• xgene:疾病相关基因,耳聋,彩色,老年痴呆,帕金森


    神经元的传递:一个下游神经元,它接受其上游神经元的各个突触传过来的信号,然而,每个突触对该下游神经元的激活权重是不同的。

    从神经网络的本质上说,当人连续、多次遭受失败的时候,大脑内就会释放大量的抑制性的神经递质,会削弱突触连接。已知有一种叫γ-氨基丁酸 是强的神经抑制剂。

    耳聋基因:xgene43

    国内常规耳聋基因检测当中所测的4个耳聋相关基因。一共4个基因。它们分别是:

    • GJB2 :chr13 长臂。隐性遗传。在耳蜗细胞当中,由GJB2等 6种单体蛋白组成完整的Connexin蛋白,负责细胞内外的钾离子的电位平衡,并负责传递生物电信号。 当GJB2发生突变的时候,就会导致耳蜗的生物电信号的传递故障,进而导致耳聋。 突变类型多,黄种人中,最常见的是在第235位缺失一个C碱基(235delC);而在白种人当中,最常见的是在第35位缺少一个G碱基 (35delG)。

    • SLC26A4:别名叫:“PDS基因”,隐性遗传的。

    • 线粒体上的第1555位点A>G突变、和第1494位点C>T突变,突变本身不会导致耳聋,但会对氨基糖苷类的药物十分敏感,只要使用少量的该类的药物,就会导致不可逆的耳聋。

    • GJB3:类似GJB2,其538位C>T突变,是一个致病突变。

    原理:

    一个完整的Connexin蛋白,会在细胞膜上形成一个供离子进出的小孔。 

    来自2个相邻细胞的2个完整Connexin蛋白小孔,相互对上,就形成一个通透两个细胞的离子通道。 

    当离子通过这个离子通道时,就会在两个细胞之间引起电流、和电压的变化。而电流、和电压的变化达到一定的强度,就会引发神经细胞的兴奋,进而达到传递信号的目的。

    综合征型的耳聋,和其它的耳聋相关基因

    EDN3、EDNRB、MITF、PAX3、SNAI2、和SOX10,这些基因突变,可以会导致Waardenburg综合征。显性遗传病。

    EYA1、SIX1、和SIX5,这三个基因当中的一个发生突变,就会引起Branchiootorenal 综合征,显性遗传病。

    COL2A1 、或者COL11A1基因突变,会导致Stickler syndrome(综合征)显性遗传病。

    MYO7A、CDH23、USH2A、CLRN1,这些基因突变,会导致Usher syndrome(马谢尔综合征)。隐性遗传疾病。

    RHYH、或者PEX7基因突变导致Refsum disease,隐性遗传病。这种病的主要表现是视觉、嗅觉、和听觉丧失。

    COL4A3、COL4A4、COL4A5的基因突变,可以导致Alport综合征。它的特点是:肾脏疾病、听力下降、眼部异常。

    彩色视觉相关基因:xgene44

     直接感知彩色光波的,是三种视蛋白。它们分别感知:短、中、长,三种波长的光波。

     编码这三个视蛋白的基因,分别是:

    • OPN1SW:短420nm,蓝,chr7长臂,
    • OPN1MW:中530nm,绿,chr X长臂,与长波只有7个aa差别
    • OPN1LW:长560nm,黄绿,chr X长臂,

      

    老年痴呆基因:xgene45

    老年痴呆症,又称阿尔茨海默症(Alzheimer's disease)是一种慢性的、神经退行性疾病。

    主要的表现是:刚开始的时候,记忆力衰退;随后,语言出现问题、认知出现问题;再发展到生活不能自理,最终死亡。

    目前,已知的4个与老年痴呆症紧密相关的基因,是:

    • APP基因:编码Amyloid beta precursorprotein,即“β淀粉样前体蛋白”。
    • PSEN1基因:与下面基因序列有60%一样。
    • PSEN2基因、
    • APOE基因。它编码一个299个aa的蛋白质。是一种载脂蛋白,它参与乳糜微粒和中间密度脂蛋白代谢。APOE主要有3个等位基因:APOE2、APOE3、和APOE4。差别在于第112位、和第158位的2个氨基酸残基,是半胱氨酸,还是精氨酸。(可更详细)

    APP基因详解: 

    APP蛋白在被翻译出来之后,就被转运到细胞膜上,N端的大部分露在细胞膜外,被称为胞外域,ectodomain。

    这部分会被酶给切下来,并参与神经细胞的多种功能。动物实验表明,这个胞外域肽段,对于动物的认识功能十分重要。

    APP蛋白的C端,留在胞质内,它也会被γ分泌酶复合物给切下来,在随后的细胞内蛋白质降解过程当中,被降解掉。

    被切掉了N端、和C端之后的,剩下的中间这一段。这个中间段的N端可以是被α分泌酶在这个位置切断的,也可以是被β分泌酶在这个位置切断的。 

      • 如果它的N端是被α分泌酶切断,然后它的C端是被γ分泌酶切断,那么这个中间段就是p3肽。p3肽可以溶解在水中的,不会形成β淀粉样蛋白沉淀。 
      • 如果这个中间段的N端是被β分泌酶所切断,然后C端再被γ分泌酶切一下,那么,这样形成的中间段就是β淀粉样多肽,这会比被α分泌酶所切断的位置,多出16个aa残基。 因为这多出的16个氨基酸残基,让β淀粉样多肽在水中的溶解度变得较差。
      • 多个β淀粉样多肽很容易相互聚集起来,形成beta淀粉多肽的寡聚物、和β淀粉样蛋白沉淀。

     psen1 2 详解

     

    PSEN1和PSEN2,这两个基因所翻译出来的蛋白,都是γ分泌酶复合物的组成部分

    分泌酶复合物 在切割APP蛋白的时候 所产生的β淀粉蛋白多肽,可以40个氨基酸残基的,也可以是42个氨基酸残基的。 

    而42个氨基酸残基的β淀粉蛋白多肽的溶解度更低。更容易发生聚合、沉淀,形成斑块。所以42个残基的多肽的毒性更大。 

    PSEN1、或者PSEN2基因的突变,都会导致γ分泌酶复合物在切割APP蛋白的时候,产生更多的42个氨基酸残基的多肽。

    这就是这两种基因的突变,会导致早老性痴呆的原因。

    β 淀粉样蛋白 的致病机理

    正常情况下,溶解状态的β淀粉样多肽、β淀粉样多肽的寡聚物、和β淀粉样蛋白沉淀,这三种形式之间,是可以相互转化的。 

    在人大脑中,正常情况下β淀粉样多肽的清除速度是每小时清除8%,当产生多肽的速度大于清除的速度,就会导致β淀粉样多肽,聚集成寡聚物,或者聚集成β淀粉样蛋白沉淀。

    清除β淀粉样多肽的酶包括:脑啡肽酶(neprilysin)、胰岛素降解酶(insulin degrading enzyme)等。  

    现在已经发现的,β淀粉样多肽导致老年痴呆症的几种致病机理如下:

      • Beta淀粉样多肽聚集成的纤维,这种纤维能够引发神经元细胞的凋亡
      • Beta淀粉样多肽聚合成的纤维,会堵在神经元的突触间隙之间,直接影响神经元信号的传递
      • 溶解的β淀粉多肽,会影响tau蛋白的(被)切割、和磷酸化

    而tau蛋白的(被)切割和磷酸化,是神经元死亡 并形成神经元纤维缠结的重要原因。

    关于老年痴呆症,目前的科学研究,还只了解了一部分的发病机理。

    帕金森疾病

    主要临床表现为:静止性震颤、运动迟缓、肌张力高、走路姿势、和站立姿势都出现异常。

    同时患者还可能伴有:抑郁、便秘、睡眼障碍、和痴呆等症状。病情会逐步加重。病人从发病到死亡,可能会经历10~20年的时间。

    在所有的神经退行性疾病当中,老年痴呆症的发病率排第1,帕金森病的发病率排第2。

    已经发现的与帕金森病相关的基因有30多个。重点谈其中的5个:

      1. SNCA、
      2. LRRK2、
      3. MAPT、
      4. PARK2、
      5. PINK1:

    1,SNCA基因突变:一般是认为SNCA基因的点突变,会导致α-突触核蛋白更加容易聚集成Lewy小体;或SNCA基因拷贝数异常增加,会直接增加α-突触核蛋白的数量,过多的α-突触核蛋白,就聚集成Lewy小体。。。而Lewy小体阻碍了多巴胺的代谢,和神经元的正常功能,导致神经元的死亡。

    2,现在一般认为,LRRK2基因所表达的蛋白的功能,主是是参与细胞骨架的组装,以及参与蛋白与蛋白之间的相互作用。显性遗传。。

    3,MAPT基因,就是“微管相关蛋白tau”,编码TAU蛋白。TAU蛋白,是组成微管的一个重要组成部分。已经发现了40多种MAPT基因的突变,与帕金森病的发病相关。

    4,PARK2基因,又名Parkin基因。它编码一个泛素连接酶。

          泛素连接酶,会把细胞内的蛋白质连接上泛素,让蛋白质进入泛素降解途径,把蛋白质给降解掉。

          当PARK2(Parkin)基因发生突变,就不能把该降解的蛋白质连上泛素,这样,多余的蛋白质就不能被降解,而会堆积在细胞内。

    5,PINK1基因有“维持线粒体功能”的作用。隐性遗传的。

          在正常情况下,PINK1的蛋白可以被蛋白酶切断,并进入线粒体的内膜,发挥正常作用,而线粒体的内膜也可以保持正常的极化。

          而当PINK1的蛋白有突变的时候,它不能被蛋白酶切断,也就不能进入线粒体的内膜,这样线粒体的内膜就会去极化,最终导致神经元细胞的死亡。

          现在已经在PINK1上,发现了70多种突变,会导致帕金森病。

    一般认为,它们是通过参与以下这4个生物通路,导致帕金森病的:

    • 1,突触的神经信号传递

    • 2,细胞内的物质运输

    • 3,溶酶体的自噬作用

    • 4,线粒体的代谢

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