与母系遗传非综合征型耳聋相关的线粒体tRNA~(His)12201T>C突变的分子致病机制研究

【摘要】：耳聋是重大公共卫生问题,全球约有3.6亿耳聋人口。线粒体tRNA基因突变是母系遗传性耳聋的重要致病因素。本实验室前期发现了一个母系遗传性非综合征型耳聋大家系携线粒体tRNAHis12201TC (m.12201TC)突变,该突变破坏了tRNAHis受体臂上高度保守的(5A-68U)碱基配对。本论文深入探讨了m.12201TC突变的分子致病机制,包括m.12201TC突变对线粒体功能、线粒体自噬等影响。 将来源于m.12201TC突变患者永生化淋巴细胞系的线粒体导入线粒体DNA缺失的ρ0细胞,构建了具有相同核背景的转线粒体融合细胞模型。研究结果显示,突变型tRNAHis分子的电泳迁移速率小于野生型分子,突变细胞株的tRNAHis稳态水平较野生型下降了～70%,而tRNAHis的氨基酰化水平却上调了～60%。提示m.12201TC突变改变了tRNAHis的构象,降低了其稳态水平,细胞可能通过提高tRNAHis的氨酰化水平来增强tRNAHs稳定性,而突变tRNAHis与其他同源氨基酸的错误结合也可能导致tRNAHis的氨酰化水平上升。 在携带m.12201TC突变的细胞中,线粒体DNA编码的多肽合成出现不同程度的下降,从37%到81%不等,均值约为46%。m.12201TC突变细胞株的线粒体基础OCR, ATP偶联OCR和最大OCR分别下降了58%、57%和57%,经线粒体氧化磷酸化产生的ATP降低了31%,此外,线粒体膜电位下降了80%,ROS产生增加32%。由m.12201TC突变引起的tRNAHis代谢紊乱,造成线粒体翻译缺陷,严重影响了线粒体呼吸以及氧化磷酸化产能。线粒体呼吸链复合体的稳定性或活性降低导致线粒体膜电位下降,ROS产生增加,并最终导致细胞功能障碍。 细胞自噬是一种主要的细胞质量控制机制,负责大规模蛋白质聚集物和线粒体等细胞器的选择性降解。其中,通过自噬体与溶酶体融合而将底物降解的大自噬是线粒体自噬的主要途径。本文对携带m.12201TC突变的转线粒体细胞的自噬状态进行了分析。结果显示,m.12201TC突变细胞株的大自噬水平较野生型下降了-48%,线粒体自噬水平下降了～52%,线粒体自噬关键基因PINK1和Parkin的蛋白表达量平均分别下降了38%和33%；当自噬体的溶酶体降解途径被抑制时,突变型细胞株自噬体标记蛋白LC3-Ⅱ的累积速率大于野生型细胞株,与线粒体编码蛋白一致。结果提示,m.12201TC突变细胞可能为避免过度自噬导致细胞凋亡或坏死,降低了细胞大自噬以及线粒体自噬水平；同时,为控制线粒体质量,细胞可能加快线粒体自噬速率,加速降解蛋白合成缺陷的线粒体,以维持胞内稳态。 综上,本文深入研究了m.12201TC突变导致线粒体功能障碍和线粒体自噬的分子机制,为母系遗传性耳聋等线粒体疾病的致病机制研究提供了新的视角。