线粒体病的基因诊断

线粒体DNA的特征
• 母系遗传（Maternal inheritance）: Exclusively from the mother • 高突变率（High mutation rate） (10-20X nDNA): limited proof reading
& repair; Lack of protective histones; ROS-rich environment.
Complex II = 4 subunits (all nDNA)
Complex III = 11 subunits (1 mtDNA, 10 nDNA)
Complex IV = 13 subunits (3 mtDNA, 10 nDNA)
Complex V = 16 subunits (2 mtDNA, 14 nDNA)
大约有1500 个基因编码蛋白参与维持正常呼吸链功能
Two genomes contribute to Mt function
两个基因组都与线粒体功能有关
Nuclear DNA
mtDNA
Communication between the two genomes 两个基因组之间的信息交流
MPV17
http://biology.about.com/od/cellanatomy/ss/mitochondria.htm
– 钙通道信号，细胞凋亡等（Calcium signaling, Apoptosis, etc.）
Mitochondria-”Power houses” of cells
（细胞的发电厂）
• “细胞的发电厂“
• 为细胞提供~90%的能量供应
• 功能:
– 脂肪酸-氧化 ( oxidation) – 丙酮酸脱羧 (Pyruvate decarboxylation)
– 三羧酸循环（TCA cycle) – 氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）
– 胆固醇代谢（Cholesterol metabolism） – 产热（Thermogenesis）
线粒体病的基因诊断
Genetic Diagnosis
of Mitochondrial Disorders
主要内容
• 线粒体生物学、遗传学简介 • 线粒体病的特征 • 线粒体病诊断的过去和现在 • 不同诊断方法在线粒体病诊断中的作用 • 小结
Mitochondrion (Mitochondria) （线粒体）
高突变率（High Mutation Rate）
10-20X higher than nuclear DNA
– limited proof reading & repair – Lack of protective histones – ROS-rich environment
异质性（Heteroplasmy）
线粒体的主要功能
通过氧化磷酸化制造~90%生 物能 三磷酸腺苷（ATP）
NADH Proton gradient NAD
FADH2
FAD
O2 ADP
H2O AT P
RC
Nuclear and Mt Contributions to the RC (呼吸链有两个基因组编码的蛋白组成）
Complex I = 46 subunits (7 mtDNA, 39 nDNA)
mtDNA
nDNA
Fra Baidu bibliotek
• 同质性（Homoplasmy）--0 or 100%
• 纯合子（Homozygous）---0, 100%
• 主要存在于有核细胞中的膜状闭环细胞器，是唯一有其独特DNA-线粒体DNA (mitochondrial DNA, mtDNA) 的细胞器
• 通常每个细胞有数百-数千个线粒体 (与耗能量成正相关)
– ~200,000/卵子; ~10/精子; 0/红细胞; ~4/血小板 (无核); 2-10 线粒体DNA/线粒体
人类线粒体DNA（Human Mt DNA)
双链（Double stranded） 闭环（Circular） 16569 bp 13 mRNA genes 22 tRNA genes 2 rRNA genes
Bidirectional promoter Light strand: 8 tRNA and 1 mRNA (ND6) Heavy strand: 14 tRNA, 2 rRNA, and 12 mRNA Polycistronic with posttranscriptional processing
(POLG)
TWINKLE
DNC
Mt DNA 复制（replication），
转录（ Transcription）翻 译（Translation）
核基因相关的 mtDNA 数量/质量 缺陷 (Depletion/Multiple deletion)
Spinazzola and Zeviani, Gene 354 (2005) 162-168
a stop(X); AGA & AGG for a stop(X) instead of arg(R); and AUA for met(M) instead of ile (I). • 瓶颈效应（Bottle neck effects）: Unaffected mom (carrier) Children (severe disease, mild disease or no disease) • 自由复制（Relaxed replication）: Independent of cell cycle (not in synchrony with nuclear DNA replication) • 单倍群及单倍型（Haplogroups and Haplotypes）
• 异质状态（Heteroplasmy）: 0%-100%(m.Mut) vs 0%, 50% and 100%
(n.Mut)
• 阈值效应-表达异质性（Threshold Effect-Heterogeneous Expression） • 非通用编码系统（Non-Universal Codon）: UGA for trp (W) instead of