核修饰基因MTO2的新功能发现及其机理研究

【摘要】： 核修饰基因所编码的蛋白质本身不诱导任何病变,但是可以抑制或增强线粒体DNA(mtDNA)突变的致病性,也可能是定位于线粒体的一种组织特异的功能性多态,对mtDNA引起的致病表达有重要的调控作用。因线粒体功能缺陷导致的线粒体疾病,涉及线粒体基因组突变、核基因突变、及环境因素等复杂机制,深入阐明三者的相互作用关系具有重要的理论意义,进而指导线粒体疾病的诊断、预警、和治疗等,具有重要的潜在应用价值。 核修饰基因MTO2编码5-甲基-氨甲基-2-硫甲基转移酶。本实验室曾率先克隆了该基因,并对其功能进行了初步研究。表明MTO2是核基因编码的、进化上高度保守的线粒体功能蛋白。当酵母mtDNA存在C1409G(与人类mtDNA编码的12SrRNA的A1555G同源突变),即巴龙霉素抗性突变(P_(454)~R)时,核修饰基因MTO2突变菌株显示呼吸缺陷表型。 在上述研究的基础上,并论文主要探讨了核修饰基因MTO2与氨基糖苷类抗生素(主要是新霉素)的相互作用,并获得以下创新成果。 1、首次发现敲除MTO2基因显著抑制酵母mtDNA P_(454)~R突变引起的氨基糖苷类抗生素敏感性。具体结果如下:(1)在含有新霉素的葡萄糖培养基(GYP)上,mtDNA为野生型、MTO2敲除与否,相应的酵母菌株的生长没有显著差异;mtDNA完全缺失、MTO2敲除与否,相应的酵母菌株的生长也没有显著差异;然而,当mtDNA存在P_(454)~R突变时,MTO2野生型菌株几乎完全不能生长,而MTO2敲除菌株的生长只受到部分抑制,表现二者对新霉素的敏感性存在显著差异。(2)在不含新霉素的GYP培养基上,所有菌株的生长没有显著差异。 2、从全基因组水平对上述MTO2新功能进行了初步机理研究。基因芯片结果显示:当mtDNA存在P_(454)~R突变时,不经新霉素处理,敲除MTO2基因显著促进rRNA代谢相关基因表达,降低葡萄糖酵解相关基因的表达水平;新霉素处理后,MTO2基因敲除与否,rRNA代谢相关基因表达水平没有显著差异,却极大促进了糖酵解途径相关基因的表达。表明敲除MTO2基因抑制了P_(454)~R突变相关的氨基糖苷类抗生素的敏感性。其分子机制并不是改变了P_(454)~R突变引起的rRNA结构,而是通过促进糖酵解途径产生更多的ATP,从而弥补因P_(454)~R突变和氨基糖苷类抗生素造成的线粒体功能缺陷。