分子病 - 血紅蛋白病(講課用)VIP

人類疾病的分子遺傳學(xué):血紅蛋白病,內(nèi)容提示,分子?。╩oleculardisease)血紅蛋白病（hemoglobinpathy）血紅蛋白類型（HbF,HbA2,HbA)及發(fā)育變化遺傳控制：類鏈（排列、定位）類鏈（排列、定位）異常血紅蛋白病及分子基礎(chǔ)地中海貧血：地貧（基因型，臨床癥狀，分子基礎(chǔ)）地貧（基因型，臨床癥狀，分子基礎(chǔ)）,分子病MoleculardiseaseGene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。1949年P(guān)aulingL對鐮狀細(xì)胞貧血病患者的血紅蛋白HbS電泳分析，推論其泳動異常是分子結(jié)構(gòu)改變所致，從而提出分子病的概念。分子病的種類：依據(jù)蛋白質(zhì)功能可將其分為1、運(yùn)輸?shù)鞍撞?、凝血及抗凝因子缺乏癥3、免疫球蛋白病4、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白病5、受體蛋白病6、膠原蛋白病,血紅蛋白病Hemoglobinopathy：由于珠蛋白分子結(jié)構(gòu)異?；蚝铣闪慨惓Ｋ鸬募膊　Ｊ浅Ｒ姷倪z傳病之一，從分子結(jié)構(gòu)到發(fā)病機(jī)理研究的均較清楚，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，便于克隆其cDNA4）血紅蛋白異常引起的疾病種類很多,人類疾病的分子遺傳學(xué)血紅蛋白病,第一節(jié)血紅蛋白概述第二節(jié)血紅蛋白基因第三節(jié)Hb病的類型和分子基礎(chǔ),第一節(jié)血紅蛋白概述-Hb的組成、結(jié)構(gòu)及類型,正常Hb的組成是一種結(jié)合蛋白：血紅素珠蛋白（Heme)(globin)每個Hb單體是由一條珠蛋白肽鏈和一個血紅素組成的。個Hb單體一個球形四聚體,一,血紅蛋白鏈,血紅蛋白的一、二級結(jié)構(gòu)：氨基酸排列順序及多肽鏈螺旋類鏈：（、）141個氨基酸類鏈:（、）146個氨基酸,血紅蛋白鏈，螺旋結(jié)構(gòu)。,三級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu),血紅蛋白的類型,成人Hb：HbA229798%HbA22223%胎兒Hb：HbF222G22A2胚胎Hb：HbGower222G22A2(妊娠12周內(nèi))HbGower22HbPortland22,三,血紅蛋白類型,第二節(jié)血紅蛋白基因,排列緊密，有共同起源，含有假基因7個基因，定位于16p135-1-2-2-1-36個基因，定位11p155-2-G-A-1-3-3,珠蛋白基因特點(diǎn),珠蛋白Gene簇,珠蛋白Gene簇,珠蛋白基因簇,16p13.33-p13.11,1115.5,珠蛋白基因簇:,二、Hb發(fā)育演變與遺傳控制,胚胎早期先合成和HbGower（22）同時或稍后合成和HbGower（22）HbPortland（22）12周時和逐漸消失，鏈迅速增加，開始合成，HbF為主（22）。妊娠末期和出生不久，鏈迅速降低，鏈迅速增加，HbA為主（22）。,Hb發(fā)育演變,Gower,基因,Gower,Portland,F,轉(zhuǎn)錄翻譯,Hb發(fā)育遺傳控制,三、珠蛋白基因結(jié)構(gòu)及表達(dá),珠蛋白基因：IVS1由117bp組成，位于31和32密碼子之間，IVS2由149或140bp組成，位于99和100密碼子之間。珠蛋白基因：IVS1含130bp，位于30和31密碼之間，IVS2大約含850bp，位于104和105密碼子之間。,基因結(jié)構(gòu):非常相似，均為3個外顯子，2個內(nèi)含子(IVS1、IVS2）,1313299100141,13031104105146,珠蛋白基因結(jié)構(gòu),珠蛋白基因結(jié)構(gòu),珠蛋白基因表達(dá),E1E2E35-3TranscriptionProcessing5-Cap-polyAAAAAmRNATranslation,珠蛋白基因表達(dá)特點(diǎn),發(fā)育階段特異性53順次表達(dá)、關(guān)閉合成場所特異性卵黃囊、胎肝、骨髓表達(dá)數(shù)量協(xié)調(diào)性類、類鏈維持1：1的比例總之，珠蛋白基因的表達(dá)具有時空特異性、精確的協(xié)調(diào)性,第三節(jié)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)。由珠蛋白基因突變引起珠蛋白質(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)稱血紅蛋白病,血紅蛋白病分類,異常Hb?。夯蛲蛔儗?dǎo)致珠蛋白結(jié)構(gòu)改變例如：鐮狀細(xì)胞貧血地中海貧血：基因突變導(dǎo)致珠蛋白肽鏈合成缺乏或合成量異常如、地貧,異常血紅蛋白病,由于珠蛋白基因突變導(dǎo)致珠蛋白肽鏈結(jié)構(gòu)異常，如有臨床表現(xiàn)者稱為異常血紅蛋白病。,主要類型：（1）鐮狀細(xì)胞病（2）不穩(wěn)定血紅蛋白?。?）血紅蛋白M病（4）氧親和力改變的血紅蛋白病,一、鐮狀細(xì)胞病,遺傳方式：AR,形成原因：鏈第6位谷氨酸被纈氨酸取代，形成HbS。在缺氧情況下，HbS聚合形成長棒狀聚合物，使細(xì)胞鐮變變形能力低引起血粘度增高，導(dǎo)致溶血、貧血、血管梗阻性繼發(fā)癥狀。,HbSHbS鐮狀細(xì)胞病HbAHbS鐮形細(xì)胞性狀HbAHbA正常人,.,在已發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)異常血紅蛋白中僅約40%表現(xiàn)出一定的功能障礙。異常血紅蛋白有臨床表現(xiàn)者才稱為異常血紅蛋白病(或綜合征)。主要有兩類。鐮形細(xì)胞貧血(sicklecellanemia)又稱HbS病是最早闡明發(fā)病機(jī)理的分子病。這是因鏈珠蛋白基因結(jié)構(gòu)改變而致的一種疾病，呈常染色體隱性遺傳?；颊叩募t細(xì)胞在缺氧的情況下變成鐮刀形，因而得名。發(fā)病的分子基礎(chǔ)是鏈基因的一個堿基對GAG(A)變?yōu)镚TG(A)，致使血紅蛋白的鏈N端第6位的谷氨酸被纈氨酸取代形成HbS，谷氨酸為帶負(fù)電荷的極性親水氨基酸，而纈氨酸為不帶電荷的非極性疏水氨基酸，這種位于血紅蛋白表面的氨基酸的電荷改變，可使血紅蛋白的溶解度大大降低，當(dāng)氧分壓低時(如血液流至毛細(xì)血管處)，HbS會形成棒狀凝膠結(jié)構(gòu)，使紅細(xì)胞扭曲成鐮刀狀，紅細(xì)胞的變形性降低可引起溶血。,.,另一方面，紅細(xì)胞的鐮形病變使血粘度增高，阻塞毛細(xì)血管，引起組織器官缺血缺氧，導(dǎo)致脾腫大，和一過性劇痛(肌肉骨骼痛、腹痛，即鐮形細(xì)胞痛性危象)；急性大面積組織損傷可發(fā)生在心、腦、肺、股骨頭、視網(wǎng)膜等處，導(dǎo)致這些器官永久性功能喪失。HbS純合體為鐮形細(xì)胞貧血；雜合體表現(xiàn)為鐮形細(xì)胞性狀，大部分無癥狀，但偶有表現(xiàn)為輕度慢性貧血。,.,HbS病到目前為止尚無有效治療，患者多在成年前死亡。因此檢出雜合子，避免雜合子結(jié)婚是杜絕患兒出生的關(guān)鍵。近年來，各種DNA診斷手段幾乎都是在HbS的研究中首先取得突破。如后面將要介紹的限制性內(nèi)切酶法、寡核苷酸探針分子雜交法、斑點(diǎn)雜交法和PCR技術(shù)等。,.,下圖,一個基因缺陷會導(dǎo)致多種癥狀,鐮狀細(xì)胞病,.,鐮刀狀貧血癥,由于紅血球不正常帶來嚴(yán)重后果。問題在于血紅蛋白-鏈一個谷氨酸殘基變成了纈氨酸殘基。,臨床癥狀：血管阻塞的繼發(fā)癥狀：一過性劇痛（腹痛、關(guān)節(jié)痛）,腦血管意外急性大面積組織損傷：心梗，肺、腎臟損傷；慢性溶血性貧血患者多在成年以前死亡診斷：血涂片亞硫酸鈉“鐮變試驗(yàn)”陽性電泳：有一“”區(qū)帶,.,鐮刀形紅細(xì)胞,.,有意思的是在非洲大陸某些地區(qū)鐮刀狀貧血癥發(fā)病率高，攜帶者也多。這些地區(qū)恰恰又是一種惡性瘧疾流行地區(qū)。分析表明，鐮刀狀貧血癥缺陷基因攜帶者比正常人對惡性瘧疾有抗性。,圖四,.,下圖,正常紅血球鐮刀狀紅血球,.,血紅蛋白-鏈上谷氨酸變成纈氨酸,鐮刀狀貧血病的分子機(jī)理,返回,.,返回,鐮刀狀貧血病基因高頻地區(qū),惡性瘧疾流行地區(qū),異常血紅蛋白病的分子基礎(chǔ)珠蛋白基因突變,主要類型：（1）單個堿基置換（2）移碼突變（3）密碼子的缺失和插入（4）融合基因,一）單個堿基的替代（占90%）1、錯義突變是由于單個核苷酸的改變導(dǎo)致由特定三聯(lián)體密碼子編碼的氨基酸的改變。例：HbS,2、無義突變原密碼子終止密碼肽鏈合成提前終止例：HbMckees-Rock145,DNA144145146147HbAAAGUAUUCGUAAHbMcKees-RockAAGUAA,PROTEIN144145146147HbALysTyrHis（終止）HbMcKees-RockLys（終止）,3、終止密碼突變終止密碼編碼氨基酸的密碼，導(dǎo)致肽鏈異常延長。例：HbConstantSpring142,DNA139140141142143HbAAAAUACCGUUAAGCUHbConstant-SpringAAAUACCGUCAAGCU,PROTEIN139140141142143HbALysTyrArg（終止）HbConstant-SpringLysTyrArgGlnAla-172,二）移碼突變在正常密碼子中插入或缺失一個或幾個堿基,導(dǎo)致該位點(diǎn)后面編碼的氨基酸種類順序改變.例：loss正常Hb137-ACCUCCAAAUACCGUUAA蘇-絲-賴-酪-精-終HbWayneACCUCAAAUACCGUUAAG蘇-絲-冬胺-蘇-纈-賴,插入AG,三）整碼突變密碼子的三個堿基同時缺失或插入,例：HbGunHill89AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCACGUG98-絲谷亮組半胱門冬賴亮組纈-,-絲谷亮組纈-(91-95缺失，后面氨基酸順序不變）,四）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.產(chǎn)生原因：減數(shù)分裂時同源染色錯誤配對，使基因之間發(fā)生不等交換。下圖中的HbLepore是由、鏈連接而成，稱而反Lepore是由、鏈連接而成，稱鏈,二、地中海貧血珠蛋白鏈合成數(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，實(shí)際上世界各地都有發(fā)生，非洲和東南亞也比較常見。珠蛋白基因缺失/突變導(dǎo)致某種珠蛋白鏈合成障礙造成鏈和鏈合成數(shù)量不平衡，引起的溶血性貧血稱為地中海貧血。,地中海貧血由于珠蛋白基因的缺失或缺陷使鏈的合成受到抑制而引起的溶血性貧血。特點(diǎn)：b都表現(xiàn)為低色素性貧血,地中海貧血由于珠蛋白基因的缺失或缺陷使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,地中海貧血,每條16號染色體上有兩個Gene缺失程度不同，鏈合成部分或完全受到抑制，導(dǎo)致不同類型的地貧。若一條染色體上缺失一個基因（）為+地貧，鏈合成減少。若一條染色體上兩個基因均缺失（）為0地貧，鏈不能合成。,.,地中海貧血(thalassemia)地中海貧血是由于珠蛋白基因的缺失或缺陷，使某種珠蛋白肽鏈的合成受到抑制所引起的溶血性貧血癥。根據(jù)受影響的珠蛋白的不同，主要可分為地中海貧血(簡稱地貧)和地中海貧血(簡稱地貧)。(1)地中海貧血地貧主要是由于珠蛋白基因的缺失，使珠蛋白肽鏈合成受到抑制而引起的溶血性貧血。如果在1條16號染色體上的2個基因的缺失稱為地中海貧血1(簡稱地貧1)；如果只有1個基因缺失稱為地中海貧血2(簡稱地貧2)。臨床上根據(jù)基因缺失的數(shù)目不同，可分為四型。,.,.,.,HbBart胎兒水腫綜合征4個基因全部缺失，胎兒鏈完全不能合成，導(dǎo)致鏈聚合成4。由于4首次發(fā)現(xiàn)于StBartholomew醫(yī)院，故命名為HbBart。4對氧的親合力高，造成組織缺氧，故胎兒在子宮內(nèi)常因發(fā)生嚴(yán)重水腫而死亡。本病在地貧高發(fā)區(qū)時有發(fā)生。據(jù)廣西區(qū)人民醫(yī)院報告，該院婦產(chǎn)科圍產(chǎn)期死亡胎兒總數(shù)的26.3%是HbBart胎兒水腫綜合征。HbH病4個基因中有3個缺失，只有少量鏈合成，鏈相對過剩而自行聚合成4，即HbH。HbH具有較高的氧親和力，使組織供氧不足。另外HbH不穩(wěn)定，容易解聚沉淀而破壞紅細(xì)胞，導(dǎo)致輕度至中度貧血，黃疸和肝脾腫大。,.,.,輕型(標(biāo)準(zhǔn)型)4個基因有2個缺失，本型患者可能產(chǎn)生輕度貧血。靜止型4個基因中只有1個基因缺失，本型無癥狀。,胎兒水腫,地中海貧血,珠蛋白Gene突變或缺失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+地貧：鏈可部分合成,.,Gower,基因,Gower,Portland,F,轉(zhuǎn)錄翻譯,Hb發(fā)育遺傳控制,.,地貧基因的遺傳缺陷,地貧多為基因的點(diǎn)突變所致。有些點(diǎn)突變使鏈完全不能生成，稱0地貧；有些突變僅使鏈生成減少，稱+地貧。據(jù)此可將地貧分為：+/0/；+/+；+/0；0/0；,患兒顱骨及面頰部骨骼增大，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(nèi)外板變薄，板障增寬，在骨皮質(zhì)間出現(xiàn)垂直短發(fā)樣骨刺,-地中海貧血的分子基礎(chǔ),地中海貧血已發(fā)現(xiàn)100多種突變類型，包括點(diǎn)突變和基因缺失。,絕大多數(shù)地中海貧血是由于基因發(fā)生點(diǎn)突變所致，突變涉及基因內(nèi)及側(cè)翼序列。,（1）編碼區(qū)突變（2）非編碼區(qū)突變（3）啟動子區(qū)突變（4）RNA裂解信號突變（5）加帽位點(diǎn)單個堿基突變,編碼區(qū)突變mRNA穩(wěn)定性降低或形成無功能mRNA,（1）無義突變密碼子17：AC密碼子43：GT0地貧（2）移碼突變密碼子71/72：+A密碼子41/42：TCTT0地貧（3）起始密碼突變ATGAGG0地貧,內(nèi)含子IGTAT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Exo