第八章 生化遗传病

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)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。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α- 、β- 珠蛋白mRNA ，便于克隆α、β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 ４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α链：（α、γ）141个氨基酸Hb一、二级结构氨基酸按照一定顺序形成多肽链类α链：（α、γ）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、α 螺旋类β链：（β、δ、γ、ε）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α珠蛋白Gene定位——16p13。 类β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。 α珠蛋白Gene 5个基因 5`-ζ-ψζ-ψα1-α2-α1-3` β珠蛋白Gene簇 6个基因 5`-ε-γG-γA-ψβ1-δ-β-3`

11.  G A ψ1   11p15 2 1 ψ 2 1 16 p13 2 1 2 1 类珠蛋白基因簇:  基因有两个: 2、1 12 /12 每个正常个体： 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 ⑴ 胚胎早期先合成和→HbGowerⅠ 同时或稍后合成和→GowerⅡ、 Portland ⑵ 12周时和逐渐消失，链迅速增加， 开始合成，HbF为主。 ⑶ 妊娠末期和出生不久， 链迅速降低， 链迅速增加，HbA为主。

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`---ε--------Gγ----Aγ------δ-------β---3` 5` Hb Gower1 Hb Portland 胚胎 ζ ζ2ε2 ζ2 Gγ2 ζ2 Aγ2 胎儿 α2 Hb Gower1I HbF HbA2 HbA α2ε2 α2 Gγ2 α2δ2 α2β2 α2 Aγ2 成人 α1 3`

15. G A 1   珠蛋白链      2 1  2 1 Hb22 22 22 22 22 22 胚胎Hb 胎儿Hb 成人Hb Hb类型 基 因 转录 翻译 GowerⅠ GowerⅡ Portland Ｆ Ａ２ Ａ

16. H b 类型： • 成人Hb ： Hb A 22 97～98% Hb A222 2～3% Hb F 22＜1% • 胎儿Hb： Hb F 22 • 胚胎Hb： Hb GowerⅠ 22 (妊娠12周内）Hb Gower Ⅱ 22 Hb Portland 22

17. 四、α、β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 α gene E1 INV E2 INV E3 1 30 31 104 105 β gene

18. 2、基因表达 E1 E2 E3 5`—— ------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-α、β地贫

20. 一）基因突变致珠蛋白异常----质变异常血红蛋白病的分子基础一）基因突变致珠蛋白异常----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. 谷氨酸 缬氨酸 （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） 6GAA → GUA

22. S Ａ 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：① 血涂片“镰变试验”阳性 ② 电泳：有一“Ｓ”区带

23. 正常RBC 镰状RBC

25. Sickle cell anemia Diagnosis: hemoglobin electrophoresis Hb A Hb s Hb C/A2

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. 173 精----终止 精---谷胺---丙-------谷 3、终止密码突变： 终止密码→编码氨基酸密码，肽连延长。 例： Hb Constant Spring 142CGU UAA→ CGU CAA GCU-- UAA

29. （二） 移码突变： 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. 91 95 98 89 90 96 97 98 AGUGAGCUGCAC GUG （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。 • 珠蛋白基因缺失/突变导致某种珠蛋白链合成速率降低，造成α链和非α链合成不均衡，引起溶血性贫血， • 称为地中海贫血。

33. α链合成减少/缺如——α地中海贫血， 简称α地贫。 α链合成减少/缺如→β链合成→过剩→β四聚体 地中海贫血 β链合成减少/缺如——β地中海贫血 简称β地贫。β链合成减少/缺如→α 链合成→过剩→α四聚体 特点：ＨbＡ↓ 都表现为低色素性贫血

34. （一）、α地中海贫血 • 1 α地中海贫血的特点 • 大多数地贫是由于αGene 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αGene——16p13 α2 α1 α2 α1 • 缺失一个α基因——为α+地贫，α链合成减少。 • 缺失两个α基因——为α0地贫，α链不能合成。

35. 2 1 2 1 (o地贫) – –／– – – –／       地中海贫血（地贫） 正常人： 2 １／2 １ 地贫的类型： 纯合子 杂合子 (＋地贫) – ／–  – ／

36. α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 • - -/- - α0地贫 无α链，γ4HbBarts胎儿水肿 纯合子 （严重缺氧、贫血、心衰） 3 - -/- α α0α+α链↓，β4HbH 溶血性贫血 杂合子 • - -/αα α0αA α链↓，代偿轻型，轻或无症状 杂合子 合成 -α/- α α+纯合子 1 - α/αα α+αA 代偿合成α链静止型 无症状 杂合子

39. 2、α地贫的分子基础 • 依αGene改变： • Gene缺失型（缺失1～４Gene），不等交换。 • 非缺失型 ： 突变、无义突变、移码突变、终止密码突变。

40. （二）、β地中海贫血 β珠蛋白Gene 突变或缺失降或缺如→β珠蛋白链合成速率下 降→溶血性贫血 β0地贫：β链完全不能合成 β地中海贫血 β+地贫：β链部分合成

41. 临床类型 Gene型 Gene产物 症 状 重型β地贫 β+/β+ β0/ β0 纯合子 β0/β+杂合子 β链无or↓ HbA无or↓ γ链合成 ↑，HbF，HbA2↑ 溶血性贫血（依赖输血） 地贫面容（颜面颅骨变形） 肝脾显著增大 轻型 β+/βA β0/βA杂合子 β链部分合成 HbF↑ HbA2↑ 轻度溶血性贫血 中间型 β+/β+变异纯合子 合成较多的β链 症状介于重和轻之间 （不需输血） 1、临床类型 主要有四种类型 胎儿RBC持续增多症 δ、β和γ链合成增加 缺失/突变 成人HbF 增加，无症状

44. 2、β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β链。 如： ⑴ 无义突变：密码子 17（A→C），43 （ G→T），β0地贫 ⑵ 移码突变：41/42（-TCTT），71/72 （+A），β0地贫 ⑶ 起始密码突变：ATG→AGG，β0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： ⑴ 内含子I GT→AT丧失一个剪切信号。 ⑵ 新的切点产生 同义突变→激活→I和 Exon隐蔽裂解位点 如：GGT→AGT 产生新的剪切点

47. 3/ 启动子区突变 降低mRNA的转录效率→β+地贫。突变破坏了TATA Box。 例：-28位A→G 4/ RNA 裂解信号β珠蛋白Gene3侧翼序列中保守序列 AATAAA→AACAAA，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： ①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α地贫的主要原因突变是引起β地贫的主要因素。