三核苷酸重复与人类疾病

.,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（Huntingtonsdisease）；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;Xq27.3q28，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。9q1321.1，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,9q1321.1,.,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，210aalocatedonchromosome9(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；multipleironsulfur-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527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Huntingtonsdisease,.,亨廷顿舞蹈病HuntingtonsDisease,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(n40)，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、大