人類疾病的分子遺傳學(xué)ppt課件

1、.,1,第八章 生化遺傳病,第一節(jié) 血紅蛋白病 第二節(jié) 血友病 第三節(jié) 酶蛋白病 第四節(jié) 受體蛋白病 第五節(jié) 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白病,.,2,1902年,Garrod對尿黑酸尿癥的開拓性的研究開辟了生化遺傳學(xué)這一領(lǐng)域，并提出了先天代謝缺陷（inborn errors metabolism）這一概念。 1941年,Beadle和Tatum提出一個基因一個酶的概念,明確了機(jī)體的所有生化過程都是在遺傳控制下進(jìn)行的,每個生化反應(yīng)受控于一個特定的基因,一個基因突變只改變細(xì)胞的某一步生化反應(yīng)的能力,從而確立了生化遺傳學(xué)這一領(lǐng)域. 1949年,Pauling等通過對鐮狀細(xì)胞貧血的研究,提出分子病(molecular

2、disease)的概念.,.,3,人們在研究分子病的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),血紅蛋白病是常見的遺傳病之一，從其分子結(jié)構(gòu)到發(fā)病機(jī)理研究的較為清楚，是研究人類分子病的最好模型。,原因： 1）紅細(xì)胞取材方便，來源豐富。 2）血紅蛋白濃度高，不需純化。 3）網(wǎng)織紅細(xì)胞含有- 、- 珠蛋白mRNA ，便于克隆、珠蛋白 cDNA。 4）血紅蛋白異常引起的疾病種類多，因此對其 研究透徹。,.,4,分子病Molecular disease ： Gene突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子質(zhì)和量異常，從而引起機(jī)體功能障礙的一類疾病，稱為分子病。,血紅蛋白病 Hemoglobinopathy ： 是指由于珠蛋白分子結(jié)構(gòu)或合成量異常所引起的疾病

3、。,.,5,第 一節(jié)、血紅蛋白病,.,6,一、血紅蛋白概述,正常Hb的組成、結(jié)構(gòu)及類型 結(jié)合蛋白： 血紅素 珠蛋白 （Heme) (globin) 一條肽鏈 一分子血紅素 Hb單體 個Hb單體 球形四聚體,.,7,Hb一、二級結(jié)構(gòu)氨基酸按照一定順序形成多肽鏈類鏈：（、）141個氨基酸,.,8,Hb一、二級結(jié)構(gòu)氨基酸按照一定順序形成多肽鏈、 螺旋類鏈：（、）146個氨基酸,.,9,Hb：三、四級結(jié)構(gòu) 肽鏈+血紅素 Hb單體四聚體,.,10,二、血紅蛋白基因,1 、珠蛋白基因定位 類珠蛋白Gene定位16p13。 類珠蛋白Gene定位11p15。 2、珠蛋白基因排列 有共同起源，排列緊密，含有假基

4、因。 珠蛋白Gene 5個基因 5-1-2-1-3 珠蛋白Gene簇 6個基因 5-G-A-1-3,.,11,類珠蛋白基因簇:, 基因有兩個: 2、1,每個正常個體：,12 /12,類珠蛋白基因簇:,.,12,三、Hb的發(fā)育演變與遺傳控制 Hb發(fā)育演變與遺傳控制的特點(diǎn), 胚胎早期先合成和HbGower 同時或稍后合成和Gower、 Portland 12周時和逐漸消失， 鏈迅速增加， 開始合成，HbF為主。 妊娠末期和出生不久， 鏈迅速降低， 鏈迅速增加，HbA為主。,.,14,珠蛋白基因在不同發(fā)育 階段表達(dá),珠蛋白基因排列與表達(dá)順序相關(guān)。 11chr 胚胎 胎兒 成人 16chr 5-G-A

5、-3 5 Hb Gower1 Hb Portland 胚胎 22 2 G2 2 A2 胎兒 2 Hb Gower1I HbF HbA2 HbA 22 2 G2 22 22 2 A2 成人 1,3,Gower,基 因,Gower,Portland,轉(zhuǎn)錄 翻譯,.,16,H b 類型：,成人Hb ： Hb A 22 9798% Hb A2 22 23% Hb F 22 1% 胎兒Hb： Hb F 22 胚胎Hb： Hb Gower 22 (妊娠12周內(nèi)）Hb Gower 22 Hb Portland 22,.,17,四、珠蛋白基因結(jié)構(gòu)及表達(dá),1、基因結(jié)構(gòu) 3個外顯子，2個內(nèi)含子，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)

6、。 1 31 32 99 100 gene E1 INV E2 INV E3 1 30 31 104 105 gene,.,18,2、基因表達(dá),E1 E2 E3 5 -3 Transcription Processing 5-Cap- -polyAAAAA mRNA Translation,.,19,五、Hb病的類型和分子基礎(chǔ),人類珠蛋白基因的組織特異性強(qiáng)，僅在RBC 及前體中才有大量表達(dá)。這些Gene突變引起質(zhì)量畸變（異常Hb病）和數(shù)量畸變（地中海貧血），所致的疾病統(tǒng)稱血紅蛋白?。℉emoglobinopathies） Hb病的分類： 異常Hb?。夯蛲蛔儗?dǎo)致珠蛋白結(jié)構(gòu) 改變-HbS 地中海

7、貧血：基因突變導(dǎo)致珠蛋白肽鏈 合成缺乏或合成量異常-、地貧,.,20,一）基因突變致珠蛋白異常-質(zhì)變 異常血紅蛋白病的分子基礎(chǔ),特定的基因座突變蛋白結(jié)構(gòu)、分子功能特性改變提供了認(rèn)識遺傳病分子基礎(chǔ)的途徑。 1949 ，Pauling-分子病的概念。 隨后 Ingram-證實(shí)氨基酸替換。,.,21,（一）單個堿基的替代（90%） 1、錯義突變： 是由于單個核苷酸的改變導(dǎo)致由特定3堿基密碼子編碼的氨基酸的改變。例： HbS（鐮形細(xì)胞貧血癥）,6 GAA GUA,.,22,纈氨酸替代谷氨酸-缺氧-異常Hb聚合- 紅 細(xì)胞鐮變- C膜脆性增加- 微循環(huán)阻塞-RBC 裂解-貧血,臨床癥狀： 骨嚴(yán)重受損；

8、內(nèi)臟器官損傷：心臟、肺臟、腎臟損傷； 腦血管意外； 嚴(yán)重的慢性溶血性貧血等 患者多在成年期死亡 診斷： 血涂片“鐮變試驗(yàn)”陽性 電泳：有一“”區(qū)帶,正常RBC 鐮狀RBC,.,25,Sickle cell anemia Diagnosis: hemoglobin electrophoresis,Hb A,Hb s,Hb C/A2,.,27,2、無義突變： 原密碼子終止密碼 例：Hb Mckees-Rock 145AAG UAU CAC UAA 賴-酪-組-終止 AAG UAA CAC UAA 賴-終止,.,28,例： Hb Constant Spring 142CGU UAA CGU CAA

9、GCU- UAA,3、終止密碼突變： 終止密碼編碼氨基酸密碼，肽連延長。,.,29,（二） 移碼突變： 增加或減少一或幾個堿基對 例： Hb Wayne 137-ACC UCC AAA UAC CGU UAA 蘇-絲-賴-酪-精- 終-,ACC UCA AAU ACC GUU AAG,蘇-絲-冬胺-蘇-纈-賴-,.,30,（三）整碼突變：增加或減少一或多個密碼子：例Hb Gum Hiu,89AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCAC GUG -絲谷亮組半胱門冬賴亮組纈-,-絲谷亮組纈-,.,31,（四）融合基因：由兩個不同的基因聯(lián)接而成,.,32,二）地中海貧血珠蛋白鏈不平衡-數(shù)量

10、畸變,地中海貧血最初發(fā)現(xiàn)在地中海地區(qū)居住的人們發(fā)病率特別高，此后地中海一詞就延續(xù)下來，實(shí)際上在世界各地都有發(fā)生。 珠蛋白基因缺失/突變導(dǎo)致某種珠蛋白鏈合成速率降低，造成鏈和非鏈合成不均衡，引起溶血性貧血， 稱為地中海貧血。,鏈合成減少/缺如地中海貧血 簡稱地貧。鏈合成減少/缺如 鏈合成過剩四聚體 特點(diǎn)：b 都表現(xiàn)為低色素性貧血,鏈合成減少/缺如地中海貧血， 簡稱地貧。 鏈合成減少/缺如鏈合成過剩四聚體,地中海貧血,.,34,（一）、地中海貧血,1 地中海貧血的特點(diǎn) 大多數(shù)地貧是由于Gene 不同程度缺失或功能障礙，導(dǎo)致不同類型的地貧。 每條染色體上有兩個Gene16p13 2 1 2 1 缺失

11、一個基因?yàn)?地貧，鏈合成減少。 缺失兩個基因?yàn)?地貧，鏈不能合成。,.,35, 地中海貧血（ 地貧）,正常人： 2 2 , 地貧的類型：,純合子 雜合子,(地貧), ,.,36,地貧的臨床類型,見于Gene缺失程度不同，臨床癥狀表現(xiàn)不同，地貧分為四類： Gene缺失 Gene型 類 型 產(chǎn) 物 臨床癥狀 - -/- - 0地貧 無鏈，4 HbBarts胎兒水腫 純合子 （嚴(yán)重缺氧、貧血、心衰） 3 - -/- 0+ 鏈，4 HbH 溶血性貧血 雜合子 - -/ 0A 鏈，代償 輕型，輕或無癥狀 雜合子 合成 -/- +純合子 1 - / +A 代償合成鏈 靜止型 無癥狀 雜合子,.,39,2、

12、地貧的分子基礎(chǔ),依Gene改變： Gene缺失型（缺失1Gene），不等交換。 非缺失型 ： 突變、無義突變、移碼突變、終止密碼突變。,.,40,（二）、地中海貧血,珠蛋白Gene 突變或缺失降或缺如珠蛋白鏈合成速率下 降溶血性貧血 0 地貧：鏈完全不能合成 地中海貧血 +地貧：鏈部分合成,.,41,1、臨床類型 主要有四種類型,胎兒RBC持續(xù)增多癥,缺失/突變,、和鏈合成增加,成人HbF 增加，無癥狀,.,44,2、地中海貧分子基礎(chǔ),Gene 突變 轉(zhuǎn)錄翻譯 ，障礙，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工缺陷。 迄今已發(fā)現(xiàn)的100余種突變類型，多數(shù)為點(diǎn)突變，少數(shù)為缺失。突變通常發(fā)生在下列區(qū)域：,1/ 編碼區(qū)突變 使生成的mRNA 穩(wěn)定性降低，形成無功能的mRNA，從而不能合成鏈。 如： 無義突變：密碼子 17（AC），43 （ GT），0地貧 移碼突變：41/42（-TCTT），71/72 （+A），0地貧 起始密碼突變：ATGAGG，0地貧,2/ 非編碼區(qū)突變：影響mRNA剪切、加工過程，形成異常的mRNA，如： 內(nèi)含子I GTAT喪失一個剪切信號。 新的切點(diǎn)產(chǎn)生 同義突變激活I(lǐng)和 Exon隱蔽裂解位點(diǎn) 如：GGTAGT 產(chǎn)生新的剪切點(diǎn),3/ 啟動子區(qū)突變 降低mRNA的轉(zhuǎn)錄效率+地貧。突變破壞了TATA Box。 例：-28位AG 4/ RNA