医学遗传学中的分子病.ppt
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1、人类疾病的分子遗传学人类疾病的分子遗传学分子病分子病 Molecular diseaseMolecular disease GeneGene突变导致蛋白质分子结构和量异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,常,从而引起机体功能障碍的一类疾病,称为分子病。称为分子病。19491949年两度获得诺贝尔奖的年两度获得诺贝尔奖的Pauling LPauling L对镰状细对镰状细胞贫血病患者的血红蛋白胞贫血病患者的血红蛋白HbSHbS电泳分析,推论电泳分析,推论其泳动异常是分子结构改变所致,从而提出分其泳动异常是分子结构改变所致,从而提出分子病的概念。子病的概念。分子病的种类
2、分子病的种类:依据蛋白质功能可将其分为:依据蛋白质功能可将其分为 1 1、运输蛋白病、运输蛋白病 2 2、凝血及抗凝因子缺乏症、凝血及抗凝因子缺乏症 3 3、结构蛋白病、结构蛋白病 4 4、受体蛋白病、受体蛋白病 5 5、膜转运蛋白病、膜转运蛋白病 6 6、免疫球蛋白病、免疫球蛋白病 第一节第一节 运输蛋白病运输蛋白病 血红蛋白病血红蛋白病血红蛋白病HemoglobinopathyHemoglobinopathy:由于由于珠蛋白珠蛋白分子结构异常或合成量异常分子结构异常或合成量异常所引起的疾所引起的疾病。病。是常见的遗传病之一,从分子结构到发病机理研究是常见的遗传病之一,从分子结构到发病机理研
3、究 的均较清楚,是研究人类的均较清楚,是研究人类分子病分子病的最好模型。的最好模型。原因:原因:1 1)红细胞取材方便,来源丰富)红细胞取材方便,来源丰富 2 2)血红蛋白浓度高,不需纯化)血红蛋白浓度高,不需纯化 3 3)网织红细胞含有)网织红细胞含有、珠蛋白珠蛋白mRNAmRNA,便于克隆其,便于克隆其cDNAcDNA 4 4)血红蛋白异常引起的疾病种类很多)血红蛋白异常引起的疾病种类很多血红蛋白概述血红蛋白概述 -HbHb的组成、结构及类型的组成、结构及类型正常正常HbHb的组成的组成 是一种是一种结合蛋白:结合蛋白:血红素血红素 珠蛋白珠蛋白 (Heme)(globinHeme)(gl
4、obin)每个每个HbHb单体是由单体是由 一条珠蛋白肽链一条珠蛋白肽链 和一个血红和一个血红素组成的。素组成的。个个HbHb单体单体 一个球形四聚体一个球形四聚体 一一血红蛋白链血红蛋白的一、血红蛋白的一、二级结构:二级结构:氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序及多肽链螺旋及多肽链螺旋类类链:(链:(、)141141个氨基个氨基酸酸类类链链:(、)146146个氨个氨基酸基酸血红蛋白链,螺旋结构。二二血红蛋白的结构血红蛋白的结构三级结构三级结构四级结构四级结构二二血红蛋白的结构血红蛋白的结构珠蛋白肽链有珠蛋白肽链有 7 种:种:、G、A、组成组成血红蛋白的珠蛋白构成:血红蛋白的珠蛋白构成:一对一对链
5、链(或(或链,含链,含141个氨基酸个氨基酸)一对一对非非链(链(,或或链,含链,含146个氨基酸)个氨基酸)人类正常血红蛋白的组成和发育变化人类正常血红蛋白的组成和发育变化正常人体血红蛋白正常人体血红蛋白 发育阶段发育阶段 血红蛋白血红蛋白 分子组成分子组成 胚胎胚胎 Gower 22 Gower 22 Portland 2G2、2A2 胎儿(胎儿(8周至出生)周至出生)F 2 G2、2 A2 成人成人 A(95%)22、A2(3%)22 HbHb发育演变与遗传控制发育演变与遗传控制 胚胎早期先合成胚胎早期先合成 和和 Hb GowerHb Gower(2 2 2 2 )同时或稍后合成同时或
6、稍后合成 和和 Hb Hb Gower Gower(2 2 2 2 )Hb PortlandHb Portland (2 2 2 2 )1212周时周时 和和 逐渐消失,逐渐消失,链迅速增加,链迅速增加,开始合成,开始合成,HbFHbF为主(为主(2 2 2 2 )。)。妊娠末期和出生不久,妊娠末期和出生不久,链迅速降低,链迅速降低,链迅速增加,链迅速增加,HbAHbA为主(为主(2 2 2 2 )。)。HbHb发育演变发育演变血红蛋白基因血红蛋白基因 排列紧密,有共同起源,含有假基因排列紧密,有共同起源,含有假基因 7 7个基因,定位于个基因,定位于16p1316p13 5-5-1 1-2
7、2 -2 2-1 1-3-3 6 6个基因,定位个基因,定位11p1511p15 5-5-G G-A A-1 1-3-3-3珠蛋白基因特点珠蛋白基因特点珠蛋白珠蛋白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珠蛋白基因簇:2 1 2 1 G A 1 胚胎Hb 胎儿Hb 成人HbHbHb类型类型珠蛋白链珠蛋白链 GowerHb 22基因基因2222222222Gower PortlandF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结构及表达 珠蛋白基因:珠蛋白基因:IVS1IVS1由由117bp11
8、7bp组成,位于组成,位于3131和和3232密码子之间,密码子之间,IVS2IVS2由由149149或或140bp140bp组成,位于组成,位于9999和和100100密码子之间。密码子之间。珠蛋白基因:珠蛋白基因:IVS1IVS1含含130bp130bp,位于,位于3030和和3131密码之间,密码之间,IVS2IVS2大约含大约含850bp850bp,位于,位于104104和和105105密码子之间。密码子之间。基因结构基因结构:非常相似,均为非常相似,均为3 3个外显子,个外显子,2 2个内含子个内含子(IVS1、IVS2)1 31 32 99 100 1411 30 31 104 1
9、05 146珠蛋白基因结构珠蛋白基因结构珠蛋白基因结构珠蛋白基因结构珠蛋白基因表达特点珠蛋白基因表达特点发育阶段特异性发育阶段特异性 5 53 3顺次表达、关闭顺次表达、关闭合成场所特异性合成场所特异性 卵黄囊、胎肝、骨髓卵黄囊、胎肝、骨髓表达数量协调性表达数量协调性 类类、类、类 链维持链维持1 1:1 1的比例的比例 总之,珠蛋白基因的表达具有时空特异总之,珠蛋白基因的表达具有时空特异性、精确的协调性性、精确的协调性血红蛋白病分类异常异常HbHb病:病:基因突变导致珠蛋白结构改变基因突变导致珠蛋白结构改变 例如:镰状细胞贫血例如:镰状细胞贫血地中海贫血:地中海贫血:基因突变导致珠蛋白肽链合
10、成缺乏基因突变导致珠蛋白肽链合成缺乏 或合成量异常或合成量异常 如如、地贫地贫异异 常常 血血 红红 蛋蛋 白白 病病 由于由于珠蛋白基因突变珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常,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。如有临床表现者称为异常血红蛋白病。主要类型主要类型:(1)镰状细胞病)镰状细胞病 (2)不稳定血红蛋白病)不稳定血红蛋白病 (3)血红蛋白)血红蛋白M病病 (4)氧亲和力改变的血红蛋白病)氧亲和力改变的血红蛋白病(一(一)、镰、镰 状状 细细 胞胞 病病 遗传方式遗传方式:ARAR 形成原因形成原因:链链第第6 6位位谷谷氨氨酸酸被被缬缬氨氨酸酸取取代代,形形
11、成成Hb Hb S S。在在缺缺氧氧情情况况下下,HbSHbS聚聚合合形形成成长长棒棒状状聚聚合合物物,使使细细胞胞镰镰变变变变形形能能力力低低引引起起血血粘粘度度增增高高,导导致致溶溶血血、贫贫血血、血管梗阻性继发症状。血管梗阻性继发症状。Hb HbS SHbHbS S 镰状细胞病镰状细胞病 HbHbA AHbHbS S 镰形细胞性状镰形细胞性状 HbHbA AHbHbA A 正常人正常人v临床症状临床症状:v血管阻塞的继发症状:一过性剧痛(腹痛、关节血管阻塞的继发症状:一过性剧痛(腹痛、关节痛)痛),脑血管意外脑血管意外v急性大面积组织损伤:心梗,肺、肾脏损伤;急性大面积组织损伤:心梗,肺
12、、肾脏损伤;v慢性溶血性贫血慢性溶血性贫血 患者多在成年以前死亡患者多在成年以前死亡 诊断:诊断:血涂片亚硫酸钠血涂片亚硫酸钠“镰变试验镰变试验”阳阳性性 电泳:有一电泳:有一“”区带区带S S A A 镰红细胞贫血发病的分布镰红细胞贫血发病的分布ADAD(不完全显性)(不完全显性)现已发现现已发现9090余种。余种。分子机制分子机制:肽链上与血红素紧密结合的氨基酸发生: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
13、集沉淀,红细胞变形能力降低,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。内外溶血。代表疾病代表疾病:Hb BristolHb Bristol 形成原因:形成原因:链第链第6767位缬氨酸被天冬氨酸取代位缬氨酸被天冬氨酸取代 临床症状:先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大临床症状:先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大(二二)、不稳定血红蛋白病、不稳定血红蛋白病(三三)、血、血 红红 蛋蛋 白白 病病 M 病病(遗传性高铁血红蛋白病)(遗传性高铁血红蛋白病)形成原因形成原因:肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸发生
14、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,影响替代,导致部分铁原子呈稳定的高铁状态,影响HbHb正常带氧功能正常带氧功能 临床表现临床表现:紫绀和继发性红细胞增多紫绀和继发性红细胞增多 遗传方式遗传方式:ADAD(四四)、氧亲和力改变的血红蛋白、氧亲和力改变的血红蛋白病病 形成原因形成原因:由于珠蛋白基因突变致由于珠蛋白基因突变致HbHb肽链上氨基酸发生肽链上氨基酸发生置换,致使置换,致使HbHb分子与氧的亲和力增高或降低,运分子与氧的亲和力增高或降低,运输氧功能改变。输氧功能改变。临床表现临床表现:红细胞增多症和紫绀红细胞增多症和紫绀异常血红蛋白病的分子基础异
15、常血红蛋白病的分子基础 珠蛋白基因突变珠蛋白基因突变 主要类型:主要类型:(1)单个碱基置换)单个碱基置换 (2)移码突变)移码突变 (3)密码子的缺失和插入)密码子的缺失和插入 (4)融合基因)融合基因1)单个碱基置换)单个碱基置换镰状细胞贫血病镰状细胞贫血病病因:病因:链第链第6位谷氨酸被缬位谷氨酸被缬氨酸取代氨酸取代谷谷AA带负电荷带负电荷位位HbA表面表面缬缬AA不带电荷不带电荷位位HbS表面表面使红细胞扭使红细胞扭曲成镰刀状曲成镰刀状血液粘滞血液粘滞度增加度增加阻塞毛阻塞毛细血管细血管大面积组织损伤,大面积组织损伤,心肌梗塞致死心肌梗塞致死Hb SHb S Hb AHb S轻度贫轻度
16、贫血血2)终止密码突变)终止密码突变Hb 141AA 141AA 142位为终止密码子位为终止密码子 Hb 146AA 147 146AA 147位为终止密码子位为终止密码子 例例 Hb Constant Spring病因病因珠蛋白基因珠蛋白基因142位位UAA突变突变CAA链延长链延长172AAmRNA不稳定不稳定链合成减少链合成减少+地中海贫血地中海贫血3)无义突变)无义突变基因基因点突变点突变mRNA可读密码可读密码突变为终止密码突变为终止密码肽链合成提前终止肽链合成提前终止例如例如 Hb McKees-Rock病因病因:链链145位位UAU突变终止密码突变终止密码UAA肽链合成肽链合成
17、提前终止提前终止C段缺少段缺少2个个AA的异常血红蛋白的异常血红蛋白4)移码突变)移码突变5)整码突变(密码子的缺失或插入)整码突变(密码子的缺失或插入)珠蛋白基因发生珠蛋白基因发生1或或2个碱基个碱基缺失或插入,缺失或插入,138位位UCC丢失丢失C,致使其后面的碱基排列顺序依次位移,使致使其后面的碱基排列顺序依次位移,使142位终止密码变为位终止密码变为可读密码,可读密码,147位为终止密码,而使合成的肽链延长位为终止密码,而使合成的肽链延长密码子的密码子的缺失或插入缺失或插入,突变区,突变区增加或减少增加或减少部分氨基酸外,部分氨基酸外,其它部分氨基酸顺序正其它部分氨基酸顺序正常常。6)
18、融合基因)融合基因Hb Lepore、基因基因 减数分裂减数分裂错配和不等交换错配和不等交换融合基因融合基因地中海贫血地中海贫血 珠蛋白链合成数量不平衡珠蛋白链合成数量不平衡最最初初发发现现在在地地中中海海地地区区居居住住的的人人群群发发病病率率特特别别高高而而得得名名,实实际际上上世世界界各各地地都都有有发发生生,非非洲洲和和东东南南亚也比较常见。亚也比较常见。珠蛋白基因珠蛋白基因缺失缺失/突变突变导致某种珠蛋白链合成障导致某种珠蛋白链合成障碍造成碍造成链和链和链合成链合成数量不平衡数量不平衡,引起的溶血,引起的溶血性贫血称为性贫血称为地中海贫血。地中海贫血。地中海贫血地中海贫血由于由于 珠
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- 医学 遗传学 中的 分子病
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