【doc】三核苷酸序列重复与神经遗传病

【doc】三核苷酸序列重复与神经遗传病 三核苷酸序列重复与神经遗传病 7 ? 综述? j檬猿 r 钟i乃禹 三核苷酸序列重复与神经遗传病 张颍冬踪述 t一——一 J 三核苷酸(trinucleotide)或三联体(trip[et)重复是 指基因组DNA中有三个核苷酸序列出现重复的现象. 此三联体重复序列可出现于基因编码区域.可致单个 氨基酸的重复合成.人类基因蛆DNA最常见的三联体 重复包括CGG,CAGCAA,TAA和GAG,而在双链 DNA中,任何一种三接苷酸可有6种阅读框架读法, 如CAG等同于AGC(~A,CTG,TGC及GCT.这些 重复序列的长度同镦卫星序列或DNA中短小重复序 列一样,在人群问常常是多态性的. 一 , 三联体序列的不稳定扩展与神经遗传病 近年来发现一些神经系统遗传病与此三联体序列 的不稳定扩展(unstableexpansion)有关.而这些遗传 均有早现遗传(anticipation)现象,即遗传家系中子代发 病者的发病年龄要早于先代病者,且病情亦重于先代 病者,甚至病程亦短于先代. 1,强直性肌营养不良(Myotonicdystrophy, DM)口一. DM是以肌强直和进行性肌无力,萎缩为特征的 常染色体显性遗传病,常伴有白内障,前额秃发,睾丸 萎缩,尚可有智力迟钝等.肌电图示肌强直放电.该病 有明显早现遗传现象.DM的致病基因DM?1.即肌强 直素(myotonin)基因定位于常染色体l9q13.3].有与cAMP依赖性蛋白激酶高度同源区域,主要在脑,心及 肌冉达.此基因已被克瞳,在其3'不翻译区古有 CTG重复序列.正常人群中此CTG重复序列长度高 度多态化?有5,30次重复.而DM患者此序列重复次 数明显增多.常可达5O次至数百次甚至数千次.且此 增多扩展的程度与病情严重性呈正相关. 2,Huntington氏病(HD) HD是以慢性进行性舞蹈样动作及痴呆为主要柱 床特征,病理上以基底节及大脑皮质变性为主的常染 色体显性遗传病.本病多发于成人.部分(约1/10)可儿 童及青少年期发病,有早现遗传现象,子代发病要较先 代病者早8,10年,由此推测在其致病基因中存在有 三联体序列重复的扩展. HD基因已定位于常染色体4pl6.3,基因产物为 亨廷顿素(huntingtln)].广泛表达于脑及外周组织,蛋 ?373? 2己 椠秀龄审校 人/1, 白分子量约有348KD.采用外显手捕获技术判明,在其 基因位上有称为ITI5兴趣转录15(interestingtran. script15)基因,其5'端含有CAG三联体序列重复,正 常人此序列重复次数为11,3I,而HD病人崩可选37 ,86次(中位数45),此序列重复次数与患者发病年龄 呈反相关,但对大多数HD患者并不匏以其CAG序列 重复欢数来推测发病年龄.此HD等位基因长度的遗 传变异报大,性别问差别也很大.HD发病为母代遗传 时,子代此等位基因长度变化仅为多几个CAG重复序 列,即子代的这个等位基因长度近似于母亲而父代遗 传时,这个等位基因长度变化可有增加2/3~2倍的差 别.Norremolle等对HD遗传家系指出,母代遗 传HD,子代的CAG序列重复数平均仅较母代多0.08 个重复单位;而父代遗传的HI),子代此重复序列数平 均较父代多2.92个重复单位.另外,子代较先代重复 序列增多大于5个重复单位的仅见于父一子遗传 3,脊髓小脑性共济失调(Spinocerebellarataxia, SCA) SCA是指一组以小脑,脊髓及脑干神经元变性,临 床以小脑性共挤失调为主要特征的常染色体显性遗传 性疾病,有早现遗传现象.根据Harding_.对成人常染 色体显性遗传性小脑性共济失调(autosomaldominant cerebellarataxia,ADCA)分为四型,其中第一型即AD- CAI(临床表现为小脑性共济失调伴视神经萎缩眼肌 麻痹,痴呆,肌萎缩和锥体外系体征)即为SCA.临床常 诊断为Marie氏共济失调症,橄榄桥脑小脑萎缩症 (OPCA),晚发性小脑皮质萎缩症等.根据SCA基因定 位,现已发现SCA的分类及基因定位有SCAI(6p22-- 23),SCA2(12q23—24.1),SCA3(14q24.3—32.2), SCA4(16q24一qter),SCA5(1l染色体着丝粒区).另 外.现将马查多一约瑟夫病(Machado--Jos~phdisease. MJD)(14q24.3--32)以及齿状棱红棱苍白球路易体萎 缩(DRPLA)(12p12,tel')亦归类于ADCAI型.新近 发现这类疾病与三联体序列重复稳定扩展有关m. 经科 作者单位:51008.广州中山医科大学第一附属医院神 一 , 盛 ? 374? SCA1基因定位于6p22--23,与徽卫星标记D6S89 相距5cm,其基因产物为共济失调寨一l(ataxin— 1),后者功能尚不明.近年Orr等发现其基因内 有CAG三核苷酸重复序列的不稳定性增多,其增多次 数与发病年龄呈负相关,即序列重复次数多则发病早; 他们指出正常人SCAI基因位点上CAG重复序列数 目多在19—36次以下且其中又常有一个或多个CAT 序列穿插,而SCAI患者此位点上CAG序列重复数目 呈不稳定性增多,常在43,81次t青少年发病者重复 数目可迭6o以上.同HD相似,父代遗传发病者,此序 列增多更明显.Chung等."对SCA1研究得出,父代遗 传SCA1的子代患者较父代患者CAG重复序列平均 增加+3.3次(,4,+28次)而母代遗传发病者.子 母患者此序列重复数变化不太,平均一0.4次(一6, 4).Jodiee等"对SCAI家系检测分析得出类似结果, 认为此重复序列数增多与早期发病快速进展和早期 死亡密切关联?并指出此序列重复数>54时,存活率下 降Genis等Ds]进一步对一西班牙SCA1大家系分析得 出正常人此CAG重复序列数目在6,39之阃,而 SCAI患者及有发病危险的个体(at—riskindividua1)此 序列重复次数在41,59之间,父代遗传发病者此序列 数(50.2士3.43)要多于母代遗传发病者(492士5. 85),但此差异无统计学意义. SCA2,SCAa,SCA4和SCA5的啦床表现类似于 SCA1.备型相互间无特异体征可用以鉴删.只是Durr 等指出SCA1倾向于较非SCA1发病稍早,且进展 更快.这些非SCAI患者亦表现有早现遗传,但尚无对 这些SCA基因位点有三联体重复序列不稳定扩展的 实验证据报道. MJD基因位于14q32.1,在微卫星标记DI4S53 和D14S45之间的29cM间距内,SCA3位点所在的区 域亦在这MJD基因的29cM间距区域内t由于此间距 较大,且MJD临床体征较SCA3更多见有肌萎缩及面 舌肌颤搐.所以目前仍认为SCA3与MJD非相同基因 致病.MJD啦床表现类似于SCA.亦有早现遗传现 象,已发理在其基因位点有CAG重复序列的不稳定扩 展.正常人MID基因此序列重复13,36次t而MJD 患者此重复序列可扩展至68,79次"J. DRPLA以进行性共济失调伴舞蹈手足僚动,肌张 力不全,抽搐,肌阵挛及旆呆为特征,相似于SCA.有早 现遗传现象.其基因定位于12pl2--ter已证实其中有 三喂体CAG重复序列不稳定增多.正常人此序列重复 教多在8,25次,而患者多在54,68次.亦主要由父 代遗传"]. 1996年第9转第6 4,脊髓球肌萎缩症(spinalandbulbarmuscular r0phy). 率病又称为Kennedy氏病(KD),较罕见,是,种 晚发性运动神经元病,可伴有智力减退及对雄激素部 分性不敏感,为x连锁蹲性遗传.其基因定位于Xq13 基因产物为雄激素受体口].虽然尚未明确观察到车病 有早现遗传现象,但已证实其基因编码区中有CAG重 复序列数(4o,6Q)较正常人(17,26)明显增多,且增 多程度与腐情正相关. 5,脆性x综合征(FragileXsyndrome.FXS)" FXS是除Down氏综台征外最常见的遗传性x性连锁精神迟滞症,啦床以智力障碍,巨睾症,特殊面容, 太耳,语言及行为障碍为特征,主要为男性患者女性 亦可有异常表型者.FXS发病与x染色体上叶酸敏感 的桅性位点有关.FXS有两种基因型0J,基因定位分别 于Xq27.3的FXSA和Xq28的FXSE,两型有着相似 的遗传学基础,表型类似,有早现遗传现象,且于代的 外显率亦较先代增膏,母亲患者的子女患病危险性增 加.FXSA的遗传学基础在于其基因FMR一1基因上存 在CGG三联体不稳定扩展,主要位于此基因的5不翻 译区.正常人此重复序列高度多态川,于6O次数,多在 6,42次而FXS患者CGG序列重复次数增加,并随 遗传而增加.FXS家族中非患病者此序列数有5o, 200次,此称谓为"前突变(premutafion)"t进一步增多 则可致病t在患者甚至可增多达数千次.正常人FMR 1基因的tuRNA主要在脑及睾丸中表达,但对其功能 尚不了解. , 含三联体序列重复基因的功能 在正常人群中此三联体重复长度有多态性.大多 数情况下.CCG重复序列主要位于基因的5'侧翼区 而CAG重复序列则主要存在于编码区,另一常见的三 联体TAA亦主要位于不翻译区CAG三联体编码的 答氨酰胺是最常见的编码氨基酸. 在蛋白质中单个氨基酸重复是否有功能及有何 功能不明.如若有功能,则不同氨基酸重复可能会有不 同功能.重复氨基酸序列,特别是谷氨酰胺主要存在于 太多数转录因子内.在果蝇属和小鼠中t古有Opa重复 序列蛋白主要为发育期特异转录因子(developmental stagespecificlranscdplionfactor)编码{而在人类, TATA连结蛋白N末端区存在有连续38个谷胺嚣}氨 残基{对转录起重要作用的转录因子spl亦有一富含谷 胺嚣}氨区域.其它三联体重复序列亦可能与不同的蛋 白一蛋白相互作用有关,如人类的钙磷调酸酶A中的 11个脯氨酸残基可能参于介导与钙诲蛋白的结台. 三,核苷酸重复序列不稳定扩展可能致病机制. 以上这些疾病有一共同遗传突变形式,即基因内 存在有特定三核苷酸序列拷贝散不稳定增加,此序列 拷贝数的易变性不同于其先代.所以并非某一同定点 的突变.由此有称之为动态性突变(dynamicmuta— tion)?j.临床上致早现遗传.但对此三联体扩展的机制 尚不清楚.现已知有端粒酶可使有6个碱基对重复序 列的拷贝插人端粒DNA.但不知是否有酶可使3碱基 重复序列插人基因组DNA中.有推测可能与DNA复 制时一种DNA聚合酶的滑动耗损有关. 正常人含有的三联体序列重复可以是多态性的. 但有遗传稳定性;而患者其遗传过程捌是不稳定性的. 对于DM和FXS,首先会出现突变前状态的形成或等 位基因的轻度增长,而此扩展一旦发生.则此等位基因 会随代进行性增长.不稳定性增加.直致出现发病者, 患者病情又随代加重.直至基因传代终止.而已扩展基 因向正常长度回缩现象罕有,有报道DM出现此情 况. 尚不清楚此三联体序列扩展是怎样致病的.推测 可能与基因扩展过大致转录或翻译障碍引起,如大多 数男性FXS患者缺乏FMR一1mRNA}DM患者的 DM一1mRNA水平相对正常人亦下降. 四, 正常人基因组中存在有含三联体序列重复的基 因.而以上这些与三联体不稳定扩展有关的神经系统 疾病的发现,为神经遗传病提出了一种新的分类方法. 这类神经遗传病|缶床有早现遗传现象及分子遗传基础 为三联体不稳定扩展的共同特点,构成"动态突变的 形式.目前.对此类神经遗传病研究尚处初期,可望分 子生物学方法对这些三联体重复不稳定扩展的检测会 有助于此类疾病的症状前诊断,对此三联体重复序列 不稳定扩展致病机制的研究可望能揭示其致病机制实 ? 375? 质.为基因治疗提供理论依据. 参考文蕾 1R;ehardsRI,SutherhndGRCelIlg92;70:709. 2RossCA.McLnnlsMG,MargollsRL.tta1.TINSlgg3{lr6: 254 3MacmillanJC,HarperPS.JNeurMNeurmurgPsychiatl994I 57:7 4BrookJD,McCurrachME,HarhyHG.etaI_Ceu19g2{68: 7gg. 5BrummerHG,J?G,NillesenW.ec.NewEnglJMed 1993;328:476 6Huntingqon%mCollaborativeResestehGroupCell lg93:72-971. 7Norr~nol[eA.SorensettSA,FengerK,eca【ClinGenet, l995l47:ll3 8HardingAEBrainlg82;105:l gRosenbergRNNeurology1995{451 10KhatiC,StevanlnG,DtLrrA,ecaLNeurolo~1993'49 ll31. 1lServadioA,KodtyB,Ar~trongD,etalNatC-e~tl995| 10:g4. 12OrrHT.ChungM,Ban/iS.eta1.NatGEfflE't】993l4122l 13ChungM.RaDmm[.,Dudvick[,etaLNatGenetl9g3|5 254 14JodiceC.MahsgdnaP.PersichettiF,e【a1.AmJHumGenet l994{94:g? 15Ge.1sD,Mat[1hT—VoLolnlV.etdNeurology1gg5l45:24. 16EMrrA,Chneiwei~H,KhadC,LBrain1993;1l6:l497. 17KawagucMY,OkaraotoT,TamwakiM.etalNatGenet l994{8Z2l_ 18StevaninG.GuernEl,Ra鲤N.eca1.AmJHumGenet l994{54:lI 1gKoideK,IKeuchiT,OnoderaO,etaLNacG蚰1994;6:9 (收蔫l995一o9一l1) 全国神经系统免疫性疾病专研讨会征文通知 自身免疫性痰病,尤其是重症肌无力的研究近年来进展较快.为加强学术交流,明 确当前已达共识,近乎共识. 尚存分歧及有待继续深人研究之点.为此,《中华神经科杂志》编委会拟定于1997 年8月在鸟鲁木齐市召开全国 神经系统免疫性疾病学术研讨会,凡与自身免瘦性疾病有关的基础理论研究和临床研究及诊疗经验均欢迎投稿. 会议将请有关专家进行讲课.征文要求:(1)未公开发表的论文;(2)全文(4000字)和摘要(1000字,要求用四结构 式摘要)各一份(3)附单位介绍信;(4)单位名称,邮政编码,姓名及论文.必须槽字抄写清楚;(5)会议征文均不予 退稿来稿请寄北京东四西大街42号《中华神经科杂志》编辑部吕盘梅,邮政编码100710.截稿日期:1997年5月 20日.凡参加会议者颁发论文证书,不与会者则不颁发证书. 《中华神经科杂志》编委会