基因与疾病课件

基因与疾病基因与疾病疾病是一种正常功能、能力受到损害并导致不良后果.基因结构及表达的改变是疾病发生发展的重要的机制之一.蛋白质功能紊乱是疾病发生的基本病理机制.第一部分基因突变与疾病基因结构改变导致蛋白质结构变化或表达量改变,导致蛋白质功能紊乱.受细胞调节因素或其他因素的影响.致病基因在机体内表达,产生毒性蛋白质.基因结构改变导致蛋白质结

构或量变化引起疾病(一)基因突变类型1.点突变:包括转换和颠换(transitionandtransversion).嘌呤取代嘌呤或嘧啶取代嘧啶为转换；嘌呤取代嘧啶或嘧啶取代嘌呤为颠换2.缺失deletion：一个碱基或一段核苷酸链从DNA上消失3.插入insertion：插入一个碱基或一段核苷酸链4.倒位：DNA链内重组，使其中一段方向反接5.配子突变与体细胞突变:生殖细胞的突变,可以传递给子代,是否在子代中产生相应的表型,取决于突变的遗传学特征.体细胞突变基因不会传递给子代,认为它是肿瘤发生的重要分子生物学机制.肿瘤是一种体细胞遗传病.6.动态突变(dynamicmutation):指串联重复拷贝数随世代的传递而改变.（二）突变的遗传效应1.突变引起遗传密码的改变：DNA链上碱基的改变，在信息的传递过程中会产生相应的改变，有的对多肽链中氨基酸的排列顺序产生影响，有的则不产生影响。根据遗传效应的不同将其分为以下几种：错义突变：碱基突变导致氨基酸发生改变同义突变：碱基突变不导致氨基酸发生改变无义突变：突变为终止码移码突变：由插入或缺失引起三联码的错位阅读（二）突变的遗传效应（续）2.对mRNA剪接的影响：转录初始产物-hnRNA(mRNA前体)必须经转录后加工才能成为mRNA.如果突变发生在剪接位点上，可使剪接位消失或产生新的剪接位点，影响剪接,最终产生异常的蛋白表达产物.(三)基因结构变异导致蛋白质结构或量变化引起的疾病(1).蛋白质结构变化引起的疾病将由于DNA分子结构改变，导致基因表达产物分子结构和功能异常而出现的疾病，统为分子病，一般情况下是指遗传性分子病，而且全部属于单基因病。狭义的分子病是指某种蛋白质或酶分子一级结构的氨基酸顺序发生变异导致生物学功能异常的疾病。血红蛋白病为常见的遗传病，全世界约有1.5亿患者。血红蛋白血症组成血红蛋白的珠蛋白肽链中，α链或β链结构异常均可致病，目前已知的一级结构变异的Hb已达数百种，绝大多数是单一氨基酸取代所形成。由于珠蛋白氨基酸组成或排列顺序变化,使正常珠蛋白中的a螺旋结构被破坏,导致血红蛋白分子不稳定,形成不稳定血红蛋白病.|Thehaemoglobinmolecule.Thehaemoglobinmoleculecomprisestwoα(yellow)andtwoβ(grey)subunits,orpolypeptides.Eachchainincorporatesahaemgroup(red).Keyaminoacids,histidines(turquoise)withinthehaempocket,thatcoordinatewiththehaemgroupareshown.Duringoxygenation,theironatommovesoutoftheplaneofthehaemgroupandthedimersslidepasteachother.Theconfigurationofthemoleculechangessothatthetwoβchainsarefurtherapartandtheαchainsclosertogether,allowing2,3-diphosphoglyceratetobindinthecentralcavity.Abouttwo-thirdsoftheresiduesofeachchainarearrangedinsevenandeighthelicesoftheαandβchains.血红蛋白分子的空间结构

不稳定血红蛋白病珠蛋白基因突变，导致相应氨基酸改变或缺失，由于所涉及的氨基酸不同，分子的稳定性也不同。已发现的不稳定血红蛋白病有170多种。可归为：a.与血红素接触的氨基酸发生了置换：疏水→亲水，导致水进入血红素口袋b.在α螺旋段上的氨基酸发生置换：导置整个分子构象改变而不稳定c.α1β1接触面上的氨基酸缺失：亚基解聚(2)家族性高胆固醇血症LDL受体基因突变引起的受体功能障碍,可以导致血浆胆固醇水平明显增高,在人类最明显的例子是家族性高胆固醇血症(FH)。FH是一种胆固醇代谢紊乱的常染色体显性遗传性疾病遗传病,以杂合子患者多见,人群中500个人中约有1个患者,为来自父母一方有缺陷的LDL受体等位基因的遗传所致。主要是由于血浆低密度脂蛋白(lowdensitylipoproteinLDL)受体的基因突变.患者不能有效地从血浆中摄取和清除LDL,血浆中胆固醇水平异常升高.

原因:受体-配体结合结构域中氨基酸残基发生替代，缺失都会使LDL受体功能紊乱甚至完全丧失，引起高胆固醇血症。LDL受体上配体结合结构域由N-端292个氨基酸组成,富含半胱氨酸,7个重复序列的羧基末端均含“天冬-半胱-X-天冬-甘-丝-天冬-谷”序列,形成负电荷族就是LDL受体的结合位点.几种LDL受体基因的突变类型1型突变:不表达等位基因,其细胞所以不表达LDL受体.2型突变:转运缺陷型等位基因。这时受体虽然能合成,但不能到达细胞表面,只是堆积在内质网中最终被降解。3型突变:结合缺陷型等位基因。本型也较常见,特点为突变基因编码的异常受体蛋白可以到达细胞表面,但丧失了结合LDL的功能。基因缺陷主要为配体结合域的点突变或小片段缺失4型突变:内移缺陷型等位基因。本型罕见,特点为受体能与LDL结合结合,但不能将其转运至细胞表面,不像正常的受体那样聚集于被覆陷窝。该型缺陷发生于胞浆域,由于编码NPVY序列的密码子发生突变而致。5型突变:再循环缺陷型等位基因。本型受体能够结合LDL,也能内移进入细胞,但在溶酶体内不能与LDL分离,受体与配体被同时降解.（2）.基因结构变异导致蛋白质合成量变化引起的疾病

β珠蛋白基因家族位于11号染色体短臂，长1.8kb，编码146个氨基酸。β珠蛋白基因缺陷类型主要是点突变或移码突变，约有100多种.

血红蛋白（α2β2）是四聚体，任何一种珠蛋白的合成受到抑制或缺失，都会引起地中海贫血，简称地贫(thalassemia)。

α-地贫：α珠蛋白合成受到抑制或缺失。双倍体的基因型有：①α+杂合子：（-α/αα）静止型无症状②α0杂合子，α+纯合子：（--/αα），（-α/-α）贫血症状轻③α0纯合子：难存活④α0与α+双重杂合子：α珠蛋白合成严重不足，β珠蛋白相对过剩而自身聚合成异常血红蛋白（β4）

β-地贫:是因β珠蛋白链的合成明显减少或完全不能合成所致的溶血性贫血β-地贫分为：β0和β+前者完全不能合成β链，后者尚能合成部分β链.

（3）.基因调控序列变异导致表达水平变化引起疾病

基因调控序列的突变不会改变蛋白质的一级结构，但会改变基因的表达，引起蛋白质生物合成量改变，当量变到一定程度，会导致蛋白质功能紊乱，引起相应的疾病。

调控序列突变与疾病

β-珠蛋白转录调控序列的基因突变与疾病:

①

TATA盒(-30bp)基因突变:-32(C-A),-30(T-C),-29(A-G),-28(A-G)

结果:β-珠蛋白基因转录效率低,引起β+地贫.

②CACACCC序列(-90~-105)基因突变:

-101,-92,-88,-87,-86点突变结果:顺式作用元件突变,β-珠蛋白量减少,引起β+地贫.二.细胞间信号异常导致基因表达异常引起疾病任何一个细胞的各种生命活动,包括基因的表达都不能孤立进行,必须与相邻细胞、组织相互协调,才能完成各种生理功能.各种细胞间通过激素、神经递质、旁分泌信号等保持细胞间的联系,并通过这些细胞间的信号调节彼此的代谢.错误的细胞间的信号,会破坏基因表达的时间特异性和空间特异性,导致疾病的发生.3.病毒性肺炎如冠状病毒、腺病毒、流感病毒、巨细胞病毒、单纯疱疹病毒等。4.真菌性肺炎如白念珠菌、曲霉、放射菌等。5.其它病原体所致的肺炎如立克次体、弓形虫、原虫、寄生虫如肺包虫、肺吸虫、肺血吸虫）等。机体免疫力低下者（如艾滋病患者）容易伴发肺部卡氏肺包子虫、军团菌、鸟形分支杆菌、结核菌、弓形体等感染。6.理化因素所致的肺炎如放射性肺炎、胃酸吸入、药物等引起的化学性肺炎等。7.支原体肺炎由肺炎支气体引起。编辑本段发病原因

肺炎患肺炎的原因可能是：接触到一些厉害的病菌或病毒身体抵抗力弱，如长期吸烟。上呼吸道感染时，没有正确处理。例如是没有正确地看医生、没有正确地看服药，又或者是滥用止咳药止咳以至痰和菌愈积愈多（Sputumretention)。如果一年内有多过一次真正的肺炎（一些医生误看X光片或滥用了肺炎的诊断)，原因可能是：身体抵抗力弱（先天性或后天性)气管有异物。尤其是幼童。心肺有其它病变：如癌病、气管扩张、肺尘埃沉着病、没有正确地看医生、没有正确地看服药，又或者是滥用止咳药止咳以至痰和菌愈积愈多（Sputumretention)工作环境有问题。注意改善空气流通、冷气系统。

打造最权威的专业课件医学精品课件本文档免费浏览阅读，下载后可以编辑修改。信号异常与疾病1.甲胎蛋白(AFP)是一种胚胎时间表达特异性的蛋白质.具有免疫抑制作用,可保护胎儿免受母体的免疫攻击.肝癌细胞由于一些癌基因(c-myc、c-fos、c-jun)表达量增加,它们的产物与AFP基因顺式作用元件结合,激活AFP基因表达.

2.矽肺是由于长期吸入大量含游离二氧化硅粉尘引起的,以肺纤维化为主要病变的疾病.

病因:二氧化硅→刺激肺泡巨噬细胞(AM)→分泌转化生长因子-β1(TGF-β1)→促进细胞分裂和各种细胞外基质(ECM)蛋白基因表达增强(如合成Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型胶原蛋白等)→导致矽肺发生.(细胞获得异常的细胞间信号)三.细胞内因素导致基因表达异常引起疾病(1).异常的细胞内信号导致基因表达异常引起疾病糖尿病患者高血糖糖尿病患者心肌细胞血管平滑肌细胞内皮细胞二脂酰甘油(DAG)水平增高刺激激活PKC血管紧张素转移酶(ACE)血清组织血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)心肌重塑心肌肥大上调糖尿病,使心肌细胞内产生异常的信号,使得蛋白质合成增加,使基因表达的时空性紊乱,最终导致糖尿病心肌病的发生.刺激蛋白质合成(2)异常的DNA甲基化导致基因表达异常引起疾病

DNA甲基化是人类基因组常见的基因表达调控方式,在基因组特定序列的低甲基化或高甲基化会使基因的表达发生变化,或激活或“沉默”,导致蛋白质表达增强或减弱.不同的DNA甲基化模式形成不同的表观遗传(epigenetic)特征.

DNA甲基化导致基因表达变化是肿瘤形成的重要原因,与正常细胞相比较,在肿瘤细胞中DNA甲基化的模式显著不同,导致基因表达谱改变,如原癌基因过度的表达与抑癌基因的“沉默”,使细胞增殖平衡破坏而引发恶性肿瘤的发生.DNA高甲基化与低甲基化作用CG岛与疾病典型的DNA甲基化常发生在5’-CG-3’即“CpG”island-在人类基因组中存在成族的“CGIs”.CGIs常位于一些基因启动子区,如在肿瘤细胞中,由于一些抑癌基因启动子区CGIs的甲基化,导致这些基因不表达.改变基因组甲基化水平,尤其是低甲基化,可导致基因组不稳定,促进肿瘤的形成.CpG岛的甲基化与基因表达甲基化异常与基因沉默四.不同的病原生物基因通过不同的方式引起疾病外源性基因通过病原生物进入体内,引起机械或生物学损伤.病原生物基因在人体内大量表达,造成人体营养缺乏,引起疾病.产生生物毒素作用于人体细胞,使细胞一些生理功能或代谢异常,引起疾病.病原基因整合到人体基因组,改变一些基因的结构,或改变机体原基因表达产物的结构和功能,导致疾病发生.第二部分不同的机制引起疾病需采取不同的策略进行研究疾病的发生是基因和环境因素之间相互作用的结果,但不同的疾病其发生的分子机制各不相同,对不同的疾病应采取不同的策略进行研究一.通过结构分析确定基因变异在疾病发生中的作用

(1)通过核糖核酸酶切分析找到基因突变的位置核糖核酸酶切(RNasecleavage)分析基本原理:异源双链核酸分子RNA:RNA或RNA:DNA中的错配碱基可被RNase识别并切割,通过凝胶电泳分析酶切片段的大小,即可确定错配的位置.必须在体外合成与野生型DNA或RNA互补的标记RNA探针.效率低.(2)通过杂合双链分析检测基因突变

杂合双链分析(heteroduplexanalysis,HA)原理:当有缺失突变的待测DNA与野生型DNA探针杂交后,异源杂合双链DNA在错配处产生单链的环形突起,在凝胶电泳时会产生不同的迁移率,根据迁移率是否改变,就可以判断待测DNA样品有无缺失突变.

缺点:只适用与200~300bp的片段,不能确定突变的具体位置.(3)采用化学切割错配检测基因突变化学切割错配(chemicalcleavageofmismatch,CCM)原理:在DNA:DNA或DNA:RNA异源杂合双链核酸分子中,如发生C错配,错配处能被羟胺和哌啶切割;如发生T错配,错配处能被四氧化锇切割.如果待测样品有突变,杂交的核酸分子就会被切割.最后根据处理后核酸在凝胶电泳上片段的数量和大小就能判断有无突变.突变的位置和类型.

优点和缺点:检出率高达100%,片段长达2kb.步骤多、费时、要使用有毒化学物质.(4)采用酶促切割错配检测基因突变酶促切割错配(enzymemismatchcleavage,EMC)原理与RNase酶切分析相类似.采用的酶是T4核酸内切酶Ⅶ优点:能对DNA:DNA异源杂合分子进行分析,省去体外转录的步骤,可检测片段长达1.5kb.缺点:会产生非特异性切割,对有些错配碱基识别也不是100%.二.通过基因表达水平分析确定基因在疾病发生中作用基因表达分析的主要方法:1.Northern杂交法2.差异显示法3.消减杂交技术4.定量RT-PCR5.基因表达芯片6.基因表达系列分析技术提取A细胞mRNA提取B细胞mRNA反转录为cDNA反转录为cDNA以锚定引物和随机引物对两种cDNA进行PCR扩增聚丙稀酰胺凝胶电泳AB差异序列→胶回收差异序列作为Northern杂交探针作为筛选cDNA文库探针构建亚克隆测序分析差异显示技术草图差异显示技术的特点优点:①简单易行②灵敏度高③重复性较好④多能性:一次实验可以比较很多不同的种类,不同状态的组织细胞.⑤快速缺点:①70%假阳性②逆转录获得的cDNA大多数是3’端非翻译区的片段,要获得mRNA的翻译区需要进行费时的cDNA文库筛选.TestercDNA+adaptor1DrivercDNATestercDNA+adaptor2第一次杂交abcd第二次杂交a,b,c,d+eabcde加引物PCRadaptor1adaptor2只有e可以扩增抑制性消减杂交技术流程

消减杂交技术的特点:

简便易行,周期短,假阳性低,特异性高,重复性好.对确定基因在疾病发生中的作用具有重要的价值.抽体PloyA+mRNAcDNA合成锚定酶(AE)消化与带有抗生素蛋白的磁珠结合与含标签酶(TE)linkerB与含标签酶linkerATE消化TE消化TEAETag1AETdg2连接+PCR扩增TEAETag2TEAETag1TEAE消化,双标签分离,连接和克隆AEAEAETag1+Tag2Tag3+Tag4双标签双标签基因表达系列分析流程基因表达系列分析的特点

一种标签的丰度即反映该标签所代表的转录本的转录水平,可获得疾病情况下,该组织基因表达的全貌;经过与正常组织的对照分析,就能确定基因在疾病发生中的作用,还能发现未知的疾病基因或疾病相关的基因.尤其在正常.癌旁,癌组织中基因的差异表达研究方面具有独特优点,有助于发现肿瘤特异基因.三通过功能学研究基因在疾病中的作用（一）用转基因技术确定基因在疾病中的作用该技术揭示人类许多疾病如：遗传病、肿瘤、心血管、感染性疾病、免疫系统疾病等发生的分子机制，是确定基因在疾病发生中作用的重要手段之一。该技术可以在细胞水平和动物整体水平上进行。（二）用基因敲除技术确定基因在疾病中的作用是一种较理想的改造生物遗传物质的实验方法，是研究基因功能、确定基因在疾病发生中作用最直接和最有效的方法之一。另外通过研究杂合子和纯合子基因敲除小鼠的表型的改变，就能了解敲除的基因的功能和在疾病发生中的作用。

通过功能学研究基因在疾病中的作用（续）（三）用反义技术确定基因在疾病中的作用1.用反义寡核苷酸技术确定基因在疾病中的作用

方法：将反义寡核苷酸导入细胞，与细胞内DNA或RNA特异地结合，抑制甚至阻断目的基因的表达，达到人工调控基因表达的目的。2.用反义RNA技术确定基因在疾病中的