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一个肌萎缩侧索硬化家系致病相关基因研究

史树贵  
【摘要】: 背景:在人类基因组计划(human genome project, HGP)中有两大部分内容,一是完成对人类基因组DNA约3×109个碱基序列的测定,同时完成对基因的染色体定位工作;二是开展基因功能研究。疾病相关基因研究不仅对于临床诊断和鉴别诊断至关重要,而且对于疾病的病因和发病机制研究有重要意义。深入理解遗传因素在疾病发生中的作用将加速新的诊断、预防和治疗方法的出现,对于深入了解由遗传因素差异引起的单基因遗传病和多基因遗传疾病如糖尿病、心脏病、精神分裂症和肿瘤等的发病及对治疗的反应的有重大意义。 肌萎缩侧索硬化是运动神经元疾病的一种亚型,是常见的神经系统变性疾病,其发病率为3~5/100,000人,主要表现为上、下运动神经元同时受累所致的肢体肌肉萎缩和瘫痪,最终多因延髓麻痹或肺部感染而死亡。目前临床上尚无能够阻止疾病发生或逆转ALS自然病程的有效治疗方法。国外研究发现,以ALS为代表的运动神经元疾病与帕金森病、Huntington舞蹈病、脊髓小脑性共济失调和阿尔采木病等神经系统变性疾病除细胞死亡在中枢神经系统中的分布不同以外,具有相同的病理生理学特点和细胞死亡方式(细胞死亡均表现为凋亡),且在病灶中均发现有不溶性蛋白质的沉积,通过某一疾病的深入研究有可能揭示许多神经系统变性疾病的发病机制,为这些神经系统变性疾病的治疗和预防打下理论基础。 FALS虽然仅占所有ALS的10%-20%,但由于与散发性ALS具有相同的组织病理学特点和临床表现,即均有明确的上、下运动神经元同时损害的依据,因此为ALS的发病机制研究提供了很好的疾病模型。 Cu/Zn超氧化物歧化酶(SOD1)是胞浆中催化超氧化物阴离子转化为H2O和O2、去除超氧化阴离子毒性的主要酶,研究发现约20%的FALS是由于位于染色体21q 的SOD1基因突变所引起。目前已发现的与FALS相关的SOD1基因突变类型多达100种以上,其中绝大多数为由于碱基替代产生的氨基酸替代,少数为碱基的缺失或插入;除了D90A错义突变为隐性遗传外,其余均为常染色体显性遗传。各种不同的SOD1突变引起的FALS患者在临床表型基本相似,但在基因外显率(一般为100%,但部分患者外显率低)、起病年龄(通常在40岁以后发病,但部分患者年青时发病)、红细胞中SOD1活性(SOD1活性通常正常,但部分患者下降)、病程(病程从1-20年不等)、病情严重程度等方面有微小差异。说明FALS可由不同的SOD1基因突变类型所引起, WP=9 即不同的SOD1基因突变引起不同的临床表型,不同的临床表型可能由不同的SOD1基因突变引起。为什么100多种不同的SOD1突变类型引起如此相似的临床表型?而且,突变的SOD1基因在出生时即已存在,而且几乎在所有组织中均表达,为什么会表现为成年人发病的、仅累及运动神经元的的神经系统变性疾病?以及SOD1基因的错义突变怎样引起中老年人快速进展的选择性运动神经元死亡?引起了所有学者的广泛关注。 此外,还被证实或推测的ALS的致病基因位点包括染色体9q34(患者在25岁以前发病,慢性进行性发展,常染色体显性遗传性状)、9q21-22(伴有额颞叶痴呆的ALS)、15q15-22和2q33(常染色体隐性遗传、青少年发病的ALS)和11号染色体的神经丝重亚单位基因。在我国还没有关于FALS致病相关基因研究的报道。我科于1999年在重庆潼南县发现的一个ALS家系具有与目前文献报道不完全相同的临床表型。我们推测,⑴ 该家系是ALS的一种新类型,由不同的基因突变引起,或者 ⑵ 与原来报道的ALS类型相同,但由相同基因的不同突变类型引起。对该家系的致病相关基因进行研究将有助于ALS的临床分型、遗传咨询及优生优育,并可能对该病的治疗和预防有重要意义;并有可能发现新的基因突变类型或新的致病基因。 目的:⑴ 采用遗传连锁分析法确定该家系致病基因是否与21号染色体上的微卫星位点D21S223相连锁。如果连锁,则对SOD1基因进行研究;如果不连锁,则进行全基因组扫描寻找其致病基因的染色体位点。⑵ 采用PCR-SSCP法寻找其致病基因。⑶ 通过总RNA的Northern blot分析对mRNA进行表达分析。⑷ 采用DNAstar软件和Silicon Graphics Inc. O2工作站中的Insight Ⅱ分子模拟软件对突变蛋白质的二、三级结构进行模建分析,以初步了解突变蛋白质的功能。 方法:对家系成员进行详细家系调查,按常规方法提取外周血基因组DNA和总RNA,采用文献报道的位于21号染色体上与SOD1基因连锁的微卫星标记D21S223引物,以基因组DNA为模板进行PCR扩增,根据获得的资料进行家系连锁分析;采用针对SOD1基因五个外显子的六对引物进行PCR扩增并进行SSCP分析寻找其突变位点;采用Northern杂交分析对mRNA进行分析。采用DNAstar软件和Silicon Graphics Inc. O2工作站中的Insight Ⅱ分子模拟软件对突变蛋白质的二、三级结构进行模建分析,初步了解突变蛋白质的功能。 结果:该家系为常染色体显性遗传,不完全外显。连锁分析发现D21S223微卫星位点的最大Lod值为3.06(θ=0.10),说明该家系致病基因肯定与D21S223位点连锁。SOD1基因是D21S223位点附近唯一的特征性基因,因此考虑SOD1基因突变可能是引起该家系发病的原因。通过对SOD1基因的5个外显子进行PCR-SSCP分析后发现,其2号和5号外显子出现


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