PERM1突变致线粒体病的分子机制研究

发布时间：2020-08-22 19:19

【摘要】：线粒体疾病(mitochondriopathy diseases;MD)即因为遗传缺损而导致线粒体代谢酶缺陷,使得ATP合成障碍、能量来源不足,导致多系统疾病或组织特异性疾病,通常发生在多个系统参与并具有高能量需求的器官中,例如大脑,骨骼肌和心脏~([1])。线粒体和细胞核基因组的双重参与导致了所有可能的遗传模式——母系、X连锁、常染色体隐性遗传和常染色体显性遗传。目前,我们通过4例线粒体病家系验证已经确定四个基因突变位点,分别是PDHA1 c.262CT、ECHS1 c.5CT和c.563CT、WDR45 c.1040-1041del以及PERM1 c.87GT。因PDHA1、ECHS1和WDR45已有明确的突变致病机制研究,而PERM1突变在国内外均无相关研究,因此本文选择PERM1突变与线粒体病相关致病机制进行深入研究。PERM1在细胞核中表达较高,在葡萄糖和脂质代谢、能量转移、收缩功能、肌肉线粒体生物发生和氧化能力等方面发挥作用。PERM1单碱基突变导致线粒体病机制至今仍然不是完全清楚。关于PERM1基因相关分子机制的研究也鲜有报道。本文为进一步研究PERM1基因突变导致线粒体病的分子机制,建立了PERM1突变的细胞模型,并进行了相关线粒体方面的研究。1.我们从一个疑似患有MD的家系中,采集得到患者全血样本,经全外显子组测序分析以及一代测序验证,确定了一个PERM1基因突变,该突变位于1号外显子上即c.87GT(p.Q29H)。2.为进一步探究PERM1基因突变致线粒体病的分子机制,本文在细胞水平上进行相关研究。在HeLa细胞中瞬时转染PERM1野生型质粒和PERM1突变型质粒,通过免疫荧光以及免疫印迹实验,发现较野生型PERM1蛋白相比,突变型PERM1蛋白减少,为了进一步确定PERM1基因突变对细胞的影响,本文构建了慢病毒系统,并转导HeLa细胞和A204细胞,并筛选得出稳定表达野生型和突变型PERM1蛋白的细胞株,通过免疫印迹和免疫荧光实验得出,稳定转染的细胞与瞬时转染的细胞实验现象一致,突变的PERM1蛋白较野生型PERM1蛋白减少。另外通过实时荧光定量PCR,发现PERM1突变型细胞与PERM1野生型细胞相比,突变的PERM1基因在转录水平上低于野生型,进一步说明突变型细胞中PERM1蛋白的减少可能是由于mRNA水平发生了降低。3.为了进一步研究PERM1基因突变对线粒体相关功能的影响,我们利用构建好的细胞模型进行后续实验。利用稳定转染的HeLa细胞一方面进行线粒体膜电位的检测,发现突变型PERM1较野生型相比线粒体膜电位未发生明显变化。另一方面通过实时荧光定量PCR,发现突变型PERM1可能增加mtDNA含量,另外通过观察透射电镜发现,PERM1突变导致细胞线粒体的内部形态发生改变,嵴数量减少,这在很大程度上与线粒体疾病的发生有关。由此得出,突变型PERM1较野生型相比其mRNA表达水平降低,且突变后PERM1蛋白分泌减少,证明了蛋白的减少可能是由于mRNA表达水平的降低。另外,通过线粒体相关实验证明了PERM1基因突变会影响线粒体相关结构的改变。本文得出的数据可为临床上诊断MD提供相关依据,具有很大的医学价值。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R596
【图文】：

基因调控,过氧化物酶体增殖物激活受体,共激活剂,受体

PGC-1基因调控图

碱基错配,位点,红色,患者

图 2.1 通过 WES 确定患者致病突变位点 PERM1 87G>T红色背景代表碱基错配，黑框所圈位点为筛选出的可能致病的突变位点Figure 2.1 Determination of patient pathogenic mutation site PERM1 87G>T by WESThe red background represents the base mismatch, and the black box is the selected mutation site

家系图,家系图,指代,患者

图 2.2 家系图谱女性由圆形指代，男性由正方形指代，先证者由黑色填充指代，先证者由箭头(DHA1 突变患者家系图谱。B.WDR45 突变患者家系图谱。C.PERM1 突变患者家D.ECHS1 突变患者家系图谱。Figure. 2.2 Family map.Females are referred to by circles, men are represented by squares, patients are refer

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