3基因突变的分子细胞生物学效应

3基因突变(jīyīntūbiàn)的分子细胞生物学效应第一页，共53页。基因突变的分子(fēnzǐ)细胞生物学效应

EffectsofGeneMutationonCells第二页，共53页。基因突变→蛋白(dànbái)功能改变→细胞效应→性状改变第三页，共53页。人体疾病是细胞病变的综合反映，而细胞病变那么是细胞在致病因素的作用下，组成(zǔchénɡ)细胞的假设干分子相互作用的结果。生物因素、理化因素和遗传因素都可能通过各种途径影响到细胞内的成分，从而导致细胞病变。第四页，共53页。第一节基因突变引起(yǐnqǐ)蛋白功能异常突变影响(yǐngxiǎng)活性蛋白的生物合成突变改变了蛋白质的功能效应突变蛋白的细胞定位与病变位置的关系蛋白质的分子异常与临床表现的关系第五页，共53页。第六页，共53页。

一、基因突变导致异常蛋白的生成原发性损害(primaryabnormalities)突变改变了蛋白质的一级结构继发性损害(secondaryabnormalities)突变干扰(gānrǎo)多肽链的合成过程第七页，共53页。突变(tūbiàn)与疾病的关系突变涉及的步骤原发损害病例继发性损害病例核苷酸序列转录、RNA剪切地中海贫血、HPFH转录的调节急性间隙性卟啉症mRNA翻译地中海贫血翻译的调节急性间隙性卟啉症多肽多肽链折叠LDL受体突变2型同型胱氨酸尿症翻译后修饰Ehlers-Danlos综合征三维空间构象亚单位聚合、细胞定位胶原形成缺陷甲基丙二酸尿症亚单位聚合和亚细胞定位的调节Zellweger综合征、I细胞病生物学功能蛋白质降解Tay-Sachs病蛋白质降解的调节未知第八页，共53页。影响mRNA和蛋白质合成的突变影响mRNA和蛋白质合成的原发缺陷例如：β-珠蛋白生成障碍性贫血点突变导致转录(zhuǎnlù)受阻→β-珠蛋白生成减少第九页，共53页。影响mRNA和蛋白质合成的突变(tūbiàn)影响mRNA和蛋白质合成速率的继发缺陷例如：急性间隙性卟啉症血红素的合成(héchéng)与急性卟啉症的发生第十页，共53页。例如：急性间隙性卟啉症缺乏(quēfá)PBG脱氨酶使细胞内ALA、胆色素原不能转化为血红素，血红素含量下降；而血红素的下降那么调节着ALA合成酶表达的增加ALA和胆色素原更严重的积聚，导致疾病。第十一页，共53页。第十二页，共53页。急性间隙性卟啉症〔青春期以后出现神经系统(xìtǒng)病症〕急性(jíxìng)间隙性卟啉症患者患有急性(jíxìng)间隙性卟啉症的英王乔治第十三页，共53页。影响蛋白质结构的突变(tūbiàn)改变蛋白质结构的原发性突变(tūbiàn)例如(lìrú)：Huntington舞蹈病第十四页，共53页。例如(lìrú)：Huntington舞蹈病第十五页，共53页。影响(yǐngxiǎng)蛋白质结构的突变影响(yǐngxiǎng)蛋白质结构的继发性因素-翻译后修饰缺陷例如：Ehlers-Danlos综合征Ⅱ型赖氨酸羟化酶缺陷所致，胶原分子上的赖氨酸不能被羟化，使胶原分子间的连结发生障碍，而不能适应于组织细胞内胶原网络结构的形成，最终而导致结缔组织的结构改变和功能紊乱。第十六页，共53页。Ehlers-Danlos综合征第十七页，共53页。影响蛋白质的亚细胞定位(dìngwèi)的因素影响蛋白质细胞转运的原发缺陷例如：甲基丙二氨酸尿症甲基丙二酰辅酶A羧基变位酶基因突变，使其不能进入线粒体。线粒体内的甲基丙酰CoA因此不能转变为琥珀酰CoA，在线粒体内堆积而发病。第十八页，共53页。第十九页，共53页。影响蛋白质的亚细胞定位的因素影响蛋白质细胞内转运的继发因素例如：I-细胞病溶酶体内的酸性水解酶的转运受阻，甘露(gānlù)糖转变为M-6-P的酶缺陷，致酸性水解酶不能进入溶酶体而堆积于细胞质中并释放到体液中。第二十页，共53页。I-细胞病患者(huànzhě)具有多种临床效应，包括骨骼异常、严重的生长缓慢和智力低下等。第二十一页，共53页。影响(yǐngxiǎng)蛋白质与其它因子结合的突变影响(yǐngxiǎng)亚单位组装成多聚体相互集积的原发突变例如：成骨不全症蛋白亚单位亲和力减低，如Ⅰ型胶原组装异常致使骨发育不良。第二十二页，共53页。影响蛋白质与其他因子结合的突变由于不能形成多聚体蛋白而引起继发性功能(gōngnéng)缺陷例如：Zellweger综合征〔脑-肝-肾综合征〕孪生兄弟中一为Zellweger综合征患者(huànzhě)〔右〕，一正常。第二十三页，共53页。影响辅基或辅助因子与蛋白质结合、去除的突变影响辅助因子与蛋白质结合的原发突变

例如：同型胱氨酸尿症本病的分子缺陷是由于基因缺陷而致胱硫醚合成酶与辅助因子磷酸吡哆醛的结合障碍而失去(shīqù)活性。大剂量的吡哆醛(维生素B6)具有一定的治疗作用第二十四页，共53页。H4-甲基甲基H4-甲基-叶酸(yèsuān)H4-甲基-叶酸(yèsuān)H4-甲基-叶酸(yèsuān)第二十五页，共53页。第二十六页，共53页。结构基因的突变降低(jiàngdī)了突变蛋白的稳定性许多结构基因的突变者导致由其所编码的蛋白稳定性降低(jiàngdī)，而导致遗传病的发生。第二十七页，共53页。二、基因突变导致(dǎozhì)蛋白质功能异常功能(gōngnéng)丧失的突变功能(gōngnéng)加强的突变新特性的突变显性负效应异时或异位基因表达Vonwillebrand病，vWF与血小板结合的功能加强(jiāqiáng)，不易从血小板上别离，患者损伤时，带有vWF的血小板的凝血作用减弱。第二十八页，共53页。突变对蛋白(dànbái)功能的效应第二十九页，共53页。三、突变导致组织细胞蛋白表达类型的改变(gǎibiàn)组织特异性蛋白〔tissue-specificprotein〕突变一般情况下，组织特异性蛋白的突变所引起的病理生理改变(gǎibiàn)常局限于原发的特定的组织内部。

第三十页，共53页。持家蛋白的突变持家蛋白突变所引起的临床效应通常局限在一个(yīɡè)或几个持家蛋白起特殊作用的组织中。第三十一页，共53页。四、突变蛋白的分子细胞病理学效应与相应临床表型之间的关系同一基因的不同突变产生(chǎnshēng)不同的临床表型同一单基因〔基因座〕的不同突变产生(chǎnshēng)极其不同的临床表型意味着遗传异质性〔等位基因异质性〕与临床异质性之间存在着因果联系。第三十二页，共53页。产生这种现象的原因常常与一种无义介导的mRNA降解(jiànɡjiě)〔nonsense-mediatedmRNAdecay,NMD〕机制有关。NMD是广泛存在于真核生物细胞中的一种mRNA质量监控机制。该机制通过识别和降解(jiànɡjiě)含有提前终止密码子〔prematuretranslational-terminationcodon，PTC〕的转录产物进而防止有潜在毒性的截短蛋白的产生。第三十三页，共53页。第三十四页，共53页。同一基因的不同(bùtónɡ)突变可改变疾病的遗传方式同一基因在不同(bùtónɡ)位置发生基因突变有时会改变遗传病的遗传方式。第三十五页，共53页。突变所引起的结果有时尚无法预测目前在很多情况下，尚不能估计或推测(tuīcè)某一突变应该或不应该引起这样或那样的生化或临床表型。第三十六页，共53页。第二节基因突变(jīyīntūbiàn)引起性状改变的分子生

物学机制先天性代谢(dàixiè)病〔遗传性酶病〕分子病第三十七页，共53页。一、基因突变引起酶分子的异常结构基因突变引起的酶结构改变①酶完全失去活性；②酶具一定程度的活性，但稳定性降低，容易被迅速裂解(lièjiě)而失去活性；③酶与底物的亲和力降低。④复合酶的酶蛋白分子与辅助因子的亲和力下降。调节基因突变引起酶合成速度下降第三十八页，共53页。二、酶分子异常引起的代谢(dàixiè)缺陷酶的生成(shēnɡchénɡ)和体内酶促反响第三十九页，共53页。膜转运酶的缺陷例如：色氨酸加氧酶缺乏症患者肠粘膜细胞上缺乏色氨酸的转运酶〔色氨酸加氧酶〕，因而色氨酸不能被吸收。色氨酸是细胞内合成烟酰胺、5-羟色胺等的原材料，色氨酸的缺乏导致烟酰胺和5-羟色胺不能生成，从而使整个机体的代谢过程发生紊乱。临床(línchuánɡ)上主要表现为：反复发作的小脑运动失调、皮肤粗糙和色素沉着或表皮破溃等。第四十页，共53页。色氨酸代谢(dàixiè)示意图第四十一页，共53页。酶缺陷导致中间产物(chǎnwù)或底物的堆积

例如：半乳糖血症第四十二页，共53页。体内半乳糖代谢(dàixiè)途径第四十三页，共53页。次要代谢途径的开放，有可能引起(yǐnqǐ)某些副产物的推积例如：苯丙酮尿症酶缺陷使代谢终产物减少或缺乏例如：白化病第四十四页，共53页。苯丙氨酸与酪氨酸代谢(dàixiè)图中：1.苯丙酮尿症缺陷部位2.尿黑酸尿症缺陷部位3.白化病缺陷部位第四十五页，共53页。酶缺陷导致(dǎozhì)反响抑制减弱肾上腺皮质激素的合成(héchéng)图中：①17α-羟化酶；②17,20裂解酶；③11β-羟化酶第四十六页，共53页。21-羟化酶的缺陷，使孕酮(yùntónɡ)和17-羟孕酮(yùntónɡ)不能转化为醛固酮和可的松等盐皮质激素与糖皮质激素，却形成大量的雄烯二酮和睾酮。由于血中皮质激素的缺乏，可负反响性地促使垂体分泌过量的促肾上腺皮质激素(ACTH)，使肾上腺皮质增生。结果并不能增加皮质激素的合成，而继续使睾酮等性激素大量合成。第四十七页，共53页。例如：先天性肾上腺皮质增生症男婴患者刚出生时，外生殖器正常或稍大，但不久之后，即体重迅速增长，出现阴毛、腋毛〔但睾丸不发育(fāyù)〕等一系列假性早熟现象。女婴患者刚出生时就表现出外生殖器异常，阴蒂肥大，大阴唇发育(fāyù)，随着年龄的增长逐渐男性化，3岁以后就可出现阴毛等假性畸形现象。第四十八页，共53页。

三、非酶分子缺陷而导致的分子病基因突变除了引起酶蛋白的缺陷以外，还可以通过影响非酶蛋白分子的结构和数量，而导致性状的改变，甚至疾病的发生。非酶蛋白分子结构和数量的异常(yìcháng)所引起的疾病，统称为分子病〔moleculardisease〕。第四十九页，共53页。分子病基因突变还可以通过影响非酶蛋白分子〔运输蛋白、免疫蛋白、膜载体蛋白、受体蛋白〕的结构和数量(shùliàng)，从而改变机体细胞的生物学性状，并最终导致机体遗传性状的异常，为分子病〔molecularmedicine〕。

第五十页，共53页。TheEnd第五十一页，共53页。谢谢(xièxie)各位的聆听第五十二