人类疾病的分子遗传学----血红蛋白病.ppt

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1、1,第八章 生化遗传病,第一节 血红蛋白病第二节 血友病 第三节 酶蛋白病第四节 受体蛋白病第五节 膜转运蛋白病,2,1902年,Garrod对尿黑酸尿症的开拓性的研究开辟了生化遗传学这一领域，并提出了先天代谢缺陷（inborn errors metabolism）这一概念。 1941年,Beadle和Tatum提出一个基因一个酶的概念,明确了机体的所有生化过程都是在遗传控制下进行的,每个生化反应受控于一个特定的基因,一个基因突变只改变细胞的某一步生化反应的能力,从而确立了生化遗传学这一领域. 1949年,Pauling等通过对镰状细胞贫血的研究,提出分子病(molecular disease

2、)的概念.,3,人们在研究分子病的实践中发现,血红蛋白病是常见的遗传病之一，从其分子结构到发病机理研究的较为清楚，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、珠蛋白 cDNA。 4）血红蛋白异常引起的疾病种类多，因此对其 研究透彻。,4,分子病Molecular disease ： Gene突变导致蛋白质分子质和量异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病，称为分子病。,血红蛋白病 Hemoglobinopathy ： 是指由于珠蛋白分子结构或合成量异常所引起的疾病。,5,第 一节、血红蛋

3、白病,6,一、血红蛋白概述,正常Hb的组成、结构及类型结合蛋白： 血红素 珠蛋白 （Heme) (globin)一条肽链 一分子血红素 Hb单体个Hb单体 球形四聚体,7,Hb一、二级结构氨基酸按照一定顺序形成多肽链类链：（、）141个氨基酸,8,Hb一、二级结构氨基酸按照一定顺序形成多肽链、 螺旋类链：（、）146个氨基酸,9,Hb：三、四级结构 肽链+血红素 Hb单体四聚体,10,二、血红蛋白基因,1 、珠蛋白基因定位 类珠蛋白Gene定位16p13。 类珠蛋白Gene定位11p15。2、珠蛋白基因排列 有共同起源，排列紧密，含有假基因。 珠蛋白Gene 5个基因 5-1-2-1-3 珠蛋

4、白Gene簇 6个基因 5-G-A-1-3,11,类珠蛋白基因簇:, 基因有两个: 2、1,每个正常个体：,12 /12,类珠蛋白基因簇:,12,三、Hb的发育演变与遗传控制 Hb发育演变与遗传控制的特点, 胚胎早期先合成和HbGower 同时或稍后合成和Gower、 Portland 12周时和逐渐消失， 链迅速增加， 开始合成，HbF为主。 妊娠末期和出生不久， 链迅速降低， 链迅速增加，HbA为主。,13,14,珠蛋白基因在不同发育 阶段表达,珠蛋白基因排列与表达顺序相关。 11chr 胚胎 胎儿 成人 16chr 5-G-A-3 5 Hb Gower1 Hb Portland 胚胎 2

5、2 2 G2 2 A2 胎儿 2 Hb Gower1I HbF HbA2 HbA 22 2 G2 22 22 2 A2 成人 1,3,15,Gower,基 因,Gower,Portland,转录翻译,16,H b 类型：,成人Hb ： Hb A 22 9798% Hb A2 22 23% Hb F 22 1%胎儿Hb： Hb F 22 胚胎Hb： Hb Gower 22 (妊娠12周内）Hb Gower 22 Hb Portland 22,17,四、珠蛋白基因结构及表达,1、基因结构3个外显子，2个内含子，结构相似，功能相关。1 31 32 99 100 geneE1 INV E2 INV E

6、31 30 31 104 105 gene,18,2、基因表达,E1 E2 E35 -3 Transcription Processing 5-Cap- -polyAAAAA mRNA Translation,19,五、Hb病的类型和分子基础,人类珠蛋白基因的组织特异性强，仅在RBC 及前体中才有大量表达。这些Gene突变引起质量畸变（异常Hb病）和数量畸变（地中海贫血），所致的疾病统称血红蛋白病（Hemoglobinopathies） Hb病的分类：异常Hb病：基因突变导致珠蛋白结构 改变-HbS 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-、地贫,20,一）基因突变致珠蛋白异

7、常-质变 异常血红蛋白病的分子基础,特定的基因座突变蛋白结构、分子功能特性改变提供了认识遗传病分子基础的途径。 1949 ，Pauling-分子病的概念。 随后 Ingram-证实氨基酸替换。,21,（一）单个碱基的替代（90%） 1、错义突变： 是由于单个核苷酸的改变导致由特定3碱基密码子编码的氨基酸的改变。例： HbS（镰形细胞贫血症）,6 GAA GUA,22,缬氨酸替代谷氨酸-缺氧-异常Hb聚合- 红 细胞镰变- C膜脆性增加- 微循环阻塞-RBC 裂解-贫血,临床症状： 骨严重受损； 内脏器官损伤：心脏、肺脏、肾脏损伤； 脑血管意外； 严重的慢性溶血性贫血等 患者多在成年期死亡 诊断

8、： 血涂片“镰变试验”阳性 电泳：有一“”区带,23,正常RBC 镰状RBC,24,25,Sickle cell anemia Diagnosis: hemoglobin electrophoresis,Hb A,Hb s,Hb C/A2,26,27,2、无义突变： 原密码子终止密码 例：Hb Mckees-Rock 145AAG UAU CAC UAA 赖-酪-组-终止 AAG UAA CAC UAA 赖-终止,28,例： Hb Constant Spring142CGU UAA CGU CAA GCU- UAA,3、终止密码突变： 终止密码编码氨基酸密码，肽连延长。,29,（二） 移码突变

9、： 增加或减少一或几个碱基对 例： Hb Wayne 137-ACC UCC AAA UAC CGU UAA 苏-丝-赖-酪-精- 终-,ACC UCA AAU ACC GUU AAG,苏-丝-冬胺-苏-缬-赖-,30,（三）整码突变：增加或减少一或多个密码子：例Hb Gum Hiu,89AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCAC GUG-丝谷亮组半胱门冬赖亮组缬-,-丝谷亮组缬-,31,（四）融合基因：由两个不同的基因联接而成,32,二）地中海贫血珠蛋白链不平衡-数量畸变,地中海贫血最初发现在地中海地区居住的人们发病率特别高，此后地中海一词就延续下来，实际上在世界各地都有发生。珠

10、蛋白基因缺失/突变导致某种珠蛋白链合成速率降低，造成链和非链合成不均衡，引起溶血性贫血，称为地中海贫血。,33,链合成减少/缺如地中海贫血 简称地贫。链合成减少/缺如 链合成过剩四聚体特点：b 都表现为低色素性贫血,链合成减少/缺如地中海贫血，简称地贫。 链合成减少/缺如链合成过剩四聚体,地中海贫血,34,（一）、地中海贫血,1 地中海贫血的特点大多数地贫是由于Gene 不同程度缺失或功能障碍，导致不同类型的地贫。每条染色体上有两个Gene16p13 2 1 2 1 缺失一个基因为+地贫，链合成减少。缺失两个基因为0地贫，链不能合成。,35, 地中海贫血（ 地贫）,正常人： 2 2 , 地贫的

11、类型：,纯合子 杂合子,(地贫), ,36,地贫的临床类型,见于Gene缺失程度不同，临床症状表现不同，地贫分为四类： Gene缺失 Gene型 类 型 产 物 临床症状 - -/- - 0地贫 无链，4 HbBarts胎儿水肿 纯合子 （严重缺氧、贫血、心衰）3 - -/- 0+ 链，4 HbH 溶血性贫血 杂合子 - -/ 0A 链，代偿 轻型，轻或无症状 杂合子 合成 -/- +纯合子1 - / +A 代偿合成链 静止型 无症状 杂合子,37,38,39,2、地贫的分子基础,依Gene改变：Gene缺失型（缺失1Gene），不等交换。 非缺失型 ： 突变、无义突变、移码突变、终止密码突变

12、。,40,（二）、地中海贫血,珠蛋白Gene 突变或缺失降或缺如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 地中海贫血 +地贫：链部分合成,41,1、临床类型 主要有四种类型,胎儿RBC持续增多症,缺失/突变,、和链合成增加,成人HbF 增加，无症状,42,43,44,2、地中海贫分子基础,Gene 突变 转录翻译 ，障碍，转录产物加工缺陷。迄今已发现的100余种突变类型，多数为点突变，少数为缺失。突变通常发生在下列区域：,45,1/ 编码区突变 使生成的mRNA 稳定性降低，形成无功能的mRNA，从而不能合成链。如： 无义突变：密码子 17（AC），43 （ GT），0地贫

13、移码突变：41/42（-TCTT），71/72 （+A），0地贫 起始密码突变：ATGAGG，0地贫,46,2/ 非编码区突变：影响mRNA剪切、加工过程，形成异常的mRNA，如： 内含子I GTAT丧失一个剪切信号。 新的切点产生 同义突变激活I和 Exon隐蔽裂解位点 如：GGTAGT 产生新的剪切点,47,3/ 启动子区突变 降低mRNA的转录效率+地贫。突变破坏了TATA Box。 例：-28位AG 4/ RNA 裂解信号 珠蛋白Gene3侧翼序列中保守序列 AATAAAAACAAA，不能准确裂解和加poly A。 5/加帽位点单个突变 干扰加帽过程，影响转录效率。通常是mRNA的第一个核苷酸。,48,综上所述： 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）；Gene缺失是引起地贫的主要原因突变是引起地贫的主要因素。,