第十章线粒体遗传病

医用生物学，总结了第一节·人类线粒体基因组、第二节·线粒体基因突变与相关疾病、第三节·线粒体疾病的遗传特点等相关知识点，介绍详细，描述全面，希望对感兴趣的小伙伴有所帮助！

第十章·线粒体遗传病

• 第一节·人类线粒体基因组
  • 线粒体的形态
    • 线、粒、杆状（光镜）
  • 线粒体的数量
    • 1个~50万个 代谢旺盛，线粒体多
  • 线粒体的超微结构
    • 双层单位膜
      • 外膜
        • 1/2脂类，1/2蛋白质
        • 蛋白质包括转运蛋白，形成水相通道跨越脂质双层
      • 内膜
        • 基质腔（内腔）：内膜包围的空间 膜间腔（外腔）：内、外膜之间 嵴：内膜上，向内腔突的折叠 嵴间腔：嵴与嵴间的内腔 嵴间空间：外腔向内伸的部分
        • 20%脂类，80%蛋白质
        • 通透性小，选择通透性高
    • 转位接触点
      • 内外膜相互接触的地方 蛋白质等物质进出线粒体的通道
      • 内膜转位子—通道蛋白
      • 外膜转位子—受体蛋白
    • 基质
      • 酶类
      • 独立的遗传体系
        • 双链环状DNA（线粒体特有）
        • 核糖体
    • 基粒（ATP合酶复合体）
      • 内膜的内表面，突出与内腔的颗粒
      • 基粒头部有酶活性，催化ADP磷酸化生产ATP
  • 线粒体基因组的结构
    • 线粒体内有DNA分子，是动物细胞核以外唯一含遗传信息和表达系统的细胞器
    • 遗传特点：非孟德尔遗传方式（核外遗传）
单基因遗传
    • mtDNA完整序列（剑桥序列）
    • mtDNA的组成
      • 裸露的环状双链DNA分子 外环H链，内环L链 无内含子、无终止子等调控序列
      • 编码区
        • 占mtDNA的99%，37个基因
          • 2个rRNA 22个tRNA 13个多肽链，合成蛋白质
        • ATP的能量来源于糖、氨基酸、脂肪酸的氧化 这些物质的氧化是能量转换的前提
        • 糖酵解→ATP步骤
          • 糖酵解
          • 三羧酸循环TCA
          • 氧化磷酸化
      • 非编码区
        • 占mtDNA1%，含2个片段
          • 控制区（D环区）
          • L链复制起始区
  • 线粒体DNA的复制
    • mtDNA的复制特点
      • D环复制
      • 半保留复制
      • 不对称复制
  • 线粒体基因的转录
    • 线粒体基因的转录特点
      • 2条链都有编码功能 编码产物不同
      • 对称转录 2条链，D环区的启动子同时开始转录 L链顺时针，H链逆
      • mtDNA的基因间无终止子 2条链各自产生1个巨大的多顺反子初级转录产物
      • tRNA基因位于mRNA、rRNA基因之间
      • mtDNA的遗传密码与nDNA不完全相同 UGA编码色氨酸，而非终止信号 AGA、AGG是终止信号，非精氨酸 AUA编码甲硫氨酸、启动信号，非异亮氨酸的密码子
      • 线粒体中的tRNA兼用型较强
  • 线粒体遗传系统的特点
    • 半自主性
      • mtDNA遗传信息量少，依赖nDNA编码
    • 多质性、同质性、异质性
      • 多质性：每个细胞有数千个mtDNA 同质性：所有mtDNA分子相同 异质性：突变型mtDNA与野生型共存
      • 阈值效应：突变的mtDNA达到一定比例时，才有受损的表型出现 阈值：引起功能障碍的突变mtDNA的最少数量
      • 不同组织器官对能量的依赖度不同 脑、骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏、肝脏，依赖降低
      • ATP产生少，症状重 中枢神经系统先受损，骨骼肌、心脏、胰腺、肾脏、肝脏
    • 不同的遗传密码
      • 有4个密码子的含义与通用密码不同 线粒体的tRNA兼用型较强
    • 母系遗传
      • 受精卵中的线粒体几乎全来自母亲的卵子细胞质 只有母亲能将其mtDNA传递给下一代
    • 复制分离
      • 细胞分裂时，突变型、野生型mtDNA分离 随机分配到子细胞中
      • 遗传瓶颈：相当于对线粒体进行再分配 意义：改变突变线粒体基因的比例
    • 高突变率
      • mtDNA突变率高的原因
        • mtDNA中基因排列紧凑 任何mtDNA突变可能影响基因组的功能区域
        • mtDNA是裸露的分子，不与组蛋白结合 缺乏组蛋白的保护
        • mtDNA位于线粒体内膜附近，直接暴露于呼吸链代谢产生的超氧粒子和电子传递产生的羟自由基中 极易受氧化损伤
        • mtDNA复制频率较高，复制时不对称 点突变
        • 缺乏有效的DNA损伤修复能力
• 第二节·线粒体基因突变与相关疾病
  • 线粒体基因组突变类型
    • 点突变
      • mtDNA序列上，碱基替换导致的错义突变
    • 大片段重组
      • 缺失1个/多个以上基因的片段
      • 导致氧化磷酸化功能下降，ATP合成减少，影响功能
    • mtDNA数量减少
  • 线粒体遗传病
    • 病因 mtDNA发生突变（片段缺失/点突变） ATP产生不足 细胞功能减退甚至坏死
    • 类型
      • 线粒体脑病（CNS）
      • 线粒体肌病（骨骼肌）
      • 线粒体脑肌病
    • 因突变mtDNA的异质性程度和组织分布不同 同一突变可导致不同表型 不同突变可引起同一表型
    • MERRF综合征（肌阵痉挛癫痫伴碎红纤维病）
    • LHON（Leber遗传性视神经病/遗传性视神经萎缩）
      • 母系遗传
    • MELAS（线粒体脑肌病伴乳酸血症及卒中样发作综合征）
    • 糖尿病-耳聋综合征
      • 母系遗传性糖尿病和耳聋
    • KSS（慢性进行眼外肌麻痹）
    • 三亲婴儿
• 第三节·线粒体疾病的遗传特点
  • 母系遗传
    • 只有母亲的线粒体疾病可遗传给子女 父亲的不会遗传给后代
    • 女患者的后代并非全发病，有携带者，年龄不一
      • 遗传瓶颈效应
      • 复制分离、遗传漂变现象
      • 阈值效应
  • 阈值效应
    • 不同组织器官，发病阈值不同
    • 同一组织在不同功能状态发病阈值不同
    • 不同发育阶段
    • 不同年龄阶段
  • 核质协同性
    • 线粒体有相对独立的遗传系统 mtDNA突变可导致线粒体疾病
    • 线粒体遗传系统受核基因制约
    • mtDNA突变的症状表现度与其核基因背景有关
    • 有些线粒体疾病有nDNA突变，也有mtDNA突变（KSS）