疾病产生的分子基础ppt课件

1第十一章疾病产生的分子基础Chapter11MolecularBasisofDiseasesDevelopment2遗传病由一或几个基因及其编码产物蛋白质的异常导致；常见复杂疾病如恶性肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病、心脑血管、高血压等发生和发展都涉及到更多蛋白质及其复合物的结构、功能和相互作用异常。疾病的本质是蛋白质功能紊乱，基本原理是各种原因引起蛋白质质和量的改变。31.基因结构的改变；2.受细胞内调节因素或其它因素影响使基因的表达发生改变；3.外来的致病基因；4.蛋白质翻译后加工及蛋白质降解发生变化。蛋白质功能紊乱的原因各不相同，具有不同分子机制。4第一节基因结构改变与疾病第二节细胞间信号异常与疾病第三节细胞内因素与疾病第四节翻译后加工运输障碍与疾病第五节蛋白质降解异常与疾病第六节病原微生物基因引起的疾病第七节疾病分子机制的研究策略5第一节基因结构改变与疾病一、基因突变二、基因突变的遗传学效应三、结构基因变异导致的疾病四、调控序列变异导致基因表达水平变化6自发性复制错误碱基脱落或部分脱落活性氧簇（ROS）物理因素紫外线电离辐射化学因素烷化剂碱基类似物修饰剂DNADNA突变的原因病原生物基因的整合7一、基因突变的多种类型1.点突变是单个碱基的替换：转换和颠换2.缺失是一个或多个核苷酸的丢失3.插入是一个或多个核苷酸的增加4.倒位是一段核苷酸序列染色体位置的改变5.基因突变还分为配子突变与体细胞突变6.动态突变指串联重复拷贝数随世代的传递而改变8例脆性X综合征“CCG”重复发生在FMR1（脆性X智力低下基因1）的5´非翻译区，拷贝数不稳定。8~50拷贝(正常人)52~200拷贝(携带者)200~1000拷贝(患者)9强直性肌营养不良3´非翻译区CTG拷贝数过度增加；Huntington舞蹈病编码区CAG拷贝数过度增加；Friedreich共济失调症内含子CAA拷贝数过度增加。101.错义突变（missensemutation）指DNA改变后mRNA中相应密码子发生改变，编码另一种氨基酸，使蛋白质中的氨基酸发生改变。二、不同的基因突变引起不同的遗传效应有些错义突变不影响蛋白质或酶的生物活性，不表现出明显的表型效应。112.无义突变(nonsensemutation)亮氨酸的密码子UUA，中间的U变为A这样一个碱基变化就会成为（终止密码子）UAA。酪氨酸的密码子是UAC，置换突变使UAC变为密码子UAG后翻译便终止。UAG、UGA、UAA终止密码子123.同义突变(synonymousmutation)：同义密码子互换性变化,所编码的氨基酸不变。例如：CUUCUCCUG→亮氨酸134.移码突变(frame-shiftmutation)1)密码子缺失或插入2)整个基因或基因大片段缺失14a.密码子缺失或插入CTGACTCCTGAGGAGAAGTCTLeuThrProGluGluLysSerCTGACTGAGGAGAAGTCTLeuThrGluGluLysSerCTGACTCCGGAGAAGTCTLeuThrProGluLysSerCCTCCTGAGGAGAAGTCTProProGluGluLysSer15b.阅读框改变CTGACTCCTGAGGAGAAGTCTLeuThrProGluGluLysSerTGACTCCTGAGGAGAAGTCTTGACTCCTGAGGAGAAGTCTCTACTCCTGAGGAGAAGTCTCTACTCCTGAGGAGAAGTCTLeuLeuLeuArgArgSer插入或缺失带来的无义突变CTGACTCCTGAGGAGAAGTCTLeuThrProGluGluLysSer165.融合突变(fusionmutation)细胞减数分裂时同源染色体不等交换而致基因间错位配对,产生两种含不同等位基因的染色体。171819白血病中部分常见的融合基因206.基因突变影响hnRNA的剪接基因突变发生在hnRNA的一级结构上特定的剪接位点上，形成新的剪接位点或使正常剪接位点消失，导致hnRNA的剪接错误，产生异常的mRNA，最终产生异常的蛋白表达产物，改变生物性状。21真核生物基因的剪接位点：由内含子的5′端“GT”和3′端“AG”，及内含子和外显子内的其它调控元件共同决定。EXON1INTRON1EXON2EXON1EXON2EXON1INTRON1EXON2hnRNASplicing?YesNo22例：家族性孤立性生长激素缺乏Ⅱ型遗传病由于GH-1基因的EXONⅢ上第5nt由G→A，破坏一个ESE，使EXONⅢ被跳过，而最终造成编码蛋白缩短，影响功能。23转入了人缺陷型的GH-1基因利用RNAi使导入基因沉默2007年24三结构基因改变导致蛋白质变化引起疾病结构基因发生改变会改变蛋白质的一级结构，进而改变蛋白质的理化性质。251.蛋白质结构变化引起的疾病（1）血红蛋白病(hemoglobinopathy)26血红蛋白结构血红蛋白是由4条肽链（两个α和两个β链）组成的。每条肽链都类似于肌红蛋白的肽链，都结合一个血红素。27血红蛋白病——镰刀形细胞贫血症2829基因突变类型异常Hb氨基酸变化临床特征错义突变HbShuangfengα27Glu→Lys(GAG→AAG)不稳定Hb病HbSβ6Glu→Val(GAG→GUG)镰刀型细胞贫血HbBibbaα136Leu→Pro(CUG→CCA)不稳定Hb病无义突变HbMckeesRocksβ145Tyr→终止(UAU→UAA)不稳定Hb病终止密码突变HbConstantSpringα142UAA→CAA(延长：142Gln---173)α-地贫血红蛋白病分子基础30基因突变类型异常Hb氨基酸变化临床特征密码子缺失HbGunHillβ91～95缺失不稳定Hb病密码子插入HbGradyα118与119间插入3个氨基酸无明显症状移码突变HbTakβ147UAA→ACUAA延长：Thr---158UAA不稳定Hb病融合突变HbLepore-Bostonδ87(Gln)-β116(His)β-地贫HbKenyaγ81(Leu)-β86(Ala)β-地贫血红蛋白病分子基础31（2）家族性高胆固醇血症LDL受体基因变异，导致其编码蛋白结构异常，功能下降或完全丧失。配体结合结构域，由LDL受体蛋白N端292个氨基酸残基组成，富含半胱氨酸。该结构中有7个由40个氨基酸残基组成的重复序列(天冬-半胱-X-天冬-甘-丝-天冬-谷)，每个重复序列中含有6个半胱氨酸残基，全部42个半胱氨酸。322.蛋白质合成量变化引起的疾病33人珠蛋白基因簇及珠蛋白基因结构34珠蛋白基因的表达在时空上受到遗传因素的精确调控，表现为以下特点：组织特异性发育阶段特异性协同性35α-地贫基因缺失类型α1α2正常基本正常αααα+轻度贫血α+α+轻度贫血αα0高度贫血α+α0HbBart’s综合征α0α036β珠蛋白结构基因突变抑制β珠蛋白合成使β珠蛋白量减少甚至完全缺失,引起β-地贫第17位赖氨酸密码子AAG(Lys)→TAG,发生无义突变,引起β0地贫;β珠蛋白基因的编码顺序内插入或缺失1、２、４或７个核苷酸，会使突变点以后的读码框遭到破坏，往往造成β-珠蛋白肽链合成提前终止，而引起β0地贫。37四、调控序列变异导致基因表达水平变化顺式作用元件的基因突变，会降低β珠蛋白基因的转录，使β珠蛋白合成减少，引起β+-地贫。TATA盒：-32（C→A)、-30(T→C)、-29(A→G)、-28(A→G)。CAAT盒：-101、-92、-88、-87、-86等位点的点突变。CAATTATACAPPolyA尾130311041051465′3′IVSⅠIVSⅡIS38启动子和外显子1之间大于10kb的缺失;另一种是启动子和外显子1之间大于6kb的缺失。两种突变都使LDL受体基因的表达能力完全丧失。LDL受体启动子变异39一些内含子的变异也会影响蛋白质的合成，使体内相应蛋白质含量减少或缺失。ApoB100基因内含子的第一个碱基会发生G→T突变，突变基因转录后生产的hnRNA，会影响ApoB100mRNA的正常剪切。40第二节细胞间信号异常导致基因表达异常引起疾病细胞间通过激素、神经递质、旁分泌信号等保持细胞间的联系，协调调节彼此的代谢。基因表达也受到细胞间信号的调控。41AFP接受异常细胞增殖信号成为肝癌发生的重要因素胚胎发育过程中,AFP增强子激活,出生后,AFP沉寂子处于活化状态。在异常细胞增殖信号的作用下,c-myc、c-fos、c-jun等癌基因表达异常增加,其表达产物与AFP基因顺式作用元件结合,激活AFP基因表达。AFP与其膜受体结合，影响TNF及其受体表达，导致肝癌细胞逃避免疫监视，并促进其生长。42粉尘刺激→肺支气管上皮、肺泡巨噬细胞→分泌TGF-β1→成纤维细胞→促细胞分裂和ECM蛋白基因表达→ECM蛋白成份合成和分泌增加（各型胶原蛋白、IL-1、TNF等）→ECM病理性蓄积，矽肺发生尘肺：长期吸入大量含游离二氧化硅粉尘引起的以肺纤维化为主要病变的疾病43第三节细胞内因素导致基因表达异常引起疾病异常的细胞内信号持续高血糖引起的糖尿病心肌病高血糖→DAG↑→⊕PKC→⊕ACE→AngⅡ↑→心肌重塑、心肌肥大。44异常的DNA甲基化（不同的DNA甲基化模式形成不同的表观遗传特征）hCG5´转录起始区低甲基化→非滋养层细胞hCG↑→受体结合→⊕cAMP→Tumor↑45ProteinscomplexedwithDNAallowformore“open”structure;canbetranscribed….Methylationleadstochangeinchromatinstructure;morecondensedstateistranscriptionallyinactive…genesare“off”…46•人绒毛膜促性腺激素(hCG)在妊娠早期维持黄体功能、促进妊娠进行和胎儿性别分化等；•肿瘤细胞中，hCG基因5’转录起始区发生去甲基化或低甲基化，形成非滋养层细胞中异位表达，具有类似与生长因子作用，激活cAMP旁路信号途径，独立地调节肿瘤细胞增殖、分化和生长。47第四节翻译后加工运输障碍与疾病新合成的蛋白质翻译后加工主要过程：去信号肽、基团修饰、折叠、亚基聚合、运输（至靶作用部位）等48白化Albinism49酪氨酸酶与Ⅰ型泛素性白化病酪氨酸酶催化结构域点突变可以使酪氨酸酶的活性降低甚至消失,黑色素合成减少或不能合成,导致Ⅰ型泛素性白化病;酪氨酸酶催化结构域以外的点突变也能导致色素缺失,蛋白质不能正确折叠.没有正常折叠的酪氨酸酶不能从内质网输出而滞留在内质网,无法完成其成熟及运输过程。50蛋白转运异常酪氨酸酶P蛋白高尔基体黑色素体P蛋白基因突变黑色素合成障碍引起Ⅱ型泛发性白化病内质网酪氨酸酶与Ⅰ型泛素性白化病51第五节蛋白质降解异常与疾病52蛋白质降解途径溶酶体：降解细胞吞入的胞外蛋白质泛素-蛋白酶体：降解胞内泛素化的蛋白质泛素(ubiquitin,Ub)E1(泛素激活酶)E2(泛素结合酶),E3(泛素连接酶)26S蛋白酶体(proteasome)蛋白的降解5354泛素-蛋白酶体系统活性被异常抑制或激活均可导致机体紊乱。2004年诺贝尔化学奖阿龙·切哈诺沃(AaronCiechanover)阿夫拉姆·赫什科(AvramHershko)欧文·罗斯(IrwinRose)55高血脂:载脂蛋白的过度降解载脂蛋白（apolipoprotein,apo):与脂质结合的运输载体泛素-蛋白酶体系统在维持正常载脂蛋白含量中起到重要的作用，该系统功能障碍，会导致载脂蛋白含量异常。ApoAⅠ,ApoB100,ApoE,etc.56阿尔茨海默病:蛋白酶体活性的抑制阿尔茨海默病（Alzheimer’sdisease,AD）是一种中枢神经系统退行性病变的疾病。临床上首先表现为近期记忆力降低,继而表现持续性智能衰退、失语、判断推理能力丧失,以及运动障碍等。AD最显著的神经病理组织学