【doc】伴α地中海贫血智力低下综合征的分子遗传学研究进展

伴地中海贫血智力低下综合征的分子遗传学研究进展国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期169有待进一步研究瘦素受体表达也可上调发挥重要的代偿机制研究发现H在禁食时瘦素水平下降,但是下丘脑弓状核表达的长型瘦素受体增加,同时瘦素和瘦素受体的亲和力增加,发挥其重要的功能5前景与展望瘦素受体的信号转导途径,瘦素进入下丘脑的转运系统,可溶性瘦素受体和瘦素受体表达下调现象等都与瘦素抵抗存在着密切的关系,深入研究瘦素抵抗的可能发生机制将有助于肥胖症的预防和治疗参考文献1323345678TARTAGLIALAETA1CEIL,19958312631271HIROIKETETA1BIOCHEMBIOPHYSRESCOMMUN,2000,2751154158HANIUMETA1JBIOLCHEM1998,273442869128699CHENHA1CEL11996,84491495LEEGETA1NATURE1996,379632635LOLLMANNBETA1BIOCHEMBIOPHYSRESCOMMUN19972382648652W|LCKEMA1EURJHISTOCHEM2000,444325334GRILARDINSKODARCMOLENDOCRINO11997,113933999IO31112131415161718192O2122232425262728293O3132CHUASCJRA1GENOMICS,1997,452264270LIUCETA1ENDOCRINOLOGY,19971388T35483554DEVOSRETA1JBIOLCHEM1997,272291830418310MCCOWENKCA1ENDOCRINOLOGY,1998,1391144424447KISHIMOTOTETA1CEI11994,76253260HELDINCHCEL1199580213220BORBAEKCETA1JBIOLCHEM,1999,274423005930065KIMYBETA1ENDOCRINOLOGY,2000,141723282339KOISTINENHAETA1EORJCLININVEST1998,28894897BOADORJETA1JNEUROCHEM,19987117611764MANESSLMETA1BRAINRESEARCH,2000873165167CAROJFA1LANCET,19963489021159161MATSUOKANETA1DIABETOLOGIA,1997,401O12041210CHUNGWKETA1DIABETES,1997,469T15091511陈刚等中华内分泌代谢杂志,2001175298300LAMMERTAETA1BIOCHEMBIOPHYSRESCOMMUN,2001,2834982988HUANGLUETA1JBIOLCHEM2001,276963436349NAJIBALETA1DIABETES20004913471352SCARPACEPJETA1NEUROSCIENCE,2001,104411111117TSIOTRAPCETA1METABOLISM20004912,15371541SHIMIZUHETA1NUTRITION2002,184309312CONSIDINERVETA1DIABETES,1996,457992994BASKINDGA1BRAINRES199982812154158CHANCEWTETA1BRAINRES1998803122733伴仅地中海贫血智力低下综合征的分子遗传学研究进展陈素琴李洪义综述中山大学中山医学院医学遗传学教研室,广东广州510089摘要伴A地中海贫血智力低下综合征简称”ATR”综合征分为两大类一类是缺失型ATR综合征或ATR一16综合征研究发现,它与SOX8基因关系密切,另一类是不伴有A珠蛋白基因缺陷的称为非缺失型ATR综合征或ATRX综合征,为X连锁遗传,其基因为ATRX基因编码的蛋白质有复杂的功能本文就其分子遗传学研究进展情况作综述关键词智力低下A地中海贫血ATR一16ATRX中图分类号R55661文献标识码A文章编号10011048200303016906伴A地中海贫血智力低下综合征ALPHATHALASSEMIA/MENTALRETARDATIONSYNDROME,简称”ATR综合征”是一种罕见的遗传性疾病,其主要临床特征是智能发育障碍,伴有或无轻度A地中海贫血HBH,同时还伴有一些先天发育不良如颜面部畸型,骨骼发育异常,泌尿生殖器异常等首次报道该病是在1981年1当时曾考虑这是单基因收稿日期200206一L5作者简介陈索琴【1974一女助教颁士病,还是多种基因的缺陷如A地贫和智力低下恰巧随机地组合在一起的问题但之后又有类似的病例报道,而且具有显着一致的临床表现,故认为它是单基因病的可能性大根据16号染色体有无A珠蛋白基因缺陷,ATR综合征分为两类2叫一类是包括A珠蛋白基因在内的16P133具有缺失的,称缺失型ATR综合征或ATR一16综合征另一类是不伴有A珠蛋白基因缺陷的,称为非缺失型ATR综合征,或ATRX综合征本文分别就其分子遗传学研究情况综述如下170国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期1ATR一16综合征其主要特点是仅有轻至中度的智力低下有轻度A地贫的临床表现,红细胞中可见HBH包涵体,A珠蛋白MRNA转录及A珠蛋白链合成轻度下降轻度先天发育不良,症状不典型,如眼距过宽,眼睑下垂,鼻梁扁平,马蹄形内翻足等1990年WILKIE等观察了8例具有ATR一16综合征表现的患者,其中4例合并有其他染色体的异常,剩下4例是单纯的16P133有缺失的患者1997年又发现1例9个月大的患者52000年又发现1例6患者提取他们的外周血作DNA分析发现,16P133都有1MB2MB片段的缺失于是认为16P133有一个对智力发育非常重要的基因在1981年的原始论文1里还不能排除珠蛋白基因只在胚胎发育早期才有活性的缺陷对发育的不良影响之后发现许多包括球蛋白基因在内的全部A珠蛋白基因复合体缺失甚至是A珠蛋白的5HVR端到3HVR端的全部缺失的杂合子,都没有智力低下的表现因而认为任何对智力发育起重要作用的基因,一定位于跨度105KB的A珠蛋白基因复合体区域之外那么这到底是什么基因呢2000年,PFEIFER等6和SCHEPER等7分别对SOX8基因进行了定位,克隆,对其功能作了进一步研究,其研究结果对ATR一16综合征的阐明具有重要意义SOX8基因定位于人类的16P133,在小鼠位于17号染色体上人类SOX8基因结构与已知在个体发育中起重要作用的SOX基因家族的其他成员具有高度的同源性,特别是与SOX9和SOXL0,都有碱基数目接近的三个外显子和两个位置大致相似的内含子就氨基酸序列而言,SOX8与SOX9,SOX10一样,有高度保守的HMG盒,HMG盒两侧的保守序列及保守性稍差的羧基端SOX8蛋白具有结合DNA及反式激活转录的作用小鼠的SOX8蛋白能结合核心DNA序歹AACAAT及AACAAAG用RTPCR法对胚胎发育中小鼠的SOX8基因进行研究,发现在135DPC交配后天数,SOX8在脑,肠,肢体,睾丸中表达,而在肝脏,卵巢,脊髓,心脏,肺脏中检测不到SOX8的表达用原位杂交法对小鼠胚胎的进一步分析显示,在105DPC时,SOX8在腹侧鼻凹,腮弓,肢体,眼,脊神经节和背侧脊索有强烈的表达在135DPC时可见雄性特有的生殖腺及睾丸引带的表达,同时也在前脑,中脑,后脑,脊髓,咽区,舌有表达,同时也观察到其在肾中的表达在95DPC时,鼻的腹侧也可测到SOX8强烈的表达由于SOX8在小鼠的脑,脊髓,第一腮,第二腮弓以及鼻凹的强烈表达与ATR一16综合征的症状存在着一致性,而且在一个ATR一16综合征患者中,检测到SOX8有一段缺失6,因而认为SOX8是ATR一16综合征的最佳候选基因然而由于ATR一16综合征总是与大片段的基因丢失相关,因而尚不能断定SOX8就是ATR一16综合征的基因鼠的SOX8基因的靶向失活,有利于揭示SOX8突变的表型效应2ATRX综合征21主要临床特征与ATR一16综合征相比,ATRX综合征的主要临床特点是智能障碍一般较严重,很多患者生活不能自理,理解力很差,甚至有自发性痴笑,哭泣,癫痫和昏迷等症状A地贫的症状较轻或无,A珠蛋白MRNA转录及A珠蛋白链的合成下降较少,HBH包涵体少最敏感的试验是将患者的静脉血用1溴甲酚蓝室温孵育424小时8,有一些需反复检测才能发现,甚至完全检测不到面部有明显的异常,如头围小,眼距过宽,内眦赘皮,脸中部发育不良,鼻梁扁平,唇低,牙齿异常等有泌尿生殖器的异常,如隐睾,小睾丸,尿道下裂,甚至有几例外生殖器女性化的男性患者22反式作用元件的提出令人困惑的是,该病患者的A珠蛋白基因及其顺式调控元件是完好的那么其作用机制如何呢1990年,WILKIE提出反式作用元件假说3,认为有一反式调节因子作用于A珠蛋白的调控序列,使A1,A2的合成同步下降,但非完全失活,并且认为这一反式调节因子具有以下功能它调节着与A珠蛋白基因位点不连锁但对发育起重要作用的基因它通过改变转录活性,对包括A珠蛋白基因在内的16P133的全部区域具有广泛的位点效应,特别是对胚胎早期起作用的珠蛋白的正常表达很重要,当这种表达下降到一定程度时,由于组织缺氧而引起发育畸型与编码反式调节因子基因相连基因的缺失,导致其他的异常那么反式调节因子的基因位于哪里呢23X连锁及倾向性失活根据对系谱的调查分析,这一反式调节因子的基因很可能位于X染色体上,因为患者全为男性,只存在女一男传递,一些家系中经常发生流国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期171产和男性死胎有一家系同胞兄弟都发病,有一家系甥舅都发病患者的母亲及女性同胞中发现少量HBH包涵体,但没有其他异常的表型1992年GIBBON等R在对ATRX综合征致病基因携带者的研究中发现,全部受累男性的母亲都有X染色体的倾向性失活,比率9010这种倾向性失活目前普遍认为是由于在胚胎发育过程中,ATRX基因突变导致机体选择性抵抗异常染色体,从而有利于正常基因产物的表达通过连锁分析及X倾向性失活研究,1992年GIBBONTGL将ATRX综合征的基因定位于XQ12一Q21311995年进一步将基因局限在XQ131Q211R24候选基因几种来自这个区域的EDNA已被分离1994年GECZ等RU在人的XQ133YT离出与鼠同源的XNPXLINKEDNUCLEARPROTEIN基因XNP在小鼠中的表达模式,特别是在脑的特定区域视叶,皮质额叶,海马,小脑的表达,表明XNP参与神经系统的分化STAYTON等【L也分离出XH2XLINKEDHELICASE基因,把它作为定位于XQ133的几种遗传性疾病的候选基因1995年GIBBON等1对XNP,XH2重新确认,认为XNP和XH2是同一种基因,并进一步扩展了原来基因片段的3端,而且在ATRX综合征患者的XH2基因上发现了10种突变,因而把XH2当作ATRX综合征的最佳候选基因1996年PICKETTS等1确定了XH2基因CDNA全长,并命名为”ATRX基因”VILLARD等1们也确定了ATRX基因外显子,内含子的界限,并克隆出3PLOYA位点和5端区域及启动子结构ATRX基因的MRNA至少有3种剪接产物,第一种剪接产物有35个外显子,编码2492个氨基酸第二种有36个外显子第三种有34个外显子XNP,XH21994年,XH21995年,ATRX之间的关系如下0RF开放睽码概0T0002000300040005000FI0170008000900010000BPXL121997年XLT21995年ATRXXNP图1XNP,XH2及ATRX基因EDNA的相对长度及关系25ATRX蛋白的结构ATRX蛋白具有类似ATP酶/解旋酶的区域,是SNF2亚群的一个新成员其主要的结构有由第7,8,991显子注为了避免混乱,外显子的序号为第一种剪解产物的EDNA顺序编码的锌指区域1或PHD指区域1ATRX蛋白具有与其他PHD指同源的序列,但不同之处是,以半胱氨酸残基取代PHD指中的组氨酸残基,并且有一个额外的锌指CYS2一CYS2有ATP酶/解旋酶超家族的成员I,IA,噩,IV,V,VL在ATP酶/解旋酶区域与PHD指区域之间有一在人与小鼠之间保守性很差的区域,通过双杂交法研究表明,这区域的ATRX蛋白与小鼠的异染色质蛋白MHPLAIX6及多指蛋白EZH217有相互作用序列分析提示这区域含有螺旋一转折一螺旋模块有核酸结合位点NLS有富含谷氨酸的羧基端预测ATRX蛋白的结构RX3LS如下ILAI1ILLVVVLELS】PLBP38PQ图2预测的ATRX蛋白的结构其中,ZFM表示锌指CYS2一CYS2及PHD指区域CC表示螺旋一转折一螺旋模块区域NLS表示核酸结合位点E表示21个谷氨酸残基区域1,1A,I,I,IV,V,VI是ATP酶/解旋酶超家族的成员P表示在SNFZ自家族中保守的区域Q表示富含谷氨酸的区域HP1BP38在双杂交法中与小鼠的异染色质蛋白相互作用的区域475731是指与多指蛋白EZH2相互作用的区域26ATRX的突变类型及分布也发现了来自8个家系的9例含有ATRX基因突变到目前为止全世界共发现45种不同的ATRX的患者2参考人类基因突变数据库THEHUMAN基因突变U,这突变的家系多分布在欧洲,日本GENEMUTATIONDATABASE,GDBHTTP/ARCHIVE172国外医学遗传学分册2003年第Z6卷第3期UWCMACUK/UWCM/MG193,总结如下表ATRX基因突变的位点及氨基酸变化突变种类核苷酸变化EDNA氨基酸变化突变位点在外显子中或内含子中的位置11212ZZ3IS4ZO5ZZ6IS7208IS9ZO10ISLLZZ12IS13DS14IS15IS16ZO22ZS17ZZ18IS19IS20ZO211O221O23Z424ZO25DO26ZS27Z628ZO291O301O31Z7321O33ZS34ZG35SO361O371O38SO39D140IST152241HSC324TG739A第743位点后插人CAAA751GC783TC783GC784TG791CG794AG814CA871CT873CG880CG934TC950TG951TG960TG961AT4820GG4869TA5041GT5055CC5077TT5149CG5165TC535ZTG5440AA5755GA5794GA6319TT6364CT6465CG6607AG6621AA6703GC7371TG7377T第34内含子与35外显子交界处缺失AGTT4个碱基IVS83GTIVS759AG,导致CDNA缺失63BPIVS84AG,导致CDNA缺失63BP42ZSIVS112AG431SIVSI51GA44SZ45SSIVS2010TA,导致CDNA54885663位点缺失176BPIVS342AG剪接产物增加了86BP的第34内含子第37ARG发生终止突变GLY175GLU第176位氨基酸后插入GINASH179SERPRO190SERPRO19OALAPROL90LEULEU192PHEVAI194LIECYS200SERGLUZ19PROCYS220ARGTRP222SERCYS243PHEARG246CYSARG246LEUGLY249CYSGLY249ASPVAL1538GLYVAL1552PHEHIS1609ARGCYS1614ARGTHR1621METLEU1645SERLYS1650ASNPRO1713SERARG1742LYSTYR1847CYSASN1860SERASP2035VALISO2050THRTYR2084HISARG2131GINASP2136ASNTYR2163CYS第2386ARG发生终止突变第2388GLU发生终止突变引起移码并翻译提前终止可能引起移码并翻译提前终止包括第178VAI一198LYS位在内共缺失21个氨基酸第8外显子缺失Z1个氨基酸第2外显子第7外显子第7外显子第7外显子第7外显子第7外显子第7外显子第7外显子第7外显子第8外显子第8外显子第8外显子第9外显子第9外显子第9外显子第9外显子第9外显子第9外显子第16外显子第16外显子第18外显子第18外显子第L8外显子第18外显子第18外显子第ZO外显子第ZO外显子第ZZ外显子第Z4外显子第Z6外显子第Z7外显子第Z8外显子第Z9外显子第Z9外显子第Z9外显子第34外显子第34外显子第34内含子第35外显子第3内含子第7内含子第8内含子引起移码并翻译提前终止,C端大部分氨基酸缺失第1】内含子导致翻译提前终止在第16外显子处第15内含子引起移码并部分氨基酸缺失第ZO内含子第35外显子的92个氨基酸被46个不同的氨基酸所替代第34内含子说明由于不同的研究组在对ATRX综合征突变位点报道时参考的文献及基因库序号不同因而有些混乱为此本文七述CDNA位点是根据GENEGANKVERSIONNML11489GI2O3362O8F剪接产物有35个外显子编码2492个氨基酸整理编写的国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期17327ATRX表型与基因型的关系从上表可以看出,ATRX综合征的突变位点大部分发生在PHD域外显子7,8,9及ATP酶/解旋酶域外显子1629,说明这两个区域在ATRX蛋白中发挥着重要的功能而有些突变引起翻译的提前终止或剪接位点的改变,导致羧基端最后100个氨基酸的缺失,结果出现严重的泌尿生殖系统畸型甚至假两性畸型1,提示ATRX蛋白羧基端在泌尿生殖系统发育中有重要作用除此之外,ATRX突变似乎没有明显的基因型与表现型的关联特别值得一提的是,VILLIAD等在1996年报道过一个家系3,有3个男性患者IV9,IV10,IV13,其中IV9,IV10是同胞兄弟,13是他们的远表兄弟这三人有相同的基因突变,然而后果却大不相同IV9,IV10只有异常的ATRX转录,导致ATRX综合征的典型表现有A地贫症状,HBH包涵体及智力低下IV13有3O正常的ATRX转录,表现为严重的智力低下,伴有行为异常,却无法检测到A地贫的任何症状和体征包括HBH包涵体这提示ATRX基因对A珠蛋白基因表达的作用模式不同于对脑发育及面部发育的作用模式,即ATRX蛋白在不同组织中有不同的行为机体对ATRX蛋白的需要是化学量子式的同时也说明,遗传环境对基因表达有着重要的影响同样97年GIBBON等1在15个相同ATRX基因突变的非亲缘关系患者中发现,HBH包涵体水平各不相同TAKAHITOWADA等ZO3也报道了2个具有R246C的同胞兄弟却表现出不同的表型目前有ATRX基因突变的患者中大部分具有典型的ATRX综合征的表现,有一些检测不到A地贫的任何特征,有一些智力障碍较轻2”,也有一些以其他X连锁智力低下综合征XLMR的表现出现,如JUBNERGMARSIDI综合征2,CARPENTERWAZIRI综合征,SMITHFINEMANMYERS综合征3引,智力低下合并痉挛性截瘫2,甚至少数以其他的特征出现但这些资料表明,ATRX基因的突变能引起广泛的表型效应那么ATRX蛋白的功能如何呢28ATRX蛋白功能的研究从ATRX基因突变所致的表型效应来看,与解旋酶超家族基因的其他成员相比,没有临床证据表明,ATRX综合征患者对紫外线敏感或导致未成年恶性病细胞遗传学分析,没有染色体异常断裂或分离仅仅是ATRX基因的突变,却导致ATRX综合征一系列一致的表型效应,同时伴有A珠蛋白基因表达下降,表明ATRX蛋白涉及A珠蛋白基因表达的调节然而,有趣的是,它为何只作用于A珠蛋白而不作用B珠蛋白基因呢A珠蛋白基因簇的表达被远距离的组织特异性增强子所调节并与CPG岛有关,而CPG岛在所有细胞早期复制过程中,位于结构开放,具有转录活性的染色质区域而P珠蛋白基因簇,在一远距离位点控制区域LCR的影响下,以组织特异的方式,被包含在一个早期就开始复制的分散的染色质区域内另外,不像A珠蛋白基因簇,B珠蛋白基因簇含有几个可能作为组蛋白H1核酸位点的基质结合区域,因而影响长片段的染色质结构3ATRX蛋白作用于A珠蛋白基因簇而非P珠蛋白基因簇这一特异性提示ATRX蛋白像其他结构类似的蛋白质如SNF/SW1一样,通过与染色质相互作用,作为转录激活因子起作用MCDOWELL等18通过免疫荧光及共聚焦显微镜证明人类ATRX综合征基因编码的ATRX蛋白是一种核蛋白,在细胞分裂间期及细胞分裂期局限于着丝粒周围的异染色质区,提示ATRX在核中发挥染色质介质的作用而且在细胞分裂中期,ATRX与上游结合因子UBF一种结合到核仁组织者区的转录因子一起局限在人类近端着丝粒染色体的短臂因而可以通过研究ATRX基因突变对局限在此区域的核糖体DNARDNA染色质结构的影响,来阐明ATRX综合征的发病机制研究发现L3引,ATRX综合征患者外周血RDNA甲基化的模式,与EBV转染的B细胞及正常个体外周血的RDNA基因组甲基化的模式不同在正常个体中,大部分富含CPG的区域,约2O的RDNA被甲基化而在ATRX患者中,大部分RDNA非甲基化这些差异存在于各种组织中,且从发育的胚胎阶段就开始几种对甲基化敏感的内切酶酶切结果显示ATRX综合征患者的低甲基化区域局限在富含CPG的RDNA重复区域,而这区域类似一个大的CPG岛,包含转录28S,18S和58S的基因又因为ATRX蛋白也与异染色质相联系,而在哺乳动物中,异染色质含有大量高度重复的RDNA序列,这促使对Y染色体上的Y特异性重复序列DYZ2含2000个重复单位进行研究在正常人的外周血中Y染色体上约有6的DYZ2重复单位无甲基化,而ATRX患者几乎全部甲基化在ATRX综合征患者中发现的异常甲基化模式表明ATRX蛋白不像直接行使甲基转移酶的功能,它可能作用于某一174国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期中介复合体,而后者涉及建立和维持甲基化调节基因的沉默当ATRX基因突变时,干扰中间复合物,使不同组织的基因组发生不同方式的甲基化,从而影响染色质的重组活性由于外周血中A珠蛋白基因簇周围的CPG岛及其他序列并未发现有任何甲基化的异常,提示ATRX蛋白可能通过与甲基化无关的其他方式削弱A珠蛋白基因的表达BERUBE等3对ATRX蛋白的亚细胞定位又发现,在细胞分裂间期,ATRX蛋白与核酸基质紧密相连而在分裂期一开始,ATRX蛋白就主要与浓缩染色质结合到分裂末期时,ATRX蛋白已完全结合在染色质上了ATRX蛋白在分裂期结合到浓缩染色质的这种行为很像HPI的分布,而先前已知道,ATRX蛋白与HPI能相互作用1钊通过免疫沉淀法显示,在分裂期当ATRX结合到浓缩染色质上时,HPI与ATRX蛋白间有物理作用,而在人类染色体分裂中期ATRX局限于着丝粒,故推测HPI与ATRX间相互作用发生在浓缩染色质的某些位点而人类HP1与胞质分裂有关,故认为ATRX蛋白在染色体的遗传及胞质分裂中有作用对ATRX蛋白磷酸化水平的研究发现L3钊,在细胞分裂期,ATRX蛋白被磷酸化主要是丝氨酸残基,而低磷酸化的ATRX蛋白主要与核酸基质结合这表明,ATRX的磷酸化是把蛋白从核酸基质中释放出来所需要的,可能有助于分裂的进行根据这些观察结果,认为ATRX蛋白依赖细胞周期的不同阶段及磷酸化水平,发挥不止一种作用由于ATRX蛋白与染色质及核酸基质的关系密切,它可能作为一种分子连接物,通过在分裂间期建立特殊的核酸区域来影响转录,翻译,剪接过程而且,在分裂期核基质缺乏时,ATRX蛋白可能作用于着丝粒,与HPI蛋白及其他成分一起调节染色体的分离和正常的有丝分裂同时生化研究表明3,SNF2类蛋白存在于分子量500KDA2000KDA的多蛋白复合体中,行使各种功能,包括核小体的解体,染色质的凝聚及转录因子与识别序列结合的增强等虽然ATRX蛋白是否也是多蛋白复合体的一部分仍有待于证实,但ATRX基因几个剪接位点突变已被确认并表明,ATRX蛋白的需要是化学量子式的,这符合多蛋白复合体成分的特性总之,尽管对ATRX蛋白的研究取得了很大进展,但具体的靶细胞,生化途径及调节等方面仍知之甚少这有赖于ATRX蛋白的纯化及对突变的进一步研究参考文献1WEATHERAIIDJETA12WILKIEAOMETA111263WILKIEAOMET021L404567383931011121314163161718192021222332425326272832930313233334SS36NENGLJMED,L98130511607612AINJHUMGENET,L9904661112一AINJHUMGENET,1990466I127一WILKIEA0M”口ZJMEDGENET1991,28724724LINDORNM口ZJMEDGENET,1997,7244