医学遗传学中的分子病.ppt

1、人类疾病的分子遗传学,分子病 Molecular disease Gene突变导致蛋白质分子结构和量异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病，称为分子病。1949年两度获得诺贝尔奖的Pauling L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。,分子病的种类：依据蛋白质功能可将其分为 1、运输蛋白病 2、凝血及抗凝因子缺乏症 3、结构蛋白病 4、受体蛋白病 5、膜转运蛋白病 6、免疫球蛋白病,第一节 运输蛋白病 血红蛋白病,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

2、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、珠蛋白mRNA，便于克隆其cDNA 4）血红蛋白异常引起的疾病种类很多,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。 个Hb单体 一个球形四聚体,一,血红蛋白 链,血红蛋白的一、二级结构：氨基酸排列顺序及多肽链螺旋 类链：（、 ）141个氨基酸 类链:（、）146个氨基酸,血红蛋白链， 螺旋结构。,三级结构,四级

3、结构,珠蛋白肽链有 7 种：、G、A、 、 、 组成血红蛋白的珠蛋白构成： 一对链（或链，含141个氨基酸） 一对非链（, , 或链，含146个氨基酸）,人类正常血红蛋白的组成和发育变化,正常人体血红蛋白,发育阶段 血红蛋白 分子组成 胚胎 Gower 22 Gower 22 Portland 2G2 、 2A2 胎儿（8周至出生） F 2 G2 、2 A2 成人 A （95%） 22、 A2（3%） 22,Hb发育演变与遗传控制, 胚胎早期先合成和Hb Gower（ 2 2 ） 同时或稍后合成和Hb Gower （ 2 2 ） Hb Portland （ 2 2 ） 12周时和逐渐消失， 链

4、迅速增加， 开始合成，HbF为主（ 2 2 ）。 妊娠末期和出生不久， 链迅速降低， 链迅速增加，HbA为主（ 2 2 ）。,Hb发育演变,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- - - 1 - 2 -2 -1- - 3 6个基因，定位11p15 5- G- A-1 - - -3-3,珠蛋白基因特点,珠蛋白Gene 簇,珠蛋白Gene簇,珠蛋白基因簇,16p13.33-p13.11,1115.5,珠蛋白基因簇:,Gower,基因,Gower,Portland,F,转录 翻译,Hb发育遗传控制,、珠蛋白基因结构及表达,珠蛋白基因： IVS1由117bp组

5、成，位于31和32密码子之间， IVS2由149或140bp组成，位于99和100密码子之间。 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）,1 31 32 99 100 141,1 30 31 104 105 146,珠蛋白基因结构,珠蛋白基因结构,珠蛋白基因表达特点,发育阶段特异性 53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、类链维持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,血红蛋白病分类

6、,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、地贫,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,（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Hb S。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 HbAHb

7、S 镰形细胞性状 HbAHbA 正常人,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：血涂片亚硫酸钠“镰变试验”阳性 电泳：有一“”区带,镰红细胞贫血发病的分布,AD（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，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：Hb Bristol 形成原因：链第67位缬

8、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,(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,(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,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

9、子的缺失和插入 （4）融合基因,1）单个碱基置换,镰状细胞贫血病,病因：链第6位谷氨酸被缬氨酸取代,谷AA,带负电荷,位HbA表面,缬AA,不带电荷,位HbS表面,使红细胞扭曲成镰刀状,血液粘滞度增加,阻塞毛细血管,大面积组织损伤，心肌梗塞致死,Hb SHb S Hb AHb S,轻度贫血,2）终止密码突变,Hb 141AA 142位为终止密码子 Hb 146AA 147位为终止密码子,例 Hb Constant Spring,病因珠蛋白基因142位UAA突变CAA,链延长172AA,mRNA不稳定,链合成减少,+地中海贫血,3）无义突变,基因,点突变,mRNA可读密码,突变为终止密码,肽链合

10、成提前终止,例如 Hb McKees-Rock,病因:链145位UAU,突变终止密码UAA,肽链合成提前终止,C段缺少2个AA的异常血红蛋白,4）移码突变,5）整码突变（密码子的缺失或插入）,珠蛋白基因发生1或2个碱基缺失或插入， 138位UCC丢失C，致使其后面的碱基排列顺序依次位移，使142位终止密码变为可读密码，147位为终止密码，而使合成的肽链延长,密码子的缺失或插入，突变区增加或减少部分氨基酸外，其它部分氨基酸顺序正常。,6）融合基因,Hb Lepore,、基因,减数分裂,错配和不等交换,融合基因,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，

11、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链和链合成数量不平衡，引起的溶血性贫血称为地中海贫血。,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：b 都表现为低色素性贫血,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,地中海贫血,每条16号染色体上有两个Gene缺失程度不同，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基因（）为+地贫，链合成减少。 若一条染色体上两个基因均缺失（ ）为0地贫，链不能合成。,胎 儿 水 肿,地贫的分子基础

12、,依基因缺陷程度分为： Gene缺失型（缺失1个基因） 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Hb,地中海贫血,珠蛋白Gene 突变或缺失珠蛋白链合成速 率下 降溶血性贫血 0 地贫：链完全不能合成 + 地贫：链可部分合成,-地中海贫血临床分类,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。,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短发样骨刺,-地中

13、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 变涉及基因内及侧翼序列。,（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,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,第二节 血友病（hemophilia),抗血友病球蛋白（antihemophilic globulin,AHG)遗传性缺乏所致,出血不止,F C具有因子 凝血活性,F Ag：因子 凝血活性

14、的载体蛋白,VWF:促进血小板粘附血管壁的一种因子，在血浆中稳定AHG的作用,F 位于Xq28由26个外显子（9kb）25个内含子（177kb）编码2351个氨基酸。,1/3有基因突变所致，点突变（80）插入（6）缺失（ 7 种小缺失60种大缺失）,一、甲型血友病,概念：,临床表现：,成份：,机理：,分子基础：,临床表型,重型：出生后即发病，“自发性”肌肉、关节出血 中间型：发病年龄较早，出血倾向较明显 轻型：发病年龄较晚，无自主性出血，关节、肌肉出血较少,携带血友病A致病基因的Victoria女王,血友病A患者皮下出血,二、乙型血友病,凝血因子 即血浆凝血活成分（PTC ）遗传性缺乏,出血部

15、位：肌肉、关节、深部组织,F位于Xq27，长度34kb，8个外显子 F前体461个AA，N端46个AA为信号肽，成熟F415个AA组成,574种基因突变 点突变（524）缺失（38）插入（9）缺失和插入（3）,概念：,临床表现：,分子基础：,机理：,第三节 结构蛋白缺陷病,一、胶原,化学组成：不溶性纤维性蛋白质,含量丰富，在各种组织器官中,与弹性蛋白、糖蛋白、蛋白聚糖构成细胞外基质是组织器官的支架,结构：三条链缠绕而成，直径1.5nm，长300nm,功能: 1）在组织中起弹性、韧性、网架结构作用 2）与细胞表面受体结合，连成组织器官,病因:,1）转录、翻译过程缺陷 2）翻译后各种修饰酶缺陷,胶

16、原旦白病(inherited disorders of collagen ) 肌营养不良症(muscular dystrophy)等,类型,1.成骨不全 (Osteogenesis Imperfecta),遗传学 常染色体显性遗传 型胶原异常所致 具有遗传异质性,一、胶原旦白病,成骨不全的遗传与临床特征,2.Ehlers-Danlos综合症,临床表现：皮肤及关节过度伸展，组织易于损伤，创伤不易愈合 病因：胶原氨基端延长或没有切去前肽，使胶原结构改变 遗传方式：AD、AR、XR,Ehlers-Danlos综合症,Ehlers-Danlos综合症,Ehlers-Danlos综合症,3.Marfan

17、综合征,马凡综合征（ Marfan syndrome ） 是最常见的常染色体显性遗传性疾病之一，由一位法国儿科医师于 1896 年首次描述。以骨骼、眼及心血管三大系统的缺陷为主要特征。因累及骨骼使手指细长，呈蜘蛛指 ( 趾 ) 样，故又称为蜘蛛指 ( 趾 ) 综合征 (arachnodactyly) 。其发病率约为1/10,000 。约 2 3 有父母患病，另 1 3 为散发病例，常与父亲年龄相对较大有关。,该综合征的重型患者可有骨骼，眼，心血管系统的严重损害，轻型患者则只有各器官的不同程度的损害，或只有骨骼和眼部的异常，或只有骨骼和心血管系统的异常。一个家系中的不同患者也可能有不同器官及不同

18、程度的损害，因而此综合征为典型的不规则显性遗传方式。,Marfan综合征的基因定位于15q21.1 ,由编码原纤蛋白-1（fibrillin-1）基因的突变所致。其病变机制是因为I型胶原C端延长，胶原蛋白与弹性纤维的横向联结受损，导致出现临床症状。该综合征的突变在不同的病例中存在有明显的差异，概括起来有外显子的缺失，单个碱基的置换与颠倒以及终止密码突变等。,二、肌营养不良 （Muscular Dystrophy),Duchenne 型肌营养不良症 （DMD，XR） Becker型肌营养不良症 （BMD）,遗传学 DMD基因定位于Xp21.2，全长约2300kb，含70个外显子，编码400kd的

19、多肽链-dystrophin；5端或中央区缺失突变 dystrophin无法合成（DMD）或合成量降低（BMD）。,临床表现,DMD儿童夏令营,第四节 受体蛋白病,受体蛋白遗传性缺陷引起的疾病,为遗传性高脂蛋白血症型,在细胞膜上缺乏低密度脂蛋白（LDL）受体,胆固醇的来源：,2）细胞内合成,1) LDL受体摄入,胆固醇,LDL受体的合成,反馈抑制,Aa出现角膜弓，冠心病， LDL受体为正常人40%， AA儿童期发生冠心病，引发心脏病而死亡,AD，LDL受体基因 19p13.1-p13.2，长45kb，18个外显子核苷酸取代、缺失、插入,概念：,家族性高胆固醇血症（FH)：,病因：,临床表现：,遗传方式：,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,家族性高胆固醇血症脂肪沉淀于关节、眼睑等处,第五节 膜转运蛋白病,囊性纤维样变 (cyst