医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件

第五章人类疾病的分子遗传学---血红蛋白病第五章人类疾病的分子遗传学1本章内容提示分子病（moleculardisease)血红蛋白病（hemoglobinopathy）血红蛋白类型（HbF,HbA2,HbA)及发育变化遗传控制：类α链（排列、定位）类β链（排列、定位）异常血红蛋白病及分子基础地中海贫血：α地贫（基因型，临床症状，分子基础）β地贫（基因型，临床症状，分子基础）

本章内容提示分子病（moleculardisease)2

分子病（Moleculardisease）

基因突变导致蛋白质分子质和量异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病，称为分子病。

1949年PaulingL对镰状细胞贫血病患者的血红蛋白HbS电泳分析，推论其泳动异常是分子结构改变所致，从而提出分子病的概念。

分3

血红蛋白病

第一节血红蛋白概述第二节

血红蛋白基因第三节血红蛋白病的类型和分子基础

血红蛋白病

第一节4血红蛋白病（Hemoglobinopathy）：由于珠蛋白分子结构异常或合成量异常所引起的疾病。

是常见的遗传病之一，从分子结构到发病机理研究的均较清楚，是研究人类分子病的最好模型。原因：

1）红细胞取材方便，来源丰富2）血红蛋白浓度高，不需纯化3）网织红细胞含有α、β珠蛋白mRNA，便于克隆其cDNA4）血红蛋白异常引起的疾病种类很多医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件5第一节血红蛋白概述

----Hb的组成、结构及类型正常Hb的组成

是一种结合蛋白：血红素＋珠蛋白（Heme)(globin)每个Hb单体是由一条珠蛋白肽链和一个血红素组成的。４个Hb单体→一个球形四聚体

一第一节血红蛋白概述

----Hb6血红蛋白β链一级结构：氨基酸排列顺序类α链：（α、ζ

）141个氨基酸类β链:（β、δ、γ、ε）146个氨基酸二级结构：肽链盘曲成的空间螺旋α螺旋、β折叠片层血红蛋白α链，α螺旋结构。二血红蛋白的结构血红蛋白一级结构：血红蛋白α链，α螺旋结构。二血红蛋白的结7

三级结构：

整条多肽链的三维结构四级结构：四聚体二血红蛋白的结构

三级结构：

整条多肽链的三维结构四级结构：二血红蛋白的8血红蛋白的类型成人Hb：Hb

A2297～98%

Hb

A2

222～3%胎儿Hb：HbF22

（α2Gγ2α2Aγ2）胚胎Hb：HbGowerⅠ22

（

ζ2Gγ2ζ2Aγ2）

(妊娠12周内)HbGowerⅡ22

HbPortland22

三血红蛋白的类型成人Hb：HbA2297～9第二节血红蛋白基因

排列紧密，有共同起源，含有假基因

7个基因，定位于——16p13

5′-ζ2

–ψζ1-ψα2-ψα1-α2-α1-θ1-3`

7个基因，定位——11p15

5`-ψβ2-ε-Gγ-Aγ-ψβ1-δ-β-3`-δ-β-3`珠蛋白基因特点α珠蛋白Gene簇

β珠蛋白Gene簇第二节血红蛋白基因珠蛋白基因特点α珠蛋白Gene簇β10珠蛋白基因簇16p13.33-p13.11珠蛋白基因簇16p13.33-p13.111111ｐ15.5珠蛋白基因簇:11ｐ15.5珠蛋白基因簇:12

二、Hb发育演变与遗传控制⑴胚胎早期先合成和→HbGowerⅠ（

22）

同时或稍后合成和→HbGowerⅡ（2

2）HbPortland（2

2

）⑵12周时和逐渐消失，链迅速增加，开始合成，HbF为主（22）。⑶妊娠末期和出生不久，链迅速降低，链迅速增加，HbA为主（22

）。Hb发育演变二、Hb发育演变与遗传控制⑴胚胎早期先合成和→Hb13医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件14血红蛋白类型血红蛋白类型15三、α、β珠蛋白基因结构及表达

α珠蛋白基因：

IVS1由117bp组成，位于31和32密码子之间，IVS2由149(1)或142bp(2)组成，位于99和100密码子之间。β珠蛋白基因：

IVS1含130bp，位于30和31密码之间，IVS2大约含850bp，位于104和105密码子之间。

基因结构:

非常相似，均为3个外显子，2个内含子(IVS1、IVS2）三、α、β珠蛋白基因结构及表达α珠蛋白基因：基因结构:16131329910014113031104105146α珠蛋白基因结构β珠蛋白基因结构1313217珠蛋白基因表达

E1E2E35`——------3`

Transcription

Processing

5`-Cap------polyAAAAAmRNATranslation

珠蛋白基因表达E118珠蛋白基因表达特点发育阶段特异性

5’——3’顺次表达、关闭合成场所特异性

卵黄囊、胎肝、骨髓表达数量协调性类α、类β链维持1：1的比例

总之，珠蛋白基因的表达具有时空特异性、精确的协调性珠蛋白基因表达特点发育阶段特异性19第三节Hb病的类型和分子基础

人类珠蛋白基因的组织特异性强，仅在RBC及前体中才有大量表达。由珠蛋白基因突变引起珠蛋白质量畸变（异常Hb病）和数量畸变（地中海贫血）

所致的疾病统称血红蛋白病第三节Hb病的类型和分子基础人类珠蛋白基因的组织特异性20血红蛋白病分类异常Hb病：基因突变导致珠蛋白结构改变

例如：镰状细胞贫血地中海贫血：基因突变导致珠蛋白肽链合成缺乏或合成量异常如α、β地贫血红蛋白病分类21异常血红蛋白病由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病。主要类型：（1）镰状细胞病（2）不稳定血红蛋白病（3）血红蛋白M病（4）氧亲和力改变的血红蛋白病异常血红蛋白病由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结22一、镰状细胞病

遗传方式：AR

形成原因：链第6位谷氨酸被缬氨酸取代，形成HbS。在缺氧情况下，HbS聚合形成长棒状聚合物，使细胞镰变,变形能力低引起血粘度增高，导致溶血、贫血、血管梗阻性继发症状。HbSHbS镰状细胞病HbAHbS镰形细胞性状HbAHbA正常人一、镰状细胞病遗传方式：AR形成原因：Hb23镰状细胞病镰状细胞病24临床症状：血管阻塞的继发症状：一过性剧痛（腹痛、关节痛）,脑血管意外急性大面积组织损伤：心梗，肺、肾脏损伤；慢性溶血性贫血

患者多在成年以前死亡

诊断：①血涂片亚硫酸钠“镰变试验”阳性②电泳：有一“Ｓ”区带S

A

临床症状：SA25医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件26AD（不完全显性）现已发现90余种。分子机制：肽链上与血红素紧密结合的氨基酸发生替代或缺失，损伤了肽链的立体结构，使其与血红素的结合能力减弱，形成不稳定的异常血红蛋白,易氧化在红细胞内聚集沉淀，形成Heinz小体，红细胞变形能力降低，通过微循环时容易被脾窦滞留破坏，从而导致血管内外溶血。代表疾病：HbBristol形成原因：链第67位缬氨酸被天冬氨酸取代临床症状：先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大二、不稳定血红蛋白病二、不稳定血红蛋白病27三、血红蛋白病M病（遗传性高铁血红蛋白病）

形成原因：

肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸发生替代，导致部分铁原子呈稳定的高铁状态，影响Hb正常带氧功能

临床表现：

紫绀和继发性红细胞增多

遗传方式：AD三、血红蛋白病M病形成原因：临床表现：28四、氧亲和力改变的血红蛋白病

形成原因：

由于珠蛋白基因突变致Hb肽链上氨基酸发生置换，致使Hb分子与氧的亲和力增高或降低，运输氧功能改变。

临床表现：

红细胞增多症和紫绀四、氧亲和力改变的血红蛋白病形成原因：临床表现：29异常血红蛋白病的分子基础

——珠蛋白基因突变

主要类型：（1）单个碱基置换（2）移码突变（3）密码子的缺失和插入（4）融合基因异常血红蛋白病的分子基础主要类型：30一）单个碱基的替代（占90%）

1、错义突变

是由于单个核苷酸的改变导致由特定三联体密码子编码的氨基酸的改变。

例：HbS一）单个碱基的替代（占90%）

1、错义突变

是由于单个核312、无义突变

原密码子→终止密码→肽链合成提前终止

例：HbMckees-Rock

145

DNA144145146147HbAAAGUAUUCGUAAHbMcKees-Rock

AAGUAA

PROTEIN144145146147HbA

Lys

Tyr

His（终止）

HbMcKees-Rock

Lys（终止）2、无义突变323、终止密码突变

终止密码→编码氨基酸的密码，导致肽链异常延长。

例：HbConstantSpring

142

DNA139

140141

142143HbAAAAUACCGUUAAGCUHbConstant-SpringAAAUACCGU

CAA

GCU

PROTEIN

139

140141

142143HbA

Lys

Tyr

Arg（终止）HbConstant-Spring

Lys

Tyr

Arg

Gln

Ala---1723、终止密码突变

终止密码→编码氨基酸的密码，导致肽链异常延33二）移码突变在正常密码子中插入或缺失一个或几个碱基,导致该位点后面编码的氨基酸种类顺序改变.例：正常Hb

137-ACCUCCAAAUACCGUUAA

苏---丝----赖----酪-----精---终—HbWayneACCUCAAAUACCGUUAAG

苏---丝----冬胺---苏----缬---赖二）移码突变34医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件35三）整码突变密码子的三个碱基同时缺失或插入例：HbGunHill

89AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCACGUG98----丝—谷—亮—组—半胱—门冬—赖—亮—组—缬---

AGUGAGCUGCACGUG8990969798----丝—谷—亮—组—缬----(91-95缺失，后面氨基酸顺序不变）三）整码突变例：HbGunHill36四）融合基因

由两种不同的肽链联接而成的异常血红蛋白肽链.产生原因：减数分裂时同源染色错误配对使不同珠蛋白基因之间发生不等交换。下图中的HbLepore是由δ、β链连接而成，称δβ；而反Lepore是由β、δ链连接而成，称βδ链GAδ含重复片段的染色体Anti-Lepore缺失染色体HbLepore四）融合基因

由两种不同的肽链联接而成的异常血红蛋白肽链.G37二、地中海贫血

——珠蛋白链合成数量不平衡最初发现在地中海地区居住的人群发病率特别高而得名，实际上世界各地都有发生，非洲和东南亚也比较常见。珠蛋白基因缺失/突变导致某种珠蛋白链合成障碍造成α链和β链合成数量不平衡，引起的溶血性贫血称为地中海贫血。

二、地中海贫血最初发现在地中海地区居住的人群发病率特别高而得38β地中海贫血——由于珠蛋白基因的缺失或缺陷使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。特点：ＨbＡ↓都表现为低色素性贫血α地中海贫血——由于珠蛋白基因的缺失或缺陷使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。地中海贫血β地中海贫血——由于珠蛋白基因的缺失或缺α地中海贫血——由39地中海贫血地中海贫血40α地中海贫血

每条16号染色体上有两个αGene——缺失程度不同，α链合成部分或完全受到抑制，导致不同类型的地贫。

若一条染色体上缺失一个α基因（／α－）为α+地贫，α链合成减少。若一条染色体上两个α基因均缺失（／－－）为α0地贫，α链不能合成。α地中海贫血41临床类型类型症状正常人静止型+地贫杂合子无症状轻型（标准型）0地贫杂合子轻度贫血+地贫纯合子血红蛋白H病0地贫和+地贫双重杂合子溶血性贫血HbBart’s胎儿水肿综合征0地贫纯合子胎儿水肿临床类型类型症状正常人静止型+地贫杂合子无症状42胎儿水肿胎儿水肿43α地贫的分子基础

依α基因缺陷程度分为：Gene缺失型（缺失1～４个α基因）非Gene缺失型（点突变）：无义突变、移码突变、终止密码突变、剪接突变等结果1

生成无功能或稳定性降低的mRNA

无义突变移码突变终止密码突变起始密码突变

2

RNA加工突变3

产生不稳定Hbα地贫的分子基础依α基因缺陷程度分为：44β地中海贫血

β珠蛋白Gene突变或缺失→β珠蛋白链合成速率下降→溶血性贫血

β0地贫：β链完全不能合成

β+地贫：β链可部分合成β地中海贫血45β-地中海贫血临床分类临床类型基因型基因产物临床表现重型地贫+/+、0/00/0、+/0链几乎不能合成链合成相对增加HbF和HbA2增高地中海贫血面容溶血性贫血（需输血）轻型地贫+/A、0/A0/A能合成适量的链贫血不明显或轻度贫血中间型地贫+/+

链部分合成介于重型和轻型之间（不需输血）遗传性胎儿血红蛋白持续增多症缺失或突变链和链合成受抑制链合成明显增加成人HbF持续增加，无症状β-地中海贫血临床分类临床类型基因型基因产46患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷，两眼距离增宽，眼睑浮肿，形成地中海贫血的特殊面容。患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷47X线颅骨照片可见颅骨内外板变薄，板障增宽，在骨皮质间出现垂直短发样骨刺X线颅骨照片可见颅骨内外板变薄，板障增宽，在骨皮质间出现垂直48-地中海贫血的分子基础

地中海贫血已发现100多种突变类型，包括点突变和基因缺失。绝大多数地中海贫血是由于基因发生点突变所致，突变涉及基因内及旁侧序列。（1）编码区突变（2）非编码区突变（3）启动子区突变（4）RNA裂解信号突变（5）加帽位点单个碱基突变-地中海贫血的分子基础地中海贫血已发现100多种突变49☆编码区突变

——mRNA稳定性降低或形成无功能mRNA（1）无义突变密码子17：A→C密码子43：G→Tβ0地贫（2）移码突变密码子71/72：+A密码子41/42：－TCTTβ0地贫（3）起始密码突变ATG→AGGβ0地贫☆编码区突变（1）无义突变50⑴内含子IGT→AT丧失一个剪切信号。⑵新的切点产生同义突变→激活→I和Exon隐蔽裂解位点如：GGT→AGT产生新的剪切点☆非编码区突变

——影响mRNA剪切、加工过程⑴内含子IGT→AT丧失一个剪切信号。☆非编码区突变51GT→ATGGT→AGT，激活隐蔽剪切位点GT→ATGGT→AGT，激活隐蔽剪切位点52☆启动子区突变

——降低mRNA的转录效率-28位A→G突变破坏了TATABox。☆启动子区突变-28位A→G突变破坏了TATABox53☆RNA裂解信号突变

——不能准确裂解和加polyAβ珠蛋白基因3’侧翼序列中AATAAA→AACAAA☆加帽位点单个碱基突变

——不能准确裂解和加polyA加帽位点发生A→C颠换，影响转录效率。通常是mRNA的第一个核苷酸。☆RNA裂解信号突变β珠蛋白基因3’侧翼序列中AATAAA54总结※

异常血红蛋白病和地中海贫血有共同的分子基础

——突变、缺失※

基因缺失是引起地中海贫血的主要原因※

基因突变是引起地中海贫血的主要原因总结※异常血红蛋白病和地中海贫血有共同的分子基础※55人类疾病的生化和分子遗传学

先天性代谢病人类疾病的生化和分子遗传学

先天性代谢病56本章内容提示先天代谢病的类型几种疾病发病分子机制、疾病相关基因定位、疾病的遗传方式

氨基酸代谢病：白化病PKU

糖代谢病：半乳糖血症糖原贮积症

嘌呤代谢病：自毁容貌综合征

受体蛋白病：家族性高胆固醇血症本章内容提示先天代谢病的类型571908年，GarrodA在皇家伦敦医学院发表了题为“先天性代谢缺陷”的著名报告，他公布了四种人类罕见疾病：

尿黑酸尿症戊糖尿症胱氨酸尿症白化病

Garrod对尿黑酸尿症的开拓性的研究开辟了生化遗传学这一领域一、“先天代谢缺陷”概念提出1908年，GarrodA在皇家伦敦医学院发表了题为“先天58

尿黑酸尿症临床特征：黑尿、大关节、脊柱椎间盘退行性关节炎——褐黄病。上腭出现兰色或黑色的色素斑，眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀（内源性尿黑酸自身氧化形成的产物沉淀所致）尿黑酸尿症59临床症状新生儿和儿童期：尿黑酸尿是唯一的特点；成人期：除了尿黑酸尿以外，由于尿黑酸增多，并在结缔组织中沉着，而导致褐黄病（ochronosis），如果累及关节的话则进展为褐黄病性关节炎（ochronoticarthritis）。临床症状新生儿和儿童期：60推测病因

代谢转化正常人：苯丙Aa、酪Aa→尿黑酸→另一代谢产物→不蓄积尿黑酸患者：苯丙Aa、酪Aa↓尿黑酸↑—//→另一代谢产物↓大量贮积，尿中排出推测病因61实验分析

尿黑酸患者服食尿黑酸→尿中定量排出高蛋白饮食（含苯丙Aa、酪Aa）→内源性尿黑酸↑受试者正常人→服食尿黑酸→不排出高蛋白饮食（含苯Aa、酪Aa）→无尿黑酸检出实验分析尿黑酸患者服食62证实病因——尿黑酸氧化酶缺乏

假设50年后被证实：患者的肝脏中检测不到尿黑酸氧化酶，此酶负责尿黑酸进一步代谢。苯丙Aa↓苯丙Aa羟化酶

酪Aa↓酪Aa氨基转移酶p-羟基苯丙酮酸↓p-羟基苯丙酮酸氧化酶尿黑酸↓尿黑酸氧化酶延胡索酸+乙酰乙酸证实病因——尿黑酸氧化酶缺乏

假设50年后被证实：患者的肝63尿黑酸症遗传学分析尿黑酸尿症呈现家族分布：17个尿黑酸尿症家庭中有8个父母是一级表兄妹。一级表兄妹婚配为一种罕见的隐性性状的表现提供了条件是第一种被确认的常染色体隐性遗传病。正常等位基因是未受累个体特异的酶产物所必需的，这是关于基因通过编码的酶施加其影响最初的线索。所以Garrod的工作预言了“一个基因一种酶”的假说。尿黑酸症遗传学分析尿黑酸尿症呈现家族分布：17个尿黑酸尿症家64二、先天代谢缺陷产生机制

1、

酶活性异常的遗传基础1）结构基因突变——酶结构改变，稳定性降低，酶动力学改变。2）调节基因突变——酶合成速率下降，催化活性降低，3）翻译后修饰加工障碍——酶催化中心不完善，活性下降。二、先天代谢缺陷产生机制1、酶活性异常的遗传基础65代谢异常机理

Gene

ABBC

C/D

transcribtionmRNA

translatin

EnzymeS(底物）

A↑B↑C↑D↓

EF代谢旁路开放代谢异常机理GeneA66二、先天代谢缺陷代表疾病氨基酸代谢病：

PKU白化病糖代谢病：半乳糖血症糖原贮积症嘌呤代谢病：自毁容貌综合征受体蛋白病：家族性高胆固醇血症二、先天代谢缺陷代表疾病氨基酸代谢病：PKU白化病67苯丙酮尿症发病环节：酶缺乏导致旁路代谢产物增多遗传方式：AR缺乏的酶：苯丙氨酸羟化酶遗传基因定位：PAH基因12q24.1全长90Kb，13个外显子，12个内含子。

目前已发现近200种错义突变☆苯丙酮尿症发病环节：酶缺乏导致旁路代谢产物增多☆68临床症状：本病经典型以智能发育不全为主要特征。旁路代谢产物苯丙酮酸↑苯乳酸↑苯乙酸↑从汗液尿液排出，毛发、皮肤和尿有特殊气味黑色素生成减少，患者毛发和皮肤颜色浅神经递质生成受影响，患儿智力低下。

治疗：低苯丙氨酸饮食早期治疗以避免神经系统损伤，减少智力损害

生化手段可作新生儿筛查临床症状：69苯丙氨酸酪氨酸多巴儿茶酚胺苯丙酮酸苯乙酸苯乳酸尿黑酸乙酰乙酸黑色素甲状腺素苯丙氨酸、酪氨酸代谢苯丙氨酸酪氨酸70白化病Albinism发病环节：酶缺乏导致代谢终产物缺乏遗传方式：AR缺乏的酶：酪氨酸酶，导致终产物黑色素缺乏遗传基因OCA1定位：11q14-q21

☆白化病Albinism发病环节：酶缺乏导致代谢终产物缺乏☆71临床症状：

皮肤呈白色，头发呈银白或淡黄色虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素视物模糊，眼球震颤，羞明易患皮肤癌临床症状：72白化病Albinism白化病Albinism73半乳糖血症（Galactosemia）

#发病环节：酶缺乏导致代谢中间产物堆积和排出#遗传方式：AR#临床表现：婴儿哺乳后呕吐、腹泻、对乳类不耐受，继而出现肝硬化、白内障、智力低下等症状半乳糖血症（Galactosemia）

#发病环节：酶缺乏导74半乳糖血症（Galactosemia）半乳糖半乳糖-1-磷酸+2-磷酸尿苷葡萄糖2-磷酸尿苷半乳糖葡萄糖-1-磷酸E1E2半乳糖醇葡萄糖-6-磷酸E1：半乳糖激酶E2：半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶半乳糖血症（Galactosemia）半乳糖75半乳糖血症分类分型缺陷酶基因定位临床表现Ⅰ型（经典型）半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶9q13低血糖，肝硬化，智力障碍，白内障。Ⅱ型半乳糖激酶17q21-q22主要表现为青年型白内障。肝脾大，可有黄疸，智力正常或迟缓。Ⅲ型半乳糖尿苷-2-磷酸-4-异构酶1p36-p35可无临床症状或类似经典型半乳糖血症分类分型缺陷酶基因定位临床表现Ⅰ型半乳糖-1-磷酸76

1.喂乳后几天出现呕吐、拒食、腹泻、失重。

2.一周后，肝脏损害症状：黄疸、肝肿大、腹水。

3.几个月后，智力发育障碍，蛋白尿，氨基酸尿，白内障。

1.喂乳后几天出现呕吐、拒食、腹泻、失重。

2.一周后77糖原贮积症Ⅰ（vonGierke病）缺乏的酶：葡萄糖-6-磷酸酶遗传方式：AR基因定位：17q21糖原葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶糖原贮积症Ⅰ（vonGierke病）缺乏的酶：葡萄糖78临床表现：⑴肝糖原合成过多，引起患儿肝肿大⑵

G-6-Pase缺乏，葡萄糖供应不足，易发生低血糖，长期可致患儿发育不良，消瘦，身体矮小⑶动用脂肪供能可以出现酮血症。⑷

G-6-P无氧酵解生成大量乳酸，导致酸中毒。临床表现：79医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件80嘌呤代谢病自毁容貌综合征(Lesch-Nyhansyndrome,LNS)

缺乏的酶：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(HGPRT)遗传方式：X连锁隐性遗传。基因定位：Xq26-q27。主要的突变类型有：核苷酸取代、插入、缺失和移码突变，可在DNA水平上作产前诊断。嘌呤代谢病缺乏的酶：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶81代谢途径代谢途径82发病机理

HGPRT催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)上的磷酸核糖基转移到鸟嘌呤和次黄嘌呤上，使之成为鸟苷酸和次黄苷酸，而它们又可反馈抑制嘌呤前体5-磷酸核糖-1-胺的生成。此酶如缺乏，则鸟苷酸和次黄苷酸合成减少，嘌呤合成加快，致使尿酸增高，代谢紊乱而致病。发病机理83临床表现：

1、高尿酸血症和高

尿酸尿症

2、痛风性关节炎

3、智力迟钝，大

脑瘫痪

4、舞蹈样动作，

自残行为临床表现：

1、高尿酸血症和高

尿酸尿症

2、痛风性关84

家族性高胆固醇血症（FH）

遗传方式：常染色体（不完全）显性遗传病发病率：1/500临床特点：血清胆固醇增高（300~600mg/dl，正常人230），低密度脂蛋白（LDL）胆固醇增高（＞200mg/dl）。大约50%的患者出现伸肌腱的胆固醇沉积（黄色瘤）发病机理：低密度脂蛋白受体缺陷家族性高胆固醇血症（FH）遗传方式：常染色体851、胆固醇调节正常人——LDL受体与LDL颗粒结合→内在化→LDL颗粒中胆固醇降解为游离胆固醇→细胞内游离胆固醇的氧化衍生物启动调节过程：1）HMG-CoA还原酶↓↓，胆固醇合成↓2）胆固醇酯化和储存增加3）LDL受体合成减少，对外源胆固醇摄取减少1、胆固醇调节正常人——86患者：LDL受体合成减少引起细胞对外源性胆固醇的摄取减少患者：LDL受体合成减少引起细胞对外源性胆固醇的摄取减少872、LDL受体

◎基因定位：19chr上，长约45kb，18个外显子，mRNA5.3kb◎对基因的分析表明：配体结合区，由5个Exon编码（2~6个外显子）EGF前体同源区，由8个Exon编码。糖基化部分，由1个Exon编码。跨膜区，由第16个Exon和17Exon的部分编码。胞浆内的尾部，由Exon17剩于的部分和E18的一部分编码。◎LDL受体在内质网合成，再经过高尔基复合体时糖基化，分子量为160kDa，是插入C膜的整合膜蛋白。

2、LDL受体◎基因定位：19chr上，长约45kb，188LDL

受体结构LDL

受体结构893、LDL受体的突变

在家族性高胆固醇血症中，鉴定了150种不同的突变，并发现有多种突变和高度的等位基因异质性。多数突变为受体基因不同等位基因杂合子---既复合杂合子。3、LDL受体的突变在家族性高胆固醇血症中，鉴定了15090LDL受体基因突变可分为5个功能类型：

1、突变发生在启动子区，不产生mRNA和蛋白；2、突变阻断新生的LDL受体蛋白从ER转运到GO；3、突变编码的受体可以到达C的表面，但不能与正常地结合配体；4、突变编码的受体可以到达C的表面，也能与正常地结合LDL，但不能集中在网络蛋白包被小窝。5、再循环缺陷型突变，突变编码的受体可以结合并内在化LDL。但不能释放内含体中的受体，和回到C的表面。基于上述的研究，从DNA水平对FH进行筛查和产前诊断已成为可能。LDL受体基因突变可分为5个功能类型：1、突变发生在启动子91医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件92葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）缺乏症朝鲜战争期间，美国士兵使用伯氨基喹啉来预防疟疾，约10%的黑人士兵发生溶血，少数白人士兵（地中海血统）也发生严重的溶血性贫血。后来发现这种药物诱发贫血的基础是G6PD的遗传性缺陷。从此建立了药物遗传学这里，我们主要探讨G6PD的遗传性缺陷葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）缺乏症朝鲜战争期间，美93G6PD基因：定位于X染色体，全长19kb，含13个外显子，编码514个氨基酸的蛋白。

药物+HbH2O2

GSSG+NADPHGSH+NADPG6PDGSHpxGR6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖药物+HbH2O2GSSG+NADPHGSH+NA94突变类型外显子突变位置突变类型Aa位置Aa替代5376A→G126

天冬酰氨

天冬氨酸4202G→A

68缬氨酸

蛋氨酸

6563C→T188丝氨酸

苯丙氨酸突变导致电泳迁移率改变（E5）和酶活性降低（E4和E6）。突变类型外显子突变位置突变类型Aa位置95●G6PD的突变型是因为在淀粉凝胶中的电泳迁移率不同而被发现。突变型的G6PD活性下降。G6PD-B：野生型，G6PD-A：突变型，G6PD-A-：二次突变。●酶活性

G6PD-B＞G6PD-A＞G6PD-A-。后者酶活性是前二者的15%。●电泳迁移率：

G6PD-A＞G6PD-A--＞G6PD-B。

●G6PD的突变型是因为在淀粉凝胶中的电泳迁移率不同而被发现96DNA水平：报道了60多种独立突变，

范围:包括几乎整个编码区

性质：错义突变，多为编码链或非编码链中CpG二核苷酸发生C→T转换突变。蛋白水平：已报道400多种等位突变型，其中许多是多态。G6PD缺乏症很常见，几乎分布世界各地。DNA水平：报道了60多种独立突变，97本节要求掌握：几种常见代谢病氨基酸代谢病：白化病PKU

糖代谢病：半乳糖血症糖原贮积症嘌呤代谢病：自毁容貌综合征受体蛋白病：家族性高胆固醇血症什么病、缺什么酶、何种遗传方式？本节要求掌握：98第五章人类疾病的分子遗传学---血红蛋白病第五章人类疾病的分子遗传学99本章内容提示分子病（moleculardisease)血红蛋白病（hemoglobinopathy）血红蛋白类型（HbF,HbA2,HbA)及发育变化遗传控制：类α链（排列、定位）类β链（排列、定位）异常血红蛋白病及分子基础地中海贫血：α地贫（基因型，临床症状，分子基础）β地贫（基因型，临床症状，分子基础）

本章内容提示分子病（moleculardisease)100

分子病（Moleculardisease）

基因突变导致蛋白质分子质和量异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病，称为分子病。

1949年PaulingL对镰状细胞贫血病患者的血红蛋白HbS电泳分析，推论其泳动异常是分子结构改变所致，从而提出分子病的概念。

分101

血红蛋白病

第一节血红蛋白概述第二节

血红蛋白基因第三节血红蛋白病的类型和分子基础

血红蛋白病

第一节102血红蛋白病（Hemoglobinopathy）：由于珠蛋白分子结构异常或合成量异常所引起的疾病。

是常见的遗传病之一，从分子结构到发病机理研究的均较清楚，是研究人类分子病的最好模型。原因：

1）红细胞取材方便，来源丰富2）血红蛋白浓度高，不需纯化3）网织红细胞含有α、β珠蛋白mRNA，便于克隆其cDNA4）血红蛋白异常引起的疾病种类很多医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件103第一节血红蛋白概述

----Hb的组成、结构及类型正常Hb的组成

是一种结合蛋白：血红素＋珠蛋白（Heme)(globin)每个Hb单体是由一条珠蛋白肽链和一个血红素组成的。４个Hb单体→一个球形四聚体

一第一节血红蛋白概述

----Hb104血红蛋白β链一级结构：氨基酸排列顺序类α链：（α、ζ

）141个氨基酸类β链:（β、δ、γ、ε）146个氨基酸二级结构：肽链盘曲成的空间螺旋α螺旋、β折叠片层血红蛋白α链，α螺旋结构。二血红蛋白的结构血红蛋白一级结构：血红蛋白α链，α螺旋结构。二血红蛋白的结105

三级结构：

整条多肽链的三维结构四级结构：四聚体二血红蛋白的结构

三级结构：

整条多肽链的三维结构四级结构：二血红蛋白的106血红蛋白的类型成人Hb：Hb

A2297～98%

Hb

A2

222～3%胎儿Hb：HbF22

（α2Gγ2α2Aγ2）胚胎Hb：HbGowerⅠ22

（

ζ2Gγ2ζ2Aγ2）

(妊娠12周内)HbGowerⅡ22

HbPortland22

三血红蛋白的类型成人Hb：HbA2297～107第二节血红蛋白基因

排列紧密，有共同起源，含有假基因

7个基因，定位于——16p13

5′-ζ2

–ψζ1-ψα2-ψα1-α2-α1-θ1-3`

7个基因，定位——11p15

5`-ψβ2-ε-Gγ-Aγ-ψβ1-δ-β-3`-δ-β-3`珠蛋白基因特点α珠蛋白Gene簇

β珠蛋白Gene簇第二节血红蛋白基因珠蛋白基因特点α珠蛋白Gene簇β108珠蛋白基因簇16p13.33-p13.11珠蛋白基因簇16p13.33-p13.1110911ｐ15.5珠蛋白基因簇:11ｐ15.5珠蛋白基因簇:110

二、Hb发育演变与遗传控制⑴胚胎早期先合成和→HbGowerⅠ（

22）

同时或稍后合成和→HbGowerⅡ（2

2）HbPortland（2

2

）⑵12周时和逐渐消失，链迅速增加，开始合成，HbF为主（22）。⑶妊娠末期和出生不久，链迅速降低，链迅速增加，HbA为主（22

）。Hb发育演变二、Hb发育演变与遗传控制⑴胚胎早期先合成和→Hb111医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件112血红蛋白类型血红蛋白类型113三、α、β珠蛋白基因结构及表达

α珠蛋白基因：

IVS1由117bp组成，位于31和32密码子之间，IVS2由149(1)或142bp(2)组成，位于99和100密码子之间。β珠蛋白基因：

IVS1含130bp，位于30和31密码之间，IVS2大约含850bp，位于104和105密码子之间。

基因结构:

非常相似，均为3个外显子，2个内含子(IVS1、IVS2）三、α、β珠蛋白基因结构及表达α珠蛋白基因：基因结构:114131329910014113031104105146α珠蛋白基因结构β珠蛋白基因结构13132115珠蛋白基因表达

E1E2E35`——------3`

Transcription

Processing

5`-Cap------polyAAAAAmRNATranslation

珠蛋白基因表达E1116珠蛋白基因表达特点发育阶段特异性

5’——3’顺次表达、关闭合成场所特异性

卵黄囊、胎肝、骨髓表达数量协调性类α、类β链维持1：1的比例

总之，珠蛋白基因的表达具有时空特异性、精确的协调性珠蛋白基因表达特点发育阶段特异性117第三节Hb病的类型和分子基础

人类珠蛋白基因的组织特异性强，仅在RBC及前体中才有大量表达。由珠蛋白基因突变引起珠蛋白质量畸变（异常Hb病）和数量畸变（地中海贫血）

所致的疾病统称血红蛋白病第三节Hb病的类型和分子基础人类珠蛋白基因的组织特异性118血红蛋白病分类异常Hb病：基因突变导致珠蛋白结构改变

例如：镰状细胞贫血地中海贫血：基因突变导致珠蛋白肽链合成缺乏或合成量异常如α、β地贫血红蛋白病分类119异常血红蛋白病由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病。主要类型：（1）镰状细胞病（2）不稳定血红蛋白病（3）血红蛋白M病（4）氧亲和力改变的血红蛋白病异常血红蛋白病由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结120一、镰状细胞病

遗传方式：AR

形成原因：链第6位谷氨酸被缬氨酸取代，形成HbS。在缺氧情况下，HbS聚合形成长棒状聚合物，使细胞镰变,变形能力低引起血粘度增高，导致溶血、贫血、血管梗阻性继发症状。HbSHbS镰状细胞病HbAHbS镰形细胞性状HbAHbA正常人一、镰状细胞病遗传方式：AR形成原因：Hb121镰状细胞病镰状细胞病122临床症状：血管阻塞的继发症状：一过性剧痛（腹痛、关节痛）,脑血管意外急性大面积组织损伤：心梗，肺、肾脏损伤；慢性溶血性贫血

患者多在成年以前死亡

诊断：①血涂片亚硫酸钠“镰变试验”阳性②电泳：有一“Ｓ”区带S

A

临床症状：SA123医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件124AD（不完全显性）现已发现90余种。分子机制：肽链上与血红素紧密结合的氨基酸发生替代或缺失，损伤了肽链的立体结构，使其与血红素的结合能力减弱，形成不稳定的异常血红蛋白,易氧化在红细胞内聚集沉淀，形成Heinz小体，红细胞变形能力降低，通过微循环时容易被脾窦滞留破坏，从而导致血管内外溶血。代表疾病：HbBristol形成原因：链第67位缬氨酸被天冬氨酸取代临床症状：先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大二、不稳定血红蛋白病二、不稳定血红蛋白病125三、血红蛋白病M病（遗传性高铁血红蛋白病）

形成原因：

肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸发生替代，导致部分铁原子呈稳定的高铁状态，影响Hb正常带氧功能

临床表现：

紫绀和继发性红细胞增多

遗传方式：AD三、血红蛋白病M病形成原因：临床表现：126四、氧亲和力改变的血红蛋白病

形成原因：

由于珠蛋白基因突变致Hb肽链上氨基酸发生置换，致使Hb分子与氧的亲和力增高或降低，运输氧功能改变。

临床表现：

红细胞增多症和紫绀四、氧亲和力改变的血红蛋白病形成原因：临床表现：127异常血红蛋白病的分子基础

——珠蛋白基因突变

主要类型：（1）单个碱基置换（2）移码突变（3）密码子的缺失和插入（4）融合基因异常血红蛋白病的分子基础主要类型：128一）单个碱基的替代（占90%）

1、错义突变

是由于单个核苷酸的改变导致由特定三联体密码子编码的氨基酸的改变。

例：HbS一）单个碱基的替代（占90%）

1、错义突变

是由于单个核1292、无义突变

原密码子→终止密码→肽链合成提前终止

例：HbMckees-Rock

145

DNA144145146147HbAAAGUAUUCGUAAHbMcKees-Rock

AAGUAA

PROTEIN144145146147HbA

Lys

Tyr

His（终止）

HbMcKees-Rock

Lys（终止）2、无义突变1303、终止密码突变

终止密码→编码氨基酸的密码，导致肽链异常延长。

例：HbConstantSpring

142

DNA139

140141

142143HbAAAAUACCGUUAAGCUHbConstant-SpringAAAUACCGU

CAA

GCU

PROTEIN

139

140141

142143HbA

Lys

Tyr

Arg（终止）HbConstant-Spring

Lys

Tyr

Arg

Gln

Ala---1723、终止密码突变

终止密码→编码氨基酸的密码，导致肽链异常延131二）移码突变在正常密码子中插入或缺失一个或几个碱基,导致该位点后面编码的氨基酸种类顺序改变.例：正常Hb

137-ACCUCCAAAUACCGUUAA

苏---丝----赖----酪-----精---终—HbWayneACCUCAAAUACCGUUAAG

苏---丝----冬胺---苏----缬---赖二）移码突变132医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学课件133三）整码突变密码子的三个碱基同时缺失或插入例：HbGunHill

89AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCACGUG98----丝—谷—亮—组—半胱—门冬—赖—亮—组—缬---

AGUGAGCUGCACGUG8990969798----丝—谷—亮—组—缬----(91-95缺失，后面氨基酸顺序不变）三）整码突变例：HbGunHill134四）融合基因

由两种不同的肽链联接而成的异常血红蛋白肽链.产生原因：减数分裂时同源染色错误配对使不同珠蛋白基因之间发生不等交换。下图中的HbLepore是由δ、β链连接而成，称δβ；而反Lepore是由β、δ链连接而成，称βδ链GAδ含重复片段的染色体Anti-Lepore缺失染色体HbLepore四）融合基因

由两种不同的肽链联接而成的异常血红蛋白肽链.G135二、地中海贫血

——珠蛋白链合成数量不平衡最初发现在地中海地区居住的人群发病率特别高而得名，实际上世界各地都有发生，非洲和东南亚也比较常见。珠蛋白基因缺失/突变导致某种珠蛋白链合成障碍造成α链和β链合成数量不平衡，引起的溶血性贫血称为地中海贫血。

二、地中海贫血最初发现在地中海地区居住的人群发病率特别高而得136β地中海贫血——由于珠蛋白基因的缺失或缺陷使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。特点：ＨbＡ↓都表现为低色素性贫血α地中海贫血——由于珠蛋白基因的缺失或缺陷使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。地中海贫血β地中海贫血——由于珠蛋白基因的缺失或缺α地中海贫血——由137地中海贫血地中海贫血138α地中海贫血

每条16号染色体上有两个αGene——缺失程度不同，α链合成部分或完全受到抑制，导致不同类型的地贫。

若一条染色体上缺失一个α基因（／α－）为α+地贫，α链合成减少。若一条染色体上两个α基因均缺失（／－－）为α0地贫，α链不能合成。α地中海贫血139临床类型类型症状正常人静止型+地贫杂合子无症状轻型（标准型）0地贫杂合子轻度贫血+地贫纯合子血红蛋白H病0地贫和+地贫双重杂合子溶血性贫血HbBart’s胎儿水肿综合征0地贫纯合子胎儿水肿临床类型类型症状正常人静止型+地贫杂合子无症状140胎儿水肿胎儿水肿141α地贫的分子基础

依α基因缺陷程度分为：Gene缺失型（缺失1～４个α基因）非Gene缺失型（点突变）：无义突变、移码突变、终止密码突变、剪接突变等结果1

生成无功能或稳定性降低的mRNA

无义突变移码突变终止密码突变起始密码突变

2

RNA加工突变3

产生不稳定Hbα地贫的分子基础依α基因缺陷程度分为：142β地中海贫血

β珠蛋白Gene突变或缺失→β珠蛋白链合成速率下降→溶血性贫血

β0地贫：β链完全不能合成

β+地贫：β链可部分合成β地中海贫血143β-地中海贫血临床分类临床类型基因型基因产物临床表现重型地贫+/+、0/00/0、+/0链几乎不能合成链合成相对增加HbF和HbA2增高地中海贫血面容溶血性贫血（需输血）轻型地贫+/A、0/A0/A能合成适量的链贫血不明显或轻度贫血中间型地贫+/+

链部分合成介于重型和轻型之间（不需输血）遗传性胎儿血红蛋白持续增多症缺失或突变链和链合成受抑制链合成明显增加成人HbF持续增加，无症状β-地中海贫血临床分类临床类型基因型基因产144患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷，两眼距离增宽，眼睑浮肿，形成地中海贫血的特殊面容。患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷145X线颅骨照片可见颅骨内外板变薄，板障增宽，在骨皮质间出现垂直短发样骨刺X线颅骨照片可见颅骨内外板变薄，板障增宽，在骨皮质间出现垂直146-地中海贫血的分子基础

地中海贫血已发现100多种突变类型，包括点突变和