醫(yī)學遺學人類疾病的生化和遺傳學ppt課件

1、第五章第五章 人類疾病的分子遺傳學人類疾病的分子遺傳學 - - 血紅蛋白病血紅蛋白病本章內容提示本章內容提示分子?。ǚ肿硬。╩olecular disease)molecular disease)血紅蛋白?。ㄑt蛋白?。╤emoglobinopathyhemoglobinopathy）血紅蛋白類型（血紅蛋白類型（hbf, hbahbf, hba2 2 ,hba) ,hba)及發(fā)育變化及發(fā)育變化遺傳控制：類遺傳控制：類 鏈鏈 （排列、定位）（排列、定位） 類類 鏈鏈 （排列、定位）（排列、定位）異常血紅蛋白病及分子基礎異常血紅蛋白病及分子基礎地中海貧血：地中海貧血： 地貧（基因型，臨床癥狀，分子

2、基礎）地貧（基因型，臨床癥狀，分子基礎） 地貧（基因型，臨床癥狀，分子基礎）地貧（基因型，臨床癥狀，分子基礎） 分子病分子病 （molecular diseasemolecular disease） 基因突變導致蛋白質分子質和量異常，從而引基因突變導致蛋白質分子質和量異常，從而引起機體功能障礙的一類疾病，稱為分子病。起機體功能障礙的一類疾病，稱為分子病。19491949年年pauling lpauling l對鐮狀細胞貧血病患者的血紅蛋白對鐮狀細胞貧血病患者的血紅蛋白hbshbs電電泳分析，推論其泳動異常是分子結構改變所致，從而提泳分析，推論其泳動異常是分子結構改變所致，從而提出分子病的概念。

3、出分子病的概念。 血紅蛋白病第一節(jié)第一節(jié) 血紅蛋白概述血紅蛋白概述第二節(jié)第二節(jié) 血紅蛋白基因血紅蛋白基因第三節(jié)第三節(jié) 血紅蛋白病的類型和分子基礎血紅蛋白病的類型和分子基礎 血紅蛋白?。ㄑt蛋白病（hemoglobinopathyhemoglobinopathy）： 由于由于珠蛋白珠蛋白分子結構異?；蚝铣闪慨惓７肿咏Y構異常或合成量異常所引起的疾病。所引起的疾病。是常見的遺傳病之一，從分子結構到發(fā)病機理研究的是常見的遺傳病之一，從分子結構到發(fā)病機理研究的均較清楚，是研究人類均較清楚，是研究人類分子病分子病的最好模型。的最好模型。原因：原因： 1 1）紅細胞取材方便，來源豐富）紅細胞取材方便，來源豐

4、富 2 2）血紅蛋白濃度高，不需純化）血紅蛋白濃度高，不需純化 3 3）網織紅細胞含有）網織紅細胞含有、珠蛋白珠蛋白mrnamrna，便于克隆其，便于克隆其cdnacdna 4 4）血紅蛋白異常引起的疾病種類很多）血紅蛋白異常引起的疾病種類很多 第一節(jié)第一節(jié) 血紅蛋白概述血紅蛋白概述 -hbhb的組成、結構及類型的組成、結構及類型正常正常hbhb的組成的組成 是一種是一種結合蛋白：結合蛋白： 血紅素血紅素 珠蛋白珠蛋白 （heme) (globinheme) (globin) )每個每個hbhb單體是由單體是由 一條珠蛋白肽鏈一條珠蛋白肽鏈 和一個血紅和一個血紅素組成的。素組成的。 個個hbh

5、b單體單體 一個球形四聚體一個球形四聚體 一一血紅蛋白鏈一級結構：氨基酸排列順序 類鏈：（、 ） 141個氨基酸 類鏈:（、） 146個氨基酸二級結構：肽鏈盤曲成的空間螺旋 螺旋、 折疊片層血紅蛋白鏈， 螺旋結構。二二血紅蛋白的結構血紅蛋白的結構三級結構：三級結構：整條多肽鏈的三整條多肽鏈的三維結構維結構四級結構：四級結構：四聚體四聚體二二血紅蛋白的結構血紅蛋白的結構血紅蛋白的類型血紅蛋白的類型成人成人hb hb ：hbhb a a 2 2 2 2 979798% 98% hbhb a a2 2 2 2 2 2 2 23 3 % % 胎兒胎兒hbhb： hb f hb f 2 2 2 2 （2

6、 2g g2 2 2 2a a2 2）胚胎胚胎hbhb： hb gower hb gower 2 2 2 2 （ 2 2g g2 2 2 2a a2 2 ） ( (妊娠妊娠1212周內周內) ) hb gower hb gower 2 2 2 2 hb portland hb portland 2 2 2 2 三三第二節(jié)第二節(jié)血紅蛋白基因血紅蛋白基因排列緊密，有共同起源，含有假基因排列緊密，有共同起源，含有假基因7 7個基因，定位于個基因，定位于16p1316p13 5 5-2-2 1 -1 - 2 2- - 1 1 -2 2 -1 1-1 - 3-1 - 37 7個基因，定位個基因，定位11

7、p1511p15 5-5-2 2 - - g g- - a a-1 1 - - -3- - -3-3 珠蛋白基因特點珠蛋白基因特點珠蛋白珠蛋白gene gene 簇簇珠蛋白珠蛋白genegene簇簇 珠蛋白基因簇珠蛋白基因簇16p13.33-p13.1111 15.5二、二、hbhb發(fā)育演變與遺傳控制發(fā)育演變與遺傳控制 胚胎早期先合成胚胎早期先合成 和和 hb gowerhb gower（ 2 2 2 2 ） 同時或稍后合成同時或稍后合成 和和 hb hb gower gower （ 2 2 2 2 ） hb portland hb portland （ 2 2 2 2 ） 1212周時周時

8、和和 逐漸消失，逐漸消失， 鏈迅速增加，鏈迅速增加， 開始合成，開始合成，hbfhbf為主（為主（ 2 2 2 2 ）。）。 妊娠末期和出生不久，妊娠末期和出生不久， 鏈迅速降低，鏈迅速降低， 鏈迅速增加，鏈迅速增加，hbahba為主（為主（ 2 2 2 2 ）。）。三、三、珠蛋白基因結構及表達珠蛋白基因結構及表達 珠蛋白基因：珠蛋白基因： ivs1ivs1由由117bp117bp組成，位于組成，位于3131和和3232密碼子之間，密碼子之間， ivs2 ivs2由由149(149( 1)1)或或142bp 142bp ( 2)組成，位于組成，位于9999和和100100密碼子之間。密碼子之間

9、。珠蛋白基因：珠蛋白基因： ivs1ivs1含含130bp130bp，位于，位于3030和和3131密碼之間，密碼之間， ivs2 ivs2大約含大約含850bp850bp，位于，位于104104和和105105密碼子之間。密碼子之間。 基因結構基因結構: : 非常相似，均為非常相似，均為3 3個外顯子，個外顯子，2 2個內含子個內含子( (ivs1、ivs2）1 31 32 99 100 1411 30 31 104 105 146珠蛋白基因結構珠蛋白基因結構珠蛋白基因結構珠蛋白基因結構珠蛋白基因表達珠蛋白基因表達 e1 e2 e35 -3 transcription processing

10、5-cap- -polyaaaaa mrna translation 珠蛋白基因表達特點珠蛋白基因表達特點發(fā)育階段特異性發(fā)育階段特異性 5533順次表達、關閉順次表達、關閉合成場所特異性合成場所特異性 卵黃囊、胎肝、骨髓卵黃囊、胎肝、骨髓表達數(shù)量協(xié)調性表達數(shù)量協(xié)調性 類類 、類、類 鏈維持鏈維持1 1：1 1的比例的比例 總之，珠蛋白基因的表達具有時空特異性、總之，珠蛋白基因的表達具有時空特異性、精確的協(xié)調性精確的協(xié)調性第三節(jié)第三節(jié) hbhb病的類型和分子基礎病的類型和分子基礎 人類珠蛋白基因的組織特異性強，僅在人類珠蛋白基因的組織特異性強，僅在rbcrbc及前體中及前體中才有大量表達。才有大

11、量表達。 由珠蛋白基因突變引起珠蛋白由珠蛋白基因突變引起珠蛋白 質量畸變質量畸變（異常（異常hbhb?。┎。┖秃?數(shù)量畸變數(shù)量畸變（地中海貧血）（地中海貧血） 所致的疾病統(tǒng)稱所致的疾病統(tǒng)稱血紅蛋白病血紅蛋白病血紅蛋白病分類異常異常hbhb?。翰。?基因突變導致珠蛋白結構改變基因突變導致珠蛋白結構改變 例如：鐮狀細胞貧血例如：鐮狀細胞貧血地中海貧血：地中海貧血： 基因突變導致珠蛋白肽鏈合成缺乏基因突變導致珠蛋白肽鏈合成缺乏 或合成量異?；蚝铣闪慨惓?如如、地貧地貧異異 常常 血血 紅紅 蛋蛋 白白 病病由于由于珠蛋白基因突變珠蛋白基因突變導致珠蛋白肽鏈結構異常，如導致珠蛋白肽鏈結構異常，如有臨床

12、表現(xiàn)者稱為異常血紅蛋白病。有臨床表現(xiàn)者稱為異常血紅蛋白病。主要類型主要類型：（1）鐮狀細胞?。╃牋罴毎。?）不穩(wěn)定血紅蛋白?。┎环€(wěn)定血紅蛋白?。?）血紅蛋白）血紅蛋白m病病（4）氧親和力改變的血紅蛋白?。┭跤H和力改變的血紅蛋白病一、鐮一、鐮 狀狀 細細 胞胞 病病 遺傳方式遺傳方式：arar 形成原因形成原因： 鏈第鏈第6 6位谷氨酸被纈氨酸取代，形成位谷氨酸被纈氨酸取代，形成hbshbs。在缺氧情況下，在缺氧情況下，hbshbs聚合形成長棒狀聚合物，使細聚合形成長棒狀聚合物，使細胞鐮變胞鐮變, ,變形能力低變形能力低引起血粘度增高，導致引起血粘度增高，導致溶血、溶血、貧血、貧血、血管梗阻性

13、繼發(fā)癥狀。血管梗阻性繼發(fā)癥狀。 hb hbs shbhbs s 鐮狀細胞病鐮狀細胞病 hb hba ahbhbs s 鐮形細胞性狀鐮形細胞性狀 hb hba ahbhba a 正常人正常人鐮狀鐮狀 細細 胞胞 病病v臨床癥狀臨床癥狀：v血管阻塞的繼發(fā)癥狀：一過性劇痛（腹痛、關節(jié)血管阻塞的繼發(fā)癥狀：一過性劇痛（腹痛、關節(jié)痛）痛）, ,腦血管意外腦血管意外v急性大面積組織損傷：心梗，肺、腎臟損傷；急性大面積組織損傷：心梗，肺、腎臟損傷；v慢性溶血性貧血慢性溶血性貧血 患者多在成年以前死亡患者多在成年以前死亡 診斷：診斷：血涂片亞硫酸鈉血涂片亞硫酸鈉“鐮變試驗鐮變試驗”陽陽性性 電泳：有一電泳：有一

14、“”區(qū)帶區(qū)帶s s a a adad（不完全顯性）（不完全顯性）現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)9090余種。余種。分子機制分子機制：肽鏈上與血紅素緊密結合的氨基酸發(fā)生：肽鏈上與血紅素緊密結合的氨基酸發(fā)生替代或缺失，損傷了肽鏈的立體結構，使其與血紅替代或缺失，損傷了肽鏈的立體結構，使其與血紅素的結合能力減弱，形成不穩(wěn)定的異常血紅蛋白素的結合能力減弱，形成不穩(wěn)定的異常血紅蛋白, ,易氧化在紅細胞內聚集沉淀，形成易氧化在紅細胞內聚集沉淀，形成heinzheinz小體，紅小體，紅細胞變形能力降低，通過微循環(huán)時容易被脾竇滯留細胞變形能力降低，通過微循環(huán)時容易被脾竇滯留破壞，從而導致血管內外溶血。破壞，從而導致血管內外

15、溶血。代表疾病代表疾?。篽b bristolhb bristol 形成原因：形成原因： 鏈第鏈第6767位纈氨酸被天冬氨酸取代位纈氨酸被天冬氨酸取代 臨床癥狀：先天性溶血性貧血、黃疸、脾腫大臨床癥狀：先天性溶血性貧血、黃疸、脾腫大二、不穩(wěn)定血紅蛋白病二、不穩(wěn)定血紅蛋白病三、血三、血 紅紅 蛋蛋 白白 病病 m 病?。ㄟz傳性高鐵血紅蛋白病）（遺傳性高鐵血紅蛋白?。?形成原因形成原因： 肽鏈中與血紅素鐵原子連接的組氨酸發(fā)生肽鏈中與血紅素鐵原子連接的組氨酸發(fā)生替代，導致部分鐵原子呈穩(wěn)定的高鐵狀態(tài)，影響替代，導致部分鐵原子呈穩(wěn)定的高鐵狀態(tài)，影響hbhb正常帶氧功能正常帶氧功能 臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)： 紫紺

16、和繼發(fā)性紅細胞增多紫紺和繼發(fā)性紅細胞增多 遺傳方式遺傳方式：adad四、氧親和力改變的血紅蛋白病四、氧親和力改變的血紅蛋白病 形成原因形成原因：由于珠蛋白基因突變致由于珠蛋白基因突變致hbhb肽鏈上氨基酸發(fā)生肽鏈上氨基酸發(fā)生置換，致使置換，致使hbhb分子與氧的親和力增高或降低，運分子與氧的親和力增高或降低，運輸氧功能改變。輸氧功能改變。 臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)：紅細胞增多癥和紫紺紅細胞增多癥和紫紺異常血紅蛋白病的分子基礎異常血紅蛋白病的分子基礎 珠蛋白基因突珠蛋白基因突變變 主要類型：主要類型：（1）單個堿基置換）單個堿基置換（2）移碼突變）移碼突變（3）密碼子的缺失和插入）密碼子的缺失和插入（4

17、）融合基因）融合基因一）一）單個堿基的替代單個堿基的替代（占（占90%90%） 1 1、錯義突變錯義突變是由于單個核苷酸的改變導致由特定三聯(lián)體是由于單個核苷酸的改變導致由特定三聯(lián)體密碼子編碼的氨基酸的改變。密碼子編碼的氨基酸的改變。例例： hbshbs無義突變無義突變hb mckees-rockhb mckees-rock 145145 dna 144 145 146 147 hb a aag uau ucg uaa hb mckees-rock aag uaa protein 144 145 146 147 hb a lys tyr his （終止（終止） hb mckees-rock ly

18、s （終止）（終止）3 3、終止密碼突變、終止密碼突變終止密碼終止密碼編碼氨基酸的密碼，導致肽鏈異常延長。編碼氨基酸的密碼，導致肽鏈異常延長。例： hb constant springhb constant spring 142142 dna 139 140 141 142 143hb a aaa uac cgu uaa gcuhb constant-spring aaa uac cgu caa gcu protein 139 140 141 142 143hb a lys tyrarg （終止）（終止） hb constant-spring lys tyrarg gln ala-172二）二

19、） 移碼突變移碼突變 在正常密碼子中插入或缺失一個或幾個在正常密碼子中插入或缺失一個或幾個堿基堿基, ,導致該位點后面編碼的氨基酸種類導致該位點后面編碼的氨基酸種類順序改變順序改變. .例：例： 正常正常hbhb 137-137-acc ucacc ucc c aaa uac cgu uaa aaa uac cgu uaa 蘇蘇-絲絲-賴賴-酪酪-精精- - 終終hb wayne hb wayne acc uca aau acc guu aagacc uca aau acc guu aag 蘇蘇-絲絲-冬胺冬胺-蘇蘇-纈纈- - 賴賴三）三）整碼突變整碼突變密碼子的三個堿基同時缺失或插入密碼子

20、的三個堿基同時缺失或插入89agugagcugcacugugacaagcugcac gug 98-絲谷亮組半胱門冬賴亮組纈- agugagcugcac gug 89 90 96 97 9889 90 96 97 98-絲谷亮組纈-(-(91-9591-95缺失，后面氨基酸缺失，后面氨基酸順序不變）順序不變）四）四）融合基因融合基因由兩種不同的肽鏈聯(lián)接而成的異常血紅蛋白肽鏈由兩種不同的肽鏈聯(lián)接而成的異常血紅蛋白肽鏈. .產生原因：減數(shù)分裂時同源染色錯誤配對使不同珠蛋產生原因：減數(shù)分裂時同源染色錯誤配對使不同珠蛋白基因之間發(fā)生不等交換。白基因之間發(fā)生不等交換。下圖中的下圖中的hb leporehb

21、 lepore是由是由、鏈連接而成，稱鏈連接而成，稱；而而反反leporelepore是由是由、鏈連接而成，稱鏈連接而成，稱鏈鏈g a 含重復片段的染色體anti-lepore缺失染色體hb lepore二、地中海貧血二、地中海貧血珠蛋白鏈合成數(shù)量不平衡珠蛋白鏈合成數(shù)量不平衡最初發(fā)現(xiàn)在地中海地區(qū)居住的人群發(fā)病率特別高而得名，最初發(fā)現(xiàn)在地中海地區(qū)居住的人群發(fā)病率特別高而得名，實際上世界各地都有發(fā)生，非洲和東南亞也比較常見。實際上世界各地都有發(fā)生，非洲和東南亞也比較常見。珠蛋白基因珠蛋白基因缺失缺失/ /突變突變導致某種珠蛋白鏈合成障導致某種珠蛋白鏈合成障礙造成礙造成鏈和鏈和鏈合成鏈合成數(shù)量不平衡

22、數(shù)量不平衡，引起的溶血，引起的溶血性貧血稱為性貧血稱為地中海貧血。地中海貧血。 地中海貧血地中海貧血由于由于 珠蛋白基因的缺失或缺珠蛋白基因的缺失或缺 陷使陷使 鏈的合成受到抑制而引起的溶血性貧血。鏈的合成受到抑制而引起的溶血性貧血。特點：特點：b b 都表現(xiàn)為低色素性貧血都表現(xiàn)為低色素性貧血地中海貧血地中海貧血由于由于 珠蛋白基因的缺失或缺陷珠蛋白基因的缺失或缺陷使使 鏈的合成受到抑制而引起的溶血性貧血。鏈的合成受到抑制而引起的溶血性貧血。地中海貧血地中海貧血地地 中中 海海 貧貧 血血地中海貧血地中海貧血每條每條1616號染色體上有兩個號染色體上有兩個genegene缺失程度不缺失程度不同

23、，同，鏈合成部分或完全受到抑制，導致不同類型的鏈合成部分或完全受到抑制，導致不同類型的地貧。地貧。 若一條染色體上缺失一個若一條染色體上缺失一個基因基因（）為為+ +地貧地貧，鏈合成減少。鏈合成減少。若一條染色體上兩個若一條染色體上兩個基因均缺失基因均缺失（ ）為為0 0地貧地貧，鏈不能合成。鏈不能合成。臨床類型臨床類型類類 型型癥癥 狀狀正常人正常人靜止型靜止型 + +地貧雜合子地貧雜合子無癥狀無癥狀輕輕 型型（標準型）（標準型） 0 0地貧雜合子地貧雜合子輕度貧血輕度貧血 + +地貧純合子地貧純合子血紅蛋白血紅蛋白h h病病 0 0地貧和地貧和 + +地地貧雙重雜合子貧雙重雜合子溶血性貧血

24、溶血性貧血hb barthb barts s胎胎兒水腫綜合征兒水腫綜合征 0 0地貧純合子地貧純合子胎兒水腫胎兒水腫胎胎兒兒水水腫腫地貧的分子基礎地貧的分子基礎 依依基因缺陷程度分為：基因缺陷程度分為：1 1 genegene缺失型（缺失型（缺失缺失1 1個個基因基因）2 2 非非genegene缺失型（點突變）：缺失型（點突變）：無義突無義突變、移碼突變、終止密碼突變、剪接變、移碼突變、終止密碼突變、剪接突變等突變等結果結果 1 1 生成無功能或穩(wěn)定性降低的生成無功能或穩(wěn)定性降低的mrnamrna 無義突變無義突變 移碼突變移碼突變 終止密碼突變終止密碼突變 起始密碼突變起始密碼突變 2 2

25、 rnarna加工突變加工突變 3 3 產生不穩(wěn)定產生不穩(wěn)定hbhb地中海貧血地中海貧血 珠蛋白珠蛋白gene gene 突變或缺失突變或缺失珠蛋白鏈合成速珠蛋白鏈合成速率下降率下降溶血性貧血溶血性貧血 0 0 地貧地貧：鏈完全不能合成鏈完全不能合成 + + 地貧地貧：鏈可部分合成鏈可部分合成-地中海貧血臨床分類地中海貧血臨床分類臨臨 床床 類類 型型基基 因因 型型基基 因因 產產 物物臨臨 床床 表表 現(xiàn)現(xiàn)重型重型 地貧地貧 + +/ / + +、 0 0/ / 0 0 0 0/ /0 0、 + +/ / 0 0 鏈幾乎不能合成鏈幾乎不能合成 鏈合成相對增加鏈合成相對增加hb fhb f和

26、和hb ahb a2 2增高增高地中海貧血面容地中海貧血面容溶血性貧血（需溶血性貧血（需輸血）輸血）輕型輕型 地貧地貧 + +/ / a a、 0 0/ / a a0 0/ / a a能合成適量的能合成適量的 鏈鏈貧血不明顯或輕貧血不明顯或輕度貧血度貧血中間型中間型 地貧地貧 + +/ /+ + 鏈部分合成鏈部分合成介于重型和輕型介于重型和輕型之間（不需輸血）之間（不需輸血）遺傳性胎兒遺傳性胎兒血紅蛋白持血紅蛋白持續(xù)增多癥續(xù)增多癥缺失或突變缺失或突變 鏈和鏈和 鏈合成受抑制鏈合成受抑制 鏈合成明顯增加鏈合成明顯增加成人成人hb fhb f持續(xù)增持續(xù)增加，無癥狀加，無癥狀患兒顱骨及面頰部骨骼增大

27、，頭顱變大，額部隆起，顴高，鼻梁塌陷，兩眼距離增寬，眼瞼浮腫，形成地中海貧血的特殊面容。x線顱骨照片可見顱骨內外板變薄，板障增寬，在骨皮質間出現(xiàn)垂直短發(fā)樣骨刺 -地中海貧血的分子基礎地中海貧血的分子基礎 地中海貧血已發(fā)現(xiàn)地中海貧血已發(fā)現(xiàn)100100多種突變類型，包括點突變和多種突變類型，包括點突變和 基因缺失。基因缺失。 絕大多數(shù)絕大多數(shù) 地中海貧血是由于地中海貧血是由于 基因發(fā)生點突變所致，突基因發(fā)生點突變所致，突 變涉及基因內及旁側序列。變涉及基因內及旁側序列。（1 1）編碼區(qū)突變）編碼區(qū)突變（2 2）非編碼區(qū)突變）非編碼區(qū)突變（3 3）啟動子區(qū)突變）啟動子區(qū)突變（4 4）rnarna裂解

28、信號突變裂解信號突變（5 5）加帽位點單個堿基突變）加帽位點單個堿基突變編碼區(qū)突變編碼區(qū)突變 mrna穩(wěn)定性降低或形成無功能穩(wěn)定性降低或形成無功能mrna（1）無義突變）無義突變密碼子密碼子17：ac密碼子密碼子43：gt0地貧地貧（2）移碼突變）移碼突變密碼子密碼子71/72：+a密碼子密碼子41/42：tctt0地貧地貧（3）起始密碼突變）起始密碼突變atgagg0地貧地貧 內含子內含子i i g gtta at t喪失一個剪切信號。喪失一個剪切信號。 新的切點產生新的切點產生 同義突變同義突變激活激活i i和和 exonexon隱蔽裂解位點隱蔽裂解位點 如：如：g ggtgtagagt

29、t 產生新的剪切點產生新的剪切點非編碼區(qū)突變非編碼區(qū)突變 影響影響mrna剪切、加工過程剪切、加工過程gtatggtagtggtagt，激活隱蔽剪切位點，激活隱蔽剪切位點啟動子區(qū)突變啟動子區(qū)突變 降低降低mrna的轉錄效率的轉錄效率-28-28位位ag ag 突變破壞了突變破壞了tata boxtata box。rna裂解信號突變裂解信號突變 不能準確裂解和加不能準確裂解和加polya珠蛋白基因珠蛋白基因3側翼序列中側翼序列中aataaaaacaaa加帽位點單個堿基突變加帽位點單個堿基突變 不能準確裂解和加不能準確裂解和加polya加帽位點發(fā)生加帽位點發(fā)生ac顛換，影響轉錄效顛換，影響轉錄效率

30、。通常是率。通常是mrna的第一個核苷酸。的第一個核苷酸。 總 結 異常血紅蛋白病和地中海貧血有異常血紅蛋白病和地中海貧血有共同的分子基礎共同的分子基礎 突變、缺失突變、缺失 基因缺失基因缺失是引起是引起 地中海貧血的主要原因地中海貧血的主要原因 基因突變基因突變是引起是引起 地中海貧血的主要原因地中海貧血的主要原因人類疾病的生化和分子遺傳學人類疾病的生化和分子遺傳學 先天性代謝病本章內容提示本章內容提示先天代謝病的類型先天代謝病的類型幾種疾病發(fā)病分子機制、疾病相關幾種疾病發(fā)病分子機制、疾病相關基因定位、疾病的遺傳方式基因定位、疾病的遺傳方式 氨基酸代謝病：氨基酸代謝病：白化病白化病 pkup

31、ku 糖代謝?。禾谴x?。喊肴樘茄Y半乳糖血癥 糖原貯積癥糖原貯積癥 嘌呤代謝?。亨堰蚀x?。鹤詺菝簿C合征自毀容貌綜合征 受體蛋白?。菏荏w蛋白病：家族性高膽固醇血癥家族性高膽固醇血癥19081908年年，garrodgarrod a a在皇家倫敦醫(yī)學院發(fā)表了題在皇家倫敦醫(yī)學院發(fā)表了題為為“先天性代謝缺陷先天性代謝缺陷”的著名報告，他公布了的著名報告，他公布了四種人類罕見疾?。核姆N人類罕見疾?。?尿黑酸尿癥尿黑酸尿癥 戊糖尿癥戊糖尿癥 胱氨酸尿癥胱氨酸尿癥 白化病白化病 garrod garrod 對對尿黑酸尿癥尿黑酸尿癥的開拓性的研究開辟了的開拓性的研究開辟了生化遺傳學這一領域生化遺傳學這一

32、領域一、一、“先天代謝缺陷先天代謝缺陷”概念提概念提出出 尿黑酸尿癥尿黑酸尿癥臨床特征臨床特征：黑尿、大關節(jié)、脊柱椎間盤：黑尿、大關節(jié)、脊柱椎間盤 退行性關節(jié)炎退行性關節(jié)炎褐黃病。褐黃病。 上腭出現(xiàn)蘭色或黑色的色素斑，上腭出現(xiàn)蘭色或黑色的色素斑， 眼鞏膜、肋軟骨出現(xiàn)黑色沉淀眼鞏膜、肋軟骨出現(xiàn)黑色沉淀（內源性尿黑酸自身氧化形成的產物沉淀所致）臨床癥狀新生兒和兒童期： 尿黑酸尿是唯一的特點；成人期： 除了尿黑酸尿以外，由于尿黑酸增多，并在結締組織中沉著，而導致褐黃?。╫chronosis），如果累及關節(jié)的話則進展為褐黃病性關節(jié)炎（ochronotic arthritis）。推測病因推測病因 代謝代

33、謝 轉化轉化正常人：正常人：苯丙苯丙aa、酪酪aa尿黑酸尿黑酸 另一代謝產物另一代謝產物 不蓄積不蓄積尿黑酸患者尿黑酸患者：苯丙苯丙aa、酪酪aa 尿黑酸尿黑酸/另一代謝產物另一代謝產物 大量貯積，尿中排出大量貯積，尿中排出實驗分析實驗分析 尿黑酸患者尿黑酸患者 服食尿黑酸服食尿黑酸尿中定尿中定 量排出量排出 高蛋白飲食（含苯丙高蛋白飲食（含苯丙aa、 酪酪aa）內源性尿黑酸內源性尿黑酸 受試者受試者 正常人正常人 服食尿黑酸服食尿黑酸不排出不排出 高蛋白飲食（含苯高蛋白飲食（含苯aa、 酪酪aa）無尿黑酸檢出無尿黑酸檢出證實病因尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶 缺乏缺乏 假設假設5050年后被證實：

34、患者的肝臟中檢測不到尿黑年后被證實：患者的肝臟中檢測不到尿黑 酸氧化酶，此酶負責尿黑酸進一步代謝。酸氧化酶，此酶負責尿黑酸進一步代謝。 苯丙苯丙aa aa 苯丙苯丙aaaa羥化酶羥化酶 酪酪aaaa 酪酪aaaa氨基轉移酶氨基轉移酶 p- p-羥基苯丙酮酸羥基苯丙酮酸 p-p-羥基苯丙酮酸氧化酶羥基苯丙酮酸氧化酶 尿黑酸尿黑酸 尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶 延胡索酸延胡索酸+ +乙酰乙酸乙酰乙酸尿黑酸癥遺傳學分析尿黑酸癥遺傳學分析尿黑酸尿癥呈現(xiàn)尿黑酸尿癥呈現(xiàn)家族分布家族分布：1717個尿黑酸尿癥個尿黑酸尿癥家庭中有家庭中有8 8個父母是一級表兄妹。一級表兄個父母是一級表兄妹。一級表兄妹婚配為一種罕

35、見的隱性性狀的表現(xiàn)提供了妹婚配為一種罕見的隱性性狀的表現(xiàn)提供了條件條件是第一種被確認的是第一種被確認的常染色體隱性遺傳病。常染色體隱性遺傳病。正常等位基因是未受累個體特異的酶產物所正常等位基因是未受累個體特異的酶產物所必需的，這是關于基因通過編碼的酶施加其必需的，這是關于基因通過編碼的酶施加其影響最初的線索。所以影響最初的線索。所以garrodgarrod的工作預言了的工作預言了“一個基因一種酶一個基因一種酶”的假說的假說。二、先天代謝缺陷產生機制二、先天代謝缺陷產生機制 1 1、 酶活性異常的遺傳基礎酶活性異常的遺傳基礎1 1）結構基因突變結構基因突變酶結構改變，穩(wěn)酶結構改變，穩(wěn)定性降低，酶

36、動力學改變。定性降低，酶動力學改變。2 2）調節(jié)基因突變調節(jié)基因突變酶合成速率下降，酶合成速率下降，催化活性降低，催化活性降低，3 3）翻譯后修飾加工障礙翻譯后修飾加工障礙酶催化中酶催化中心不完善，活性下降。心不完善，活性下降。代謝異常機理代謝異常機理 gene ab bc c/d transcribtionmrna translatin enzymes(底物底物 ） a b c d e f 代謝旁路開放二、先天代謝缺陷代表疾病二、先天代謝缺陷代表疾病氨基酸代謝病氨基酸代謝?。?pku pku 白化病白化病糖代謝病糖代謝病：半乳糖血癥半乳糖血癥 糖原貯積癥糖原貯積癥嘌呤代謝?。亨堰蚀x病：自毀

37、容貌綜合征自毀容貌綜合征受體蛋白病受體蛋白?。杭易逍愿吣懝檀佳Y家族性高膽固醇血癥 苯丙酮尿癥發(fā)病環(huán)節(jié)：發(fā)病環(huán)節(jié)：酶缺乏導致旁路代謝產物增多酶缺乏導致旁路代謝產物增多遺傳方式：ar缺乏的酶：苯丙氨酸羥化酶遺傳基因定位： pahpah基因基因 12q24.1 全長90kb，13個外顯子，12個內含子。 目前已發(fā)現(xiàn)近200種錯義突變臨臨床癥狀床癥狀： 本病經典型以智能發(fā)育不全為主要特征 。 旁路代謝產物苯丙酮酸苯乳酸苯乙酸 從汗液尿液排出，毛發(fā)、皮膚和尿有特殊氣味 黑色素生成減少，患者毛發(fā)和皮膚顏色淺 神經遞質生成受影響，患兒智力低下。 治療治療：低苯丙氨酸飲食：低苯丙氨酸飲食 早期治療以避免神經

38、系統(tǒng)損傷，早期治療以避免神經系統(tǒng)損傷， 減少智力損害減少智力損害 生化手段可作新生兒篩查生化手段可作新生兒篩查苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 多巴多巴 兒茶酚胺兒茶酚胺苯丙酮酸苯丙酮酸苯乙酸苯乙酸 苯乳酸苯乳酸尿黑酸尿黑酸乙酰乙酸乙酰乙酸黑色素黑色素甲狀腺素甲狀腺素苯丙氨酸、酪氨酸代謝苯丙氨酸、酪氨酸代謝白化病albinismalbinism發(fā)病環(huán)節(jié)：酶缺乏導致代謝終產物缺乏遺傳方式：ar缺乏的酶：酪氨酸酶，導致終產物黑色素缺乏遺傳基因oca1定位：11q14-q21 臨臨床癥狀床癥狀： 皮膚呈白色，頭發(fā)呈銀白或淡黃色 虹膜及瞳孔呈淡紅色，視網膜無色素 視物模糊，眼球震顫，羞明 易患皮膚癌 白

39、化病白化病 albinism albinism 半乳糖血癥半乳糖血癥（galactosemiagalactosemia）# #發(fā)病環(huán)節(jié)：酶缺乏導致發(fā)病環(huán)節(jié)：酶缺乏導致代謝中間產物堆積代謝中間產物堆積和排出和排出 # #遺傳方式：遺傳方式：arar# #臨床表現(xiàn)：臨床表現(xiàn)： 嬰兒哺乳后嘔吐、腹瀉、嬰兒哺乳后嘔吐、腹瀉、 對乳類不耐受，繼而出現(xiàn)肝硬化、對乳類不耐受，繼而出現(xiàn)肝硬化、 白內障、智力低下等癥狀白內障、智力低下等癥狀半乳糖血癥（半乳糖血癥（galactosemia）半乳糖半乳糖 半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸+2-磷酸尿苷葡萄糖磷酸尿苷葡萄糖 2-磷酸尿苷半乳糖磷酸尿苷半乳糖 葡萄糖葡萄糖-

40、1-1-磷酸磷酸e1e2半乳糖醇半乳糖醇葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸e1：半乳糖激酶半乳糖激酶 e2：半乳糖半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉移酶磷酸尿苷酰轉移酶半乳糖血癥分類半乳糖血癥分類分型缺陷酶基因定位 臨床表現(xiàn)型（經典型）半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉移酶9q13低血糖，肝硬化，智力障礙，白內障。型半乳糖激酶17q21-q22 主要表現(xiàn)為青年型白內障。肝脾大，可有黃疸，智力正?；蜻t緩。型半乳糖尿苷-2-磷酸-4-異構酶1p36-p35可無臨床癥狀或類似經典型1. 1. 喂乳后喂乳后幾天出現(xiàn)幾天出現(xiàn)嘔吐嘔吐、拒食、腹瀉、失重。拒食、腹瀉、失重。2. 2. 一周后，肝臟損害癥狀：一周后，肝臟損害癥狀：黃

41、疸、肝腫大、腹水黃疸、肝腫大、腹水。3. 3. 幾個月后，智力發(fā)育障幾個月后，智力發(fā)育障礙，蛋白尿，氨基酸尿，礙，蛋白尿，氨基酸尿，白內障白內障。 糖原貯積癥（ von gierke?。┤狈Φ拿福浩咸烟?6-磷酸酶遺傳方式：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-磷酸酶臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)： 肝糖原合成過多，引起患兒肝糖原合成過多，引起患兒肝腫大肝腫大 g-6-pase g-6-pase缺乏，缺乏， 葡萄糖供應不足，易發(fā)生葡萄糖供應不足，易發(fā)生低低血糖血糖，長期可致患兒發(fā)育不良，消瘦，身，長期可致患兒發(fā)育不良，消瘦，身體矮小體矮小動用脂肪供能可以出現(xiàn)動用

42、脂肪供能可以出現(xiàn)酮血癥酮血癥。 g-6-p g-6-p無氧酵解生成大量乳酸，導致無氧酵解生成大量乳酸，導致酸中酸中毒毒。嘌呤代謝病嘌呤代謝病自毀容貌綜合征自毀容貌綜合征( (lesch-nyhan lesch-nyhan syndrome, syndrome, lnslns) ) 缺乏的酶：次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶 (hgprt)遺傳方式：x x連鎖隱性遺傳。連鎖隱性遺傳?；蚨ㄎ唬夯蚨ㄎ唬簒q26-q27xq26-q27。主要的突變類型有：主要的突變類型有：核苷酸取代、插入、缺失和核苷酸取代、插入、缺失和移碼突變，可在移碼突變，可在dnadna水平上作產前診斷水平上作產前診斷。代謝途

43、徑代謝途徑發(fā)病機理 hgprt催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(prpp)上的磷酸核糖基轉移到鳥嘌呤和次黃嘌呤上，使之成為鳥苷酸和次黃苷酸，而它們又可反饋抑制嘌呤前體5-磷酸核糖-1-胺的生成。 此酶如缺乏，則鳥苷酸和次黃苷酸合成減少，嘌呤合成加快，致使尿酸增高，代謝紊亂而致病。臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)：1 1、高尿酸血癥和高、高尿酸血癥和高 尿酸尿癥尿酸尿癥2 2、痛風性關節(jié)炎、痛風性關節(jié)炎3 3、智力遲鈍，大、智力遲鈍，大 腦癱瘓腦癱瘓4 4、舞蹈樣動作，、舞蹈樣動作， 自殘行為自殘行為 家族性高膽固醇血癥（家族性高膽固醇血癥（fhfh） 遺傳方式遺傳方式：常染色體（不完全）顯性遺傳病常染色體（不完全

44、）顯性遺傳病發(fā)病率：發(fā)病率：1/5001/500臨床特點臨床特點：血清膽固醇增高（血清膽固醇增高（300 600 300 600 mg/dlmg/dl，正常人正常人230230），低密度脂蛋白（），低密度脂蛋白（ldlldl）膽固醇增高膽固醇增高（200200mg/dlmg/dl）。）。大約大約50%50%的患者出現(xiàn)伸肌腱的膽的患者出現(xiàn)伸肌腱的膽固醇沉積（黃色瘤）固醇沉積（黃色瘤）發(fā)病機理發(fā)病機理：低密度脂蛋白受體缺陷：低密度脂蛋白受體缺陷1 1、膽固醇調節(jié)、膽固醇調節(jié)正常人ldlldl受體與受體與ldlldl顆粒結合顆粒結合內在化內在化 ldlldl顆粒顆粒中膽固醇降解為游離膽固醇中膽固醇降

45、解為游離膽固醇細胞內游離膽固細胞內游離膽固醇的氧化衍生物啟動調節(jié)過程：醇的氧化衍生物啟動調節(jié)過程： 1 1） hmg-coahmg-coa還原酶還原酶，膽固醇合成，膽固醇合成 2 2）膽固醇酯化和儲存增加膽固醇酯化和儲存增加 3 3） ldlldl受體合成減少，對外源膽固醇攝取減少受體合成減少，對外源膽固醇攝取減少患者：患者：ldlldl受體合成減少引起細胞對外受體合成減少引起細胞對外源性膽固醇的攝取減少源性膽固醇的攝取減少 2、ldl受體 基因定位：19chr上，長約45kb，18個外顯子， mrna 5.3kb對基因的分析表明：配體結合區(qū)配體結合區(qū)，由5個exon編碼（26個外顯子）egf

46、egf前體同源區(qū)前體同源區(qū)，由8個exon編碼。糖基化部分糖基化部分，由1個exon編碼?？缒^(qū)跨膜區(qū)，由第16個exon和17exon的部分編碼。胞漿內的尾部胞漿內的尾部，由exon17剩于的部分和e18的一部 分編碼。 ldl受體在內質網合成，再經過高爾基復合體時糖基化，分子量為160kda，是插入c膜的整合膜蛋白。l ld dl l受受體體結結構構3 3、ldlldl受體的突變受體的突變 在家族性高膽固醇血癥中，鑒定了在家族性高膽固醇血癥中，鑒定了150 150 種種不同的突變，并發(fā)現(xiàn)有多種突變和高度不同的突變，并發(fā)現(xiàn)有多種突變和高度的等位基因異質性。的等位基因異質性。多數(shù)突變?yōu)槭荏w基因不同等位基因雜合多數(shù)突變?yōu)槭荏w基因不同等位基因雜合子子-既復合既復合雜合子雜合子。ldlldl受體基因突變可分為受體基因突變可分為5