不育。该研究发现了男性不育的一类新型致病基因突变,并发现了Piwi蛋白具有调控组蛋白泛素化修饰的新功能,揭示了精子形成中调控组蛋白–鱼精蛋白转换的重要机制。     

线粒体DNA G7444A突变可能影响A1555G突变的表型表达

线粒体12S rRNA和tRNASer(UCN) 基因是导致非综合征型听力损失的两个突变热点区域。作者收集了1个母系遗传感音神经性聋家系, 该家系同时携带线粒体DNA (mtDNA) A1555G和G7444A突变。临床资料分析表明, 该家系包括药物致聋的耳聋外显率(所有耳聋患者/所有母系成员)为58%, 而非药物致聋的耳聋外显率(非药物性聋患者/所有母系成员)为25%, 明显高于其他携带A1555G突变的耳聋家系。先证者的线粒体全序列分析表明, 该线粒体基因组共有28个多态位点, 属于东亚人群B4c1单体型。在这些多态位点中, 除A1555G和G7444A突变外, 未发现其他有功能意义的突变。这表明mtDNA G7444A突变可能加重由A1555G突变造成的线粒体功能缺失, 从而增加耳聋的外显率。     

线粒体基因突变与糖尿病的相关性研究进展

线粒体DNA(mtDNA)突变可引起多种遗传性疾病,其中包括糖尿病.与mtDNA突变相关的糖尿病中最常见的变异是tRNALeu(UUR)] 3243 A→G.文章描述了mtDNA线粒体突变与糖尿病的相关性,介绍了线粒体糖尿病的临床特点和发病机制,概括了线粒体糖尿病相关变异基因位点,重点介绍了m.3243A→G、3310C→T、16189T→C基因突变与线粒体糖尿病病理生理的联系.文章认为mtDNA突变位点的研究为糖尿病的发生机制提供新的视角,也为糖尿病的治疗提供了新方向.     

人工耳蜗植入聋儿术前基因检测及家系分析

摘要: 国内外研究表明GJB2、SLC26A4(PDS)和线粒体DNA(Mitochondrial DNA, mtDNA)的病理性突变导致了大部分的遗传性聋。 文章收集了2006年4月~2007年9月接受人工耳蜗(Cochlear implant, CI)植入的14 例患儿及其父母的外周血, 应用基因诊断方法进行 GJB2、SLC26A4(PDS)和mtDNA 1555位点突变检测。结果显示, 35.7%的患儿检测到致病突变, 其中28.6%为GJB2基因突变, 类型均为235delC纯和突变, 其父母为携带GJB2 235delC的杂和子; 7.1%为mtDNA A1555G突变, 其母亲亦携带mtDNA A1555G突变。这表明CI 植入聋儿最常见的基因突变是GJB2 235delC突变, 其次是mtDNA A1555G突变, 通过对耳聋家系常见致病基因的检测和家系分析, 可以对优生优育及减少耳聋发病率提供科学准确的遗传信息。     

三氧化二砷诱导早幼粒细胞白血病细胞线粒体基因突变与细胞凋亡

提取用2 μmol/L As2O3对NB4细胞株和APL体外干预及用0.16 mg·kg^-1·天^-1 As2O3静脉输注治疗干预前后的白血病细胞线粒体基因, PCR扩增后直接测序, 干预前后的序列对比分析, 同时流式细胞仪对细胞凋亡率测定. 分析了As₂O₃在体内和体外作用对原代急性早幼粒细胞白血病细胞(APL)和NB4细胞株的线粒体基因(mtDNA)非编码区D-loop的基因突变与细胞凋亡的关系. 研究发现, As₂O₃处理后mtDNA的D-loop区基因突变位点数目较处理前显著增多, mtDNA的D-loop区基因突变率与细胞凋亡率呈正相关关系, 相关系数r_NB4-As2O3=0.973818,r_APL-As2O3 =0.934703. 突变类型包括转换、颠换、插入和缺失. 本实验仅是初步研究, 尚未发现As₂O₃对mtDNA的D-loop区稳定的突变位点和突变规律. 结果显示, As₂O₃体内外干预均能加剧急性早幼粒细胞白血病细胞mtDNA的D-loop区基因突变, 并与其促凋亡作用呈正相关, mtDNA的D-loop区可能是砷剂治疗白血病的一个靶点.     

结核分枝杆菌eis 基因突变与氨基糖苷耐药的研究

目的:探讨结核分枝杆菌eis基因突变与氨基糖苷耐药之间的相互关系。方法:以本室保存的35株已确定耐一线药物(异烟肼、利福平、乙胺丁醇、链霉素)的结核分支杆菌为研究对象,应用BECTEC960测定其二线药物(阿米卡星、卡那霉素)的耐药情况,同时应用基因测序的方法测定结核分枝杆菌eis基因突变情况,分析eis基因突变与氨基糖苷耐药之间的相互关系。结果:氨基糖苷耐药的部分结核分杆杆菌中,eis基因487位碱基出现突变,相应的163位氨基酸密码子由CGT突变为CAT,即由缬氨酸变为异亮氨酸。结论:eis基因V163I突变(缬氨酸变为异亮氨酸)可能与结核分枝杆菌耐氨基糖苷类药物有关。     

新生儿筛查发现的非综合征型耳聋病例及其家系进行GJB2基因全编码区变异分析

通过对温州地区新生儿听力筛查发现的遗传性非综合征型耳聋病例及其家系进行GJB2(gap junction beta 2)基因全编码区变异分析,寻找致聋GJB2基因突变,探讨GJB2基因复合变异的致聋性。该研究通过提取21个家系先证者及其57个家系成员的外周血基因组DNA,聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增GJB2基因的全编码序列,扩增产物经限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)初步筛查235del C,然后对扩增产物进行DNA测序,并进一步对序列变异进行生物信息学分析。结果显示,21个非综合征型耳聋家系中,7个家系确诊是GJB2基因突变所致,GJB2致聋基因突变类型包括235del C纯合、299-300del AT+109GA复合杂合。还发现2个家系的GJB2基因变异可能致聋,分别为79GA+109GA+341AG复合杂合、79GA纯合+558GA杂合。但结果显示,79GA+341AG复合杂合或复合纯合、235del C+79GA复合杂合一般不足以致聋。以上结果表明,GJB2基因复合变异在非综合征型耳聋病例中常见。某些GJB2基因变异是否致聋具有明显遗传异质性。多态性变异的多重复合有时可能致聋。遗传背景和(或)环境因素可能参与GJB2基因变异的致聋性。     

PKP2基因突变与致心律失常性右心室心肌病相关

为了探讨血小板亲和蛋白2(PKP2)基因突变与致心律失常性右心室心肌病(ARVC)的关系。选取2011年2月至2017年5月在我院治疗的ARVC患者41例(ARVC组),同时选取50例健康志愿者作为对照组,采用PCR扩增PKP2基因DNA片段,检测PKP2基因突变以及单核苷酸多态性(SNP)位点基因型及等位基因频率。结果显示,ARVC组PKP2基因突变率为29.27%,明显高于对照组的0.00%(p0.05);12例PKP2基因突变共发现了7个突变位点,包括3个错义突变、2个无义突变、1个缺失突变和1个剪接位点突变;ARVC组PKP2基因突变患者室速、LBBB型电轴向上形态室速比例均为83.33%,明显高于非突变患者的37.93%和41.38%,差异具有统计学意义(p0.05);PKP2基因共有2个SNP位点,包括P273和L366P位点,ARVC组和对照组2个SNP位点基因型频率及等位基因频率差异无统计学意义(p0.05)。ARVC患者PKP2基因突变较高,与患者迅速发作有关,而PKP2基因的两个SNP位点(P273P和L366P)与ARVC发病无关。     

高血压相关的线粒体DNA突变

线粒体DNA(mtDNA)突变是高血压发病的分子机制之一。已经报道的与原发性高血压相关的mtDNA突变包括:tRNAMet A4435G,tRNAMet/tRNAGln A4401G,tRNAIle A4263G,T4291C和A4295G突变。这些高血压相关的mtDNA突变改变了相应的线粒体tRNA的结构,导致线粒体tRNA的代谢障碍。而线粒体tRNAs的代谢缺陷则影响蛋白质合成,造成氧化磷酸化缺陷,降低ATP的合成,增加活性氧的产生。因此,线粒体的功能缺陷可能在高血压的发生发展中起一定的作用。mtDNA突变发病的组织特异性则可能与线粒体tRNAs的代谢以及核修饰基因相关。目前发现的这些高血压相关的mtDNA突变则应该作为今后高血压诊断的遗传风险因子。高血压相关的线粒体功能缺陷的深入研究也将进一步诠释母系遗传高血压的分子致病机制,为高血压的预防、控制和治疗提供依据。文章对高血压相关的mtDNA突变进行了综述。     

人GJB2分子进化与耳聋遗传效应的关联性分析

间隙连接蛋白β2(GJB2)基因突变与遗传性非综合征性耳聋密切相关,其广泛的突变类型及特异性的热点突变被认为是一种独特的致聋基因。本研究应用生物信息学方法对17个物种的GJB2蛋白进行了系统发育、保守性、跨膜区结构、三维结构和错义突变的分析,并结合已有报道的实验结果进行关联性分析。分析预测获得了166个固定的氨基酸位点、2个非保守区以及2个空间结构保守位点;关联性分析证实发生在保守位点的突变致病性高,非保守区突变的概率致病性小,跨膜区且改变氨基酸性质的突变,可能影响蛋白的空间结构而改变膜通道的通透性。本文为进一步研究GJB2基因突变与聋病的关联性及分子发病机制提供了理论依据,同时,这种研究思路对其它疾病的相关研究具有一定的借鉴价值。     

结核分枝杆菌eis基因突变与氨基糖苷耐药的研究

目的：探讨结核分枝杆菌eis基因突变与氨基糖苷耐药之间的相互关系。方法：以本室保存的35株已确定耐一线药物（异烟肼、利福平、乙胺丁醇、链霉素）的结核分支杆菌为研究对象,应用BECTEC960测定其二线药物（阿米卡星、卡那霉素）的耐药情况,同时应用基因测序的方法测定结核分枝杆菌eis基因突变情况,分析eis基因突变与氨基糖苷耐药之间的相互关系。结果：氨基糖苷耐药的部分结核分杆杆菌中,eis基因487位碱基出现突变,相应的163位氨基酸密码子由CGT突变为CAT,即由缬氨酸变为异亮氨酸。结论：eis基因V163I突变（缬氨酸变为异亮氨酸）可能与结核分枝杆菌耐氨基糖苷类药物有关。     

Waardenburg综合征Ⅱ型患者MITF基因突变分析

Waardenburg综合征(WS)是临床上常见的常染色体显性遗传性耳聋综合征, MITF基因突变与部分Waardenburg 综合征Ⅱ型(WS2)病例的发病有关。MITF属于碱性螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链转录因子家族, 能调节酪氨酸酶基因, 参与黑色素细胞的分化。文章报道了1个携带MITF基因点突变的3代Waardenburg综合征Ⅱ型中国家系。先证者表现为先天性重度感音神经性聋、虹膜异色、面部雀斑; 其他家系成员除一名仅表现为先天性耳聋外, 均表现为颜面、上肢雀斑和/或早白发。患者可检测到c.639delA杂合突变, 该突变在MITF基因第7外显子上产生了终止密码子(p.I220X), 突变产生的截短的MITF蛋白没有DNA结合活性。该突变是WS2病例中第3个位于MITF第7外显子的突变, 尚未见报道。该突变与已报道的位于第7外显子其他两个突变仅相差1个碱基, 氨基酸改变十分相似, 但在表型上有显著差别, 提示遗传背景对WS临床表型有重要影响。     

线粒体T12338C突变可能是与Leber遗传性视神经病变相关的突变位点

Leber遗传性视神经病变变(Leber’s hereditary optic neuropathy,LHON)是一种与线粒体DNA(Mito-chondrial DNA,mtDNA)突变相关的母系遗传性眼科疾病。文章报道了两例具有典型LHON临床、分子遗传特征的中国汉族家系。首先通过对家系先证者和其他成员进行眼科相关检查,发现两个家系成员中视力都仅有先证者一人损害严重,即外显率很低。经常规的方法对母系成员进行mtDNA测序及相关软件分析,结果发现携带ND4 G11696A和ND5 T12338C同质性突变位点,多态性变异位点均属于东亚单体型F2。线粒体DNA ND4 G11696A是一个已知的与LHON相关的突变位点,而T12338C位于线粒体氧化磷酸化复合体I亚基ND5的第2个碱基,该突变使起始密码子由蛋氨酸转变成苏氨酸,并且紧连tRNALeu(CUN)的3′末端。这可能影响tRNA Leu(CUN)空间结构和稳定性发生改变,以及起始密码子改变导致线粒体ND5蛋白合成功能受损和ATP障碍,最终导致需求能量高的视神经受损和视力损害。因此,线粒体ND4 G11696A和ND5 T12338C突变可能协同作用Leber遗传性视神经病变的发生,是与LHON相关的mtDNA突变位点,但外显率很低说明突变本身不足以造成LHON的表型表达,提示其他修饰因子(核修饰基因、环境等)可能对这两个家系发病起协同作用。     

针对线粒体复合体Ⅰ基因突变的Leigh综合征细胞模型的基因治疗研究

该研究旨在探讨转导酵母NDI1基因对线粒体ND1基因突变的Leigh综合征细胞模型的恢复效果,从而为线粒体复合体I基因突变所致Leigh综合征的基因治疗提供研究基础。已知线粒体复合体Ⅰ的ND1基因的m.3697G>A突变是Leigh综合征的致病突变之一。该研究采用已构建的携带该ND1基因突变的胞质杂合细胞作为线粒体复合体I基因突变的Leigh综合征细胞模型,将酵母NDI1基因的重组慢病毒转导至该细胞模型中表达NDI1蛋白(即酵母复合体I),检测NDI1蛋白对线粒体复合体I各方面功能的恢复效果。酵母NDI1基因转导该细胞模型后能高效表达并定位于线粒体。转导酵母NDI1基因可以恢复复合体I酶活性(外源酵母复合体Ⅰ的补偿)、线粒体有关的氧耗水平、线粒体偶联效率、线粒体有关的ATP水平,并且可以降低线粒体氧化应激水平、线粒体自噬水平。在线粒体复合体Ⅰ基因突变的Leigh综合征细胞模型中,酵母复合体Ⅰ可以替代性补偿线粒体的氧化磷酸化功能,并且可以缓解线粒体的氧化应激和自噬状态。该研究结果可以为线粒体复合体Ⅰ基因突变所致Leigh综合征的基因治疗提供研究基础。     

FBN2基因突变与遗传性结缔组织病的发生

遗传性结缔组织病发生后通常会累及人全身各个系统,该类疾病的发生与构成结缔组织的纤维蛋白基因发生突变引起的蛋白异构有关。原纤维蛋白-2 (fibrillin-2, FBN2)是微纤维重要组成部分,参与全身结缔组织中弹性纤维的形成。FBN2基因突变与遗传性结缔组织病,如先天性挛缩性蜘蛛指样症(congenital contractural arachnodactyly,CCA),黄斑变性(macular degeneration,MD),肌病等密切相关。研究发现FBN2基因是目前唯一已知的CCA致病基因,且不同位点的突变与CCA患者一系列临床表症的关系密切。该基因也是MD的致病基因,是肌病的风险基因,并与其他结缔组织病的发生有关。本文对FBN2基因突变引起的CCA、黄斑变性以及肌病等其他遗传性结缔组织病的临床表症及相关研究进展进行了综述,以期为深入探究FBN2基因突变致病的具体分子机制提供基础,为研究针对FBN2基因突变造成的难治性疾病的治疗药物提供理论依据。     

一例葡萄糖激酶基因突变致低血糖症的诊疗及家系遗传分析

先天性高胰岛素血症(congenital hyperinsulinism, CHI)是由于胰腺β细胞分泌胰岛素失调引起持续性、反复性低血糖发生的病症,其中葡萄糖激酶(glucokinase, GCK)单个等位基因激活突变所致的CHI为最罕见类型。本文收集一例不明原因低血糖症的临床资料,该患者无明显临床症状,在GCK基因3号外显子上检测到1个杂合错义突变(c.295T>C:p.W99R)。3代家系验证发现其儿子、女儿均可见该变异,血糖水平检测偏低,其他人则表现正常。通过总结分析该例病例特点及其家系遗传规律,对于临床上难以明确病因的低血糖症,建议考虑单基因突变致先天性高胰岛素血症致低血糖的可能。该病例也为该疾病后续的遗传学研究提供新的临床资料。     

一个母系遗传非综合征耳聋大家系mtDNA序列分析

通过分析本家mtDNA序列,探讨淮阴一非综合耳聋大家患病的分子遗传学机制。采用聚合酶链反应（PCR）扩增mtDNA与非综合征耳聋相关位点nt1555,nt7445的区域和人类种群研究的D－loop区,PCR－异源双链分析,PCR－RFLP、PCR产物克隆序列测定等技术对该家系进行了系统的研究。发现该家系中全部母系亲属有mtDNAA1555G突变,而家系中非母 个体,对照组（100例正常个体）的mtDNA1555位点均为A。该家系mtDNA7445位点无突变;该系属于Ⅱ型线性体;发现家系D－loop区存在未见报道的碱基插入。提示mtDNAA1555G位点突变可能是导致该家系患致聋的主要因素之一。遗传背景可能对家系疾病的表现存在一定程度的影响。     

脊髓小脑共济失调第7型的临床特征及基因突变研究

对一脊髓小脑性共济失调(Spinocerebellar ataxia, SCA)家系的患者进行临床特征及相关基因突变研究。对该家系进行详细的病史采集, 并对患者行视力、眼底血管造影、眼底拍照、视觉诱发电位、视网膜电图以及头颅MRI等辅助检查; 采用聚合酶链反应分别扩增SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7、SCA17及DRPLA基因的CAG重复序列, 用8%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及直接测序进行突变分析。结果2名患者主要表现为小脑性共济失调、视力下降、眼底视网膜色素变性、小脑和脑干萎缩; 并存在SCA7基因的突变, 而未发现SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA17及DRPLA基因突变。说明该家系为SCA7突变家系, SCA7基因中CAG三核苷酸重复拷贝数的异常扩增是其致病原因。     

K-ras基因突变与结直肠癌临床病理特征的相关性研究

目的:探讨结直肠癌患者K-ras基因突变特点,并分析K-ras基因突变与结肠癌临床病理特征的相关性及其临床意义。方法:收集哈尔滨医科大学附属第一医院收治的500例结直肠癌患者的手术石蜡标本,采用突变扩增阻滞系统技术(amplification refractory mutation system,ARMS)检测K-ras基因第二外显子第12、13密码子的七种热点突变情况,分析其与结肠癌患者临床病理特征的相关性。结果:ARMS法检出K-ras基因突变213例,突变率为42.6%。K-ras基因突变与患者的年龄、性别、肿瘤发生的部位、肿瘤分化程度及有无淋巴结转移均无相关性(P0.05),而与肿瘤的组织学类型具有相关性(P0.05)。结论:(1)结直肠癌患者K-ras基因突变率较高,其中GLY12ASP位点突变率最高,GLY12ARG为稀有突变位点。(2)K-ras基因突变与结肠癌的组织学类型相关,可能用于结直肠癌患者治疗方案的选择。