人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座

人類疾病生化和分子遺傳學

先天性代謝病1人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第1頁本章內容提醒先天代謝病類型幾個疾病發(fā)病分子機制、疾病相關基因定位、疾病遺傳方式。

氨基酸代謝?。喊谆KU

糖代謝?。喊肴樘茄Y糖原貯積癥

嘌呤代謝?。鹤詺菝簿C合征

受體蛋白?。杭易逍愿吣懝檀佳Y2人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第2頁19，GarrodA在皇家倫敦醫(yī)學院發(fā)表了題為“先天性代謝缺點”著名匯報，他公布了四種人類罕見疾病：

尿黑酸尿癥戊糖尿癥胱氨酸尿癥白化病Garrod對尿黑酸尿癥開拓性研究開辟了生化遺傳學這一領域一、“先天代謝缺點”概念提出3人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第3頁

尿黑酸尿癥臨床特征：黑尿、大關節(jié)、脊柱椎間盤退行性關節(jié)炎——褐黃病。上腭出現(xiàn)蘭色或黑色色素斑，眼鞏膜、肋軟骨出現(xiàn)黑色沉淀（內源性尿黑酸本身氧化形成產物沉淀所致）4人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第4頁臨床癥狀新生兒和兒童期：尿黑酸尿是唯一特點；成人期：除了尿黑酸尿以外，因為尿黑酸增多，并在結締組織中從容，而造成褐黃?。╫chronosis），假如累及關節(jié)話則進展為褐黃病性關節(jié)炎（ochronoticarthritis）。5人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第5頁推測病因

代謝轉化正常人：苯丙Aa、色Aa→尿黑酸→另一代謝產物→不蓄積尿黑酸患者：苯丙Aa、色Aa↓尿黑酸↑—//→另一代謝產物↓大量貯積，尿中排出6人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第6頁試驗分析

尿黑酸患者服食尿黑酸→尿中定量排出高蛋白飲食（含苯丙Aa、色Aa）→內源性尿黑酸↑受試者正常人→服食尿黑酸→不排出高蛋白飲食（含苯Aa、色Aa）→無尿黑酸檢出7人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第7頁證實病因——尿黑酸氧化酶缺乏

假設50年后被證實：患者肝臟中檢測不到尿黑酸氧化酶，此酶負責尿黑酸深入代謝。苯丙Aa↓苯丙Aa羥化酶

酪Aa↓酪Aa氨基轉移酶p-羥基苯丙酮酸↓p-羥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8人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第8頁尿黑酸癥遺傳學分析尿黑酸尿癥展現(xiàn)家族分布：17個尿黑酸尿癥家庭中有8個父母是一級表兄妹。一級表兄妹婚配為一個罕見隱性性狀表現(xiàn)提供了條件是第一個被確認常染色體隱性遺傳病。正常等位基因是未受累個體特異酶產物所必需，這是關于基因經過編碼酶施加其影響最初線索。所以Garrod工作預言了“一個基因一個酶”假說。9人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第9頁二、先天代謝缺點產生機制

1、

酶活性異常遺傳基礎1）結構基因突變——酶結構改變，穩(wěn)定性降低，酶動力學改變。2）調整基因突變——酶合成速率下降，催化活性降低，3）翻譯后修飾加工障礙——酶催化中心不完善，活性下降。10人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第10頁代謝異常機理

Gene

ABBC

C/D

transcribtionmRNA

translatin

EnzymeS(底物）

A↑B↑C↑D↓

EF代謝旁路開放11人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第11頁二、先天代謝缺點代表疾病氨基酸代謝?。?/p>

PKU白化病糖代謝?。喊肴樘茄Y糖原貯積癥嘌呤代謝?。鹤詺菝簿C合征受體蛋白?。杭易逍愿吣懝檀佳Y12人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第12頁苯丙酮尿癥發(fā)病步驟：酶缺乏造成旁路代謝產物增多遺傳方式：AR缺乏酶：苯丙氨酸羥化酶遺傳基因定位：PAH基因12q24.1全長90Kb，13個外顯子，12個內含子。

當前已發(fā)覺近200種錯義突變☆13人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第13頁臨床癥狀：

本病經經典以智能發(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降低，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：低苯丙氨酸飲食早期治療以防止神經系統(tǒng)損傷，降低智力損害

生化伎倆可作新生兒篩查14人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第14頁苯丙氨酸酪氨酸多巴兒茶酚胺苯丙酮酸苯乙酸苯乳酸尿黑酸乙酰乙酸黑色素甲狀腺素苯丙氨酸、酪氨酸代謝15人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第15頁白化病Albinism發(fā)病步驟：酶缺乏造成代謝終產物缺乏遺傳方式：AR缺乏酶：酪氨酸酶，造成終產物黑色素缺乏遺傳基因OCA1定位：11q14-q21

☆16人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第16頁臨床癥狀：

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(wǎng)膜無色素視物含糊，眼球震顫，羞明易患皮膚癌17人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第17頁白化病Albinism18人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第18頁半乳糖血癥（Galactosemia）

#發(fā)病步驟：酶缺乏造成代謝中間產物堆積和排出#遺傳方式：AR#臨床表現(xiàn)：嬰兒哺乳后嘔吐、腹瀉、對乳類不耐受，繼而出現(xiàn)肝硬化、白內障、智力低下等癥狀19人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第19頁半乳糖血癥（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-磷酸尿苷酰轉移酶20人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第20頁半乳糖血癥分類分型缺點酶基因定位臨床表現(xiàn)Ⅰ型（經經典）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。Ⅱ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。Ⅲ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經典21人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第21頁

1.喂乳后幾天出現(xiàn)嘔吐、拒食、腹瀉、失重。

2.一周后，肝臟損害癥狀：黃疸、肝腫大、腹水。

3.幾個月后，智力發(fā)育障礙，蛋白尿，氨基酸尿，白內障。22人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第22頁糖原貯積癥Ⅰ（vonGierke?。┤狈γ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23人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第23頁臨床表現(xiàn)：⑴肝糖原合成過多，引發(fā)患兒肝腫大⑵G-6-Pase缺乏，葡萄糖供給不足，易發(fā)生低血糖，長久可致患兒發(fā)育不良，消瘦，身體矮小⑶動用脂肪供能能夠出現(xiàn)酮血癥。⑷G-6-P無氧酵解生成大量乳酸，造成酸中毒。24人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第24頁25人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第25頁嘌呤代謝病自毀容貌綜合征(Lesch-Nyhansyndrome,LNS)

缺乏酶：次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶(HGPRT)

遺傳方式：X連鎖隱性遺傳。

基因定位：Xq26-q27。

主要突變類型有：核苷酸取代、插入、缺失和移碼突變，可在DNA水平上作產前診療。26人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第26頁代謝路徑27人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第27頁發(fā)病機理

HGPRT催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)上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-胺生成。此酶如缺乏，則鳥苷酸和次黃苷酸合成降低，嘌呤合成加緊，致使尿酸增高，代謝紊亂而致病。28人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第28頁臨床表現(xiàn)：

1、高尿酸血癥和高

尿酸尿癥

2、痛風性關節(jié)炎

3、智力遲鈍，大

腦癱瘓

4、舞蹈樣動作，

自殘行為29人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第29頁

家族性高膽固醇血癥（FH）

遺傳方式：常染色體顯性遺傳病，發(fā)病率：1/500臨床特點：血清膽固醇增高（300~600mg/dl，正常人230），低密度脂蛋白（LDL）膽固醇增高（＞200mg/dl）。大約50%患者出現(xiàn)伸肌腱膽固醇沉積（黃色瘤）發(fā)病機理：低密度脂蛋白受體缺點30人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第30頁1、膽固醇調整正常人——LDL受體與LDL顆粒結合→內在化→LDL顆粒中膽固醇降解為游離膽固醇→細胞內游離膽固醇氧化衍生物開啟調整過程：1）HMG-CoA還原酶↓↓，膽固醇合成↓2）膽固醇酯化和儲存增加3）LDL受體合成降低，對外源膽固醇攝取降低31人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第31頁患者：LDL受體合成降低引發(fā)細胞對外源性膽固醇攝取降低32人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第32頁2、LDL受體

◎基因定位：19chr上，長約45kb，18個外顯子，mRNA5.3kb◎對基因分析表明：配體結合區(qū)，由5個Exon編碼（2~6個外顯子）EGF前體同源區(qū)，由8個Exon編碼。糖基化部分，由1個Exon編碼?？缒^(qū)，由第16個Exon和17Exon部分編碼。胞漿內尾部，由Exon17剩于部分和E18一部分編碼?！騆DL受體在內質網(wǎng)合成，再經過高爾基復合體時糖基化，分子量為160kDa，是插入C膜整合膜蛋白。

33人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第33頁LDL

受體結構34人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第34頁3、LDL受體突變

在家族性高膽固醇血癥中，判定了150種不一樣突變，并發(fā)覺有各種突變和高度等位基因異質性。多數(shù)突變?yōu)槭荏w基因不一樣等位基因雜合子---既復合雜合子。35人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第35頁LDL受體基因突變可分為5個功效類型：

1、突變發(fā)生在開啟子區(qū)，不產生mRNA和蛋白；2、突變阻斷新生LDL受體蛋白從ER轉運到GO；3、突變編碼受體能夠抵達C表面，但不能與正常地結合配體；4、突變編碼受體能夠抵達C表面，也能與正常地結合LDL，但不能集中在網(wǎng)絡蛋白包被小窩。5、再循環(huán)缺點型突變，突變編碼受體能夠結合并內在化LDL。但不能釋放內含體中受體，和回到C表面?；谏鲜鲅芯?，從DNA水平對FH進行篩查和產前診療已成為可能。36人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第36頁37人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第37頁G-6-PD朝鮮戰(zhàn)爭期間，美國士兵使用伯氨基喹啉來預防瘧疾，約10%黑人士兵發(fā)生溶血，少數(shù)白人士兵（地中海血統(tǒng)）也發(fā)生嚴重溶血性貧血。以后發(fā)覺這種藥品誘發(fā)貧血基礎是G6PD遺傳性缺點。從此建立了藥品遺傳學這里，我們主要探討G6PD遺傳性缺點38人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第38頁G6PD基因：定位于X染色體，全長19kb，含13個外顯子，編碼514個氨基酸蛋白。

藥品+HbH2O2

GSSG+NADPHGSH+NADPG6PDGSHpxGR6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖39人類疾病的生化和分子遺傳學先天性代謝病專家講座第39頁突變類型外顯子突變位置突變類型Aa位置Aa替換5376A→G126天冬酰氨

天冬氨酸4202G→A68纈氨酸

蛋氨酸