肥厚型心肌病相关线粒体16S rRNA 2336T>C新突变鉴定及其致病机制研究

【摘要】肥厚型心肌病(Hypertrophiccardiomyopathy,HCM)是一种以左心室及室间隔不对称肥厚为基本特征的原发性心肌病,其发病率约为0.2%,是青少年及运动员心源性猝死(SCD)的主要原因。本研究筛选到一个具有母系遗传特征的肥厚型心肌病家系。该家系所有母系成员(4/4)均患病,二维超声心动图(ECHO)检测显示其最大左心室壁厚度(MLVWT)从26.8mm至46.6mm,室间隔厚度／左心室后壁厚度(IVS/LPW)从2.86到3.99,具有典型的肥厚型心肌病特征。该家系母系成员同时伴有完全性房室传导阻滞(AVB),先证者还出现左心室重构,导致肥厚型心肌病向扩张型心肌病(DCM)转化。通过对该家系母系成员的线粒体DNA(mitochondrialDNA,mtDNA)进行全序列PCR扩增并测序,发现了一个新的16SrRNA2336T>C突变该突变进化保守性指数高达94.1%,不存在于2704个对照个体(http://www.genpat.uu.se/mtDB)和350个正常汉族人群中。2336T>C突变破坏了16SrRNA第Ⅲ结构域茎环结构处的2336U-2438A碱基配对,可能影响16SrRNA的二级结构稳定性。通过构建患者特异性永生化淋巴细胞系,发现2336T>C突变细胞线粒体DNA拷贝数比野生型细胞增加了约50%,但16SrRNA的稳态水平与野生型细胞没有显著差异；同时,线粒体核糖体大亚基结合蛋白MRPL19、MRPL23的转录水平分别显著降低了约22%、28%,MRPL19的翻译水平显著降低了约20%,表明2336T>C突变降低了线粒体核糖体相关基因的表达,可能影响线粒体核糖体组装。Westernblot分析显示,相对于野生型细胞,2336T>C突变细胞线粒体DNA编码的氧化磷酸化复合体Ⅰ亚基ND1(CⅠ-ND1)、复合体Ⅲ亚基cytb(CⅢ-cytb)、复合体Ⅳ亚基MTCO2(CⅣ-MTCO2)和复合体V亚基ATP6(CV-ATP6)的蛋白表达水平分别显著降低了约39%、41%、21%和49%(P<0.05)；核基因编码的氧化磷酸化复合体亚基CⅠ-NDUFA9、CⅡ-SDHA、CⅢ-UQCRC2、CⅣ-COXⅣ、CⅤ-ATP5A的表达量分别显著降低了约30%、37%、28%、38%和18%(P<0.05),表明2336T>C突变导致的线粒体核糖体组装异常可能会进一步影响线粒体蛋白表达。透射电镜观察结果显示,野生型细胞的线粒体呈圆形或椭圆形,线粒体嵴丰富、结构清晰,而2336T>C突变细胞的线粒体呈长柱状,线粒体嵴结构紊乱,且可见断裂的线粒体嵴。此外,2336T>C突变细胞的线粒体数目显著高于对照组的野生型细胞,这与肥厚型心肌病发生机制的“能量补偿”假说相吻合。线粒体功能研究显示,2336T>C突变细胞的线粒体呼吸速率(OCR)显著降低了约37%,线粒体相关ATP合成显著降低了约29%。由线粒体功能异常导致的活性氧(ROS)产生显著增加了约52%。这表明2336T>C突变导致线粒体功能障碍。此外,通过外显子PCR扩增并测序对四个常见的肥厚型心肌病致病基因(包括MYH7、MYBPC3、TnT2和TnI3)进行突变筛查,未能发现潜在的致病性突变。然而,鉴于该家系母系成员临床表型的个体差异,尚不能完全排除其它因素(包括核致病基因、修饰基因及环境因素等)参与该家系肥厚型心肌病发生、发展的可能性。综上所述,16SrRNA2336T>C突变导致线粒体核糖体相关基因的表达水平下降,可能影响线粒体核糖体组装,导致线粒体蛋白表达缺陷和线粒体功能障碍。线粒体功能异常引起的心肌细胞供能(ATP)不足和氧化损伤(ROS)可能是16SrRNA2336T>C突变参与该家系肥厚型心肌病发生的主要分子机制。总之,本论文首次发现伴完全性房室传导阻滞的母系遗传性肥厚型心肌病相关的线粒体16SrRNA2336T>C新突变,系统研究了该突变导致肥厚型心肌病的致病分子机制,为肥厚型心肌病的诊断和治疗提供了新思路。
【作者】宋艳瑞；
【导师】严庆丰；
【作者基本信息】浙江大学，细胞生物学，2014，博士
【关键词】肥厚型心肌病；母系遗传；线粒体DNA；2336T>C突变；

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