一个Axenfeld-Rieger综合征患者致病基因突变检测与功能研究

摘要

Axenfeld-Rieger综合征(ARS)是一种罕见的常染色体显性遗传病,发病率为1:200000。其主要临床症状为眼前段、颅面部、脐和牙齿等发育异常,约50％的病人会发展为青光眼,部分患者还伴随垂体功能异常、中耳耳聋、心脏缺陷、尿道下裂、生长迟缓和智力低下等症状。目前,已发现两个ARS的致病基因PITX2和FOXC1,分别位于染色体4q25和6p25区域。此外还有一个致病位点位于染色体13q14区域,尚未发现致病基因。
　　我们收集并鉴定了一名ARS患者,该患者眼睛发育异常、双目有翳,视力低下,畏光;牙齿缺失,所见为义齿;指(趾)甲大小正常,但未见继续生长;肚脐向外突出。首先对 PITX2基因的所有外显子及外显子和内含子交界处进行直接测序,将测到的序列与正常的PITX2基因序列比对,发现患者PITX2基因4号内含子的-11位有一个A到 G的碱基改变,即 IVS4-11A>G。对患者的母亲、小姨和同母异父弟弟的PITX2基因进行测序,结果显示他们并不携带这一改变。患者父表型也正常,我们推测患者携带的IVS4-11A>G可能是一个新发改变。生物信息学预测该改变可能产生一个新的剪切受体位点。该基因在外周血中表达量很低,为了验证 IVS4-11A>G改变是否影响剪切,我们从患者和正常人的基因组中分别构建了包含碱基改变位点的微小基因载体,分别转染Hela细胞,并进行RT-PCR和测序分析,结果发现该碱基改变导致剪接方式的改变,即RT-PCR产物引入4号内含子3’端的10个碱基,导致PITX2在131位氨基酸处发生移码,产生一个预测包含246个氨基酸的新蛋白(突变的PITX2)。预测该突变的PITX2缺失部分同源结构域(homeodomain, HD)和全部的OAR(otp aristaless and rax)结构域,打乱了PITX2的核定位信号(nuclear localization signal, NLS),影响PITX2的细胞核定位。为了检验该突变体的功能,我们构建野生型和突变型PITX2-pEGFP-C1载体,转染Hela细胞并用共聚焦显微镜观察,发现突变蛋白的亚细胞定位确实发生了改变。与正常蛋白全部定位于细胞核内不同,突变蛋白主要分布在细胞质中,且定位于细胞质中的蛋白分布不均匀,有明显的点状聚集。并且突变蛋白绝大部分与内质网共定位,仅有少部分与高尔基体共定位。
　　PITX2在脊椎动物的心脏、肺、大脑、牙齿和垂体中广泛表达,它参与Nodal-Shh通路和Wnt-Frizzled-β-catenin通路,在胚胎发育早期起重要的调控作用。参与调控眼前段发育的DKK2基因和参与调控牙齿发育的DLX2基因等都是PITX2的下游靶基因。IVS4-11A>G突变导致PITX2缺失部分HD结构域和全部的OAR结构域,可能丧失特异性结合DNA以及转录激活的能力,并且导致部分突变蛋白不能进入细胞核内,这都将使PITX2无法发挥转录激活下游靶基因的能力,不能正常调控眼前段和牙齿的发育,从而导致ARS的发生。总之,本研究通过分子遗传学和分子生物学等手段,确定了一个ARS患者的致病基因和突变,并对该突变的功能进行初步研究,初步揭示IVS4-11A>G突变导致ARS可能的发病机制。

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1 前 言

1.1 Axenfeld-Rieger综合征概述

1.2 本研究涉及的相关实验技术

2 研究对象、材料及方法

2.1 研究对象

2.2 实验材料

2.3 主要研究方法

3 实验结果

3.1 Axenfeld-Rieger综合征患者的临床诊断

3.2 测序分析及生物学软件预测

3.3 IVS4-11A>G改变对PITX2基因mRNA剪切的影响

3.4 PITX2突变蛋白的亚细胞定位研究

4 讨论

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录1