1、Molecular diagnosis for mitochondrial related disorders2（Mitochondrion）1.1.真核细胞中的细胞器，真核细胞中的细胞器，二分裂方式进行新陈代谢二分裂方式进行新陈代谢，平均寿命，平均寿命1010天天2.2.多数细胞含几个到几千个线粒体多数细胞含几个到几千个线粒体3.3.每个线粒体含每个线粒体含2-10 2-10 线粒体线粒体DNADNA（mtDNAmtDNA）3线粒体功能Mitochondrial Disease.Chest 2001;120:634648 ATP能量代谢能量代谢其他功能其他功能 储存钙离子储存钙离子 调节膜电
2、位并控制细胞程序性死亡调节膜电位并控制细胞程序性死亡 细胞增殖与细胞代谢的调控细胞增殖与细胞代谢的调控 合成胆固醇及某些血红素合成胆固醇及某些血红素 产热产热 Wikipedia线粒体病线粒体病 Mitochondrial disordersMitochondrial disorders发现发现-1962 年，Lufe 等发现一位年轻的瑞典妇女伴有异常增高的基础代谢率，同时伴有线粒体结构的异常和氧化磷酸化功能的异常。直到1988年，Wallace 等报道了首例由线粒体 DNA突变引起的人类疾病，明确了mtDNA 突变可引起人类疾病。定义定义-是遗传缺陷引起线粒体异常，致使ATP合成障碍、能量来
3、源不足等导致的一组异质性病变，又称为线粒体细胞病。发病率发病率-约为1:5000（约每5000人中1人发病）Smeitink 2006线粒体病线粒体病 mitochondrial disordersmitochondrial disorders 是一组高度临床变异性和遗传异质性的疾病线粒体蛋白16,569 bp circular double stranded(mtDNA)20%1,500 nuclear genes 80%structural protein of the OXPHOS complexes protein required for assembly of OXPHOS com
4、plexes proteins involved in mtDNA translation proteins involved in mtDNA maintenance proteins involved in mitochondrial fusion and fissionDouglas C.Wallace,18171819Shoubridge,2001;Schapira，2000进一步导致线粒体功能异常：底物的运输缺陷；底物的利用缺陷；柠檬酸循环异常；氧化磷酸化脱偶联；呼吸链异常。发病特点发病特点v 核基因突变常染色体隐性、显性遗传或X-连锁遗传 v 线粒体基因突变母系遗传 （突变的mtD
5、NA在母血增加，受累及的后代发病频率增加）mtDNA突变与临床表型之间关系复杂，主要表现为同一种mtDNA突变可以引发多种不同的疾病表型，而同一种疾病表型又可以由多种不同的mtDNA突变诱导。遗传异质性婴幼儿起病较常见 编码线粒体结构蛋白的核基因突变编码线粒体结构蛋白的核基因突变进行性外眼肌麻痹（PEO）、线粒体神经肠胃脑肌病、Leigh氏综合征 线粒体蛋白质翻译相关的核基因突变线粒体蛋白质翻译相关的核基因突变2004年Miller等首次报道核基因编码的线粒体核糖体蛋白亚单位16(MRPS16)纯合突变，导致先天畸形伴张力衰竭、四肢水肿、肝转氨酶活性升高并乳酸亚基中毒症，该女婴在出生后3天死亡
6、。核基因突变线粒体基因突变 突变的影响：引起呼吸链功能缺陷 氧化磷酸化酶异常 阈值效应：组织特异性 突变的 mtDNA 在复制分离时可能不均等分配 母系遗传：不同突变后代发病风险不同。相比A8344G突变，携带 A3243G 突变的母系后代更容易发病。突变分布：同质性各器官组织分布相同 异质性不同组织、细胞分布不同 一般特点1112线粒体基因线粒体基因q同质性（同质性（Homoplasmy）q0 或或 100%q异质性（异质性（Heteroplasmy）q 0-100%核基因核基因q纯合子（纯合子（Homozygous）q0 或或 100%q杂合子（杂合子（Heterozygous）q50%1
7、3线粒体基因突变点突变点突变 目前已报道的mtDNA 点突变将近330种，涉及mtDNA编码的各个基因，其中结构基因突变177种、tRNA基因突变137种、rRNA基因突变12种、D-Loop区突变2种 LHON、线粒体脑肌病合并乳酸血征及卒中发作综合征、肌阵挛癫痫、破碎红纤维病、母系遗传糖尿病伴耳聋综合征等重排重排 重排突变逾数百 遗传性痉挛性截瘫等 (http：/www.mitomap.org)遗传方式复杂遗传方式复杂q常染色体隐性遗传（常染色体隐性遗传（Autosomal RecessiveAutosomal Recessive）q常染色体显性遗传（常染色体显性遗传（Autosomal
8、DominantAutosomal Dominant）q性连锁遗传（性连锁遗传（Sex linkedSex linked）q母系遗传（母系遗传（Maternally inheritedMaternally inherited）临床表型复杂临床表型复杂q累及多系统（累及多系统（Multisystemic involvementMultisystemic involvement）q影响几乎所有组织器官（影响几乎所有组织器官（Any organ or Any organ or tissue can be affectedtissue can be affected）1516线粒体病的共同临床特点l
9、婴儿期发病：常见于婴儿伴随COX阴性肌纤维、脑病和Leigh综合征。l 儿童发病：见于MELAS、MERRF、Leigh病、线粒体肌病、线粒体心肌病和KSS。l 中枢神经系统损害：共济失调、癫痫、肌张力下降、脊髓病等l 周围神经损害：交感神经病出现在MNGIE和Wolfram综合征l 视听神经损害：视神经病出现在Leber病和显性遗传视神经萎缩1型 听力丧失出现在KSSl 肌肉病 见于线粒体肌病、MELAS和KSS。眼外肌麻痹见于KSS和PEO（高度临床变异性）Chinnery et al.Lancet 2000线粒体疾病的生化诊断线粒体疾病的生化诊断当患者基因变异不能被确定时，完整的生化检查
10、可以辅助诊断。当患者基因变异不能被确定时，完整的生化检查可以辅助诊断。代谢产物分析代谢产物分析（血液、尿液、脑脊液等）（血液、尿液、脑脊液等）血液可以正常，但脑脊液多异常血液可以正常，但脑脊液多异常，（动脉比静脉好）；，（动脉比静脉好）；乳酸乳酸/丙酮酸比高丙酮酸比高(50:1)提示呼吸链受到阻断。正常不除外线粒提示呼吸链受到阻断。正常不除外线粒体疾病体疾病。酶测定酶测定 氧化磷酸化（氧化磷酸化（OXPHOS）系统的酶活性测定）系统的酶活性测定。（western、比色法等）比色法等）方法不稳定方法不稳定 一般情况下，一般情况下，血清血清CK（肌酸激酶）（肌酸激酶）正常或轻度升高正常或轻度升高；
11、升高升高占占30%见于慢性进行性眼外肌麻痹；见于慢性进行性眼外肌麻痹；mtDNA丢失丢失时时非常高。非常高。J inherit Metab Dis.2011 April;34(2):283-29219线粒体疾病的生化诊断线粒体疾病的生化诊断当患者基因变异不能被确定时，完整的生化检查可以辅助诊断。当患者基因变异不能被确定时，完整的生化检查可以辅助诊断。肌肉活检肌肉活检线粒体病的肌肉病理改变特点：线粒体病的肌肉病理改变特点：（1）出现线粒体结构异常、细胞色素阴性肌纤维或）出现线粒体结构异常、细胞色素阴性肌纤维或破碎红破碎红纤维（纤维（RRF）为主要病理改变。为主要病理改变。（2）上述病理改变出现的
12、频率高。上述病理改变出现的频率高。（3）缺乏其他的肌肉病理改变。）缺乏其他的肌肉病理改变。J inherit Metab Dis.2011 April;34(2):283-292A A 符合线粒体脑肌病各综合征的临床表现符合线粒体脑肌病各综合征的临床表现 如KSS、CPEO、MELAS、MERRF 等；多系统不明原因发病多系统不明原因发病 必须至少三个系统出现临床症状必须至少三个系统出现临床症状 除先证者外，至少有一个母系家族成员有发病可能除先证者外，至少有一个母系家族成员有发病可能 排除其它代谢和非代谢疾病排除其它代谢和非代谢疾病B B 肌活检肌活检在骨骼肌中存在在骨骼肌中存在2%2%破碎样
13、红肌纤维破碎样红肌纤维主要诊断标准(Bernier et al,2002)(3,5)21C C 有以下一种或多种呼吸链酶活性受抑制的表现有以下一种或多种呼吸链酶活性受抑制的表现：5050岁以下肌活检岁以下肌活检COXCOX阴性肌纤维阴性肌纤维2%2%；50 50岁以上肌活检岁以上肌活检COXCOX阴性肌纤维阴性肌纤维5%5%；任一组织中呼吸链酶活性任一组织中呼吸链酶活性20%20%；任一细胞系中呼吸链酶活性任一细胞系中呼吸链酶活性30%30%；多于两组织内相同呼吸链酶活性多于两组织内相同呼吸链酶活性30%30%；主要诊断标准次要诊断标准：A 症状符合线粒体脑肌病的临床表现；症状符合线粒体脑肌病
14、的临床表现；至少以下一种提示肌肉中线粒体异常的表现：至少以下一种提示肌肉中线粒体异常的表现：30503050岁肌活检岁肌活检RRFRRF在在1%2%1%2%；30 30 岁以下肌活检出现岁以下肌活检出现RRFRRF；电镜下见广泛线粒体异常；电镜下见广泛线粒体异常；B 至少一种呼吸链功能受抑制的表现：至少一种呼吸链功能受抑制的表现：生化或极谱描记的呼吸链复合物活性在生化或极谱描记的呼吸链复合物活性在20%30%20%30%；用免疫方法证实呼吸链复合物表达减少；用免疫方法证实呼吸链复合物表达减少；(Bernier et al,2002)(3,5)次要诊断标准：C 发现可能相关的发现可能相关的mtD
15、NA 异常；异常；D 一种或多种氧化磷酸化受损的表现：一种或多种氧化磷酸化受损的表现：脑脊液或血中乳酸、丙酮酸和脑脊液或血中乳酸、丙酮酸和(或或)丙氨酸增高；丙氨酸增高；若疑为若疑为KSSKSS，脑脊液蛋白质增高；，脑脊液蛋白质增高；PETPET或或31P-MRS31P-MRS证实肌肉或脑代谢降低；证实肌肉或脑代谢降低；最大氧分压、平均氧分压或乳酸阈值降低。最大氧分压、平均氧分压或乳酸阈值降低。(Bernier et al,2002)(3,5)u 符合以上符合以上2 2个主要诊断指标或个主要诊断指标或1 1个主要诊断指标及个主要诊断指标及2 2个次要个次要诊断指标的即为确诊线粒体病；诊断指标的
16、即为确诊线粒体病；u 符合符合1 1个主要诊断指标及个主要诊断指标及1 1个次要诊断指标或至少个次要诊断指标或至少3 3个次要个次要诊断指标的为拟诊线粒体病；诊断指标的为拟诊线粒体病；u 符合符合1 1个主要诊断指标或在符合临床表现的基础上还具备个主要诊断指标或在符合临床表现的基础上还具备1 1个次要诊断指标的为疑诊线粒体病。个次要诊断指标的为疑诊线粒体病。J inherit Metab Dis.2011 April;34(2):283-292线粒体病诊断时应注意线粒体病诊断时应注意 基因诊断与生化检查如能量代谢情况、呼吸链和酶复合体活基因诊断与生化检查如能量代谢情况、呼吸链和酶复合体活性等相
17、结合性等相结合 要区分病理性突变和正常衰老所致的线粒体基因突变要区分病理性突变和正常衰老所致的线粒体基因突变 线粒体基因异常与临床表现的严重程度之间存在量效关系线粒体基因异常与临床表现的严重程度之间存在量效关系 散发与遗传的相关性散发与遗传的相关性 ，诊断是否遗传需排除环境、药物和，诊断是否遗传需排除环境、药物和衰老等因素衰老等因素26q线粒体基因组及其表达系统线粒体基因组及其表达系统qhttp:/www.mitomap.orghttp:/www.mitomap.orgq线粒体基因组与细胞核基因组的相互关系线粒体基因组与细胞核基因组的相互关系q线粒体基因组变异与疾病线粒体基因组变异与疾病27q
18、 人类线粒体基因组人类线粒体基因组Light strand:8 tRNA and 1 mRNA(ND6)Heavy strand:14 tRNA,2 rRNA,and 12 mRNAPolycistronic with posttranscriptional processing 基因组小基因组小,仅仅16569 bp 双链环状双链环状DNA 13 结构基因结构基因/mRNA 22 tRNA 基因基因 2 rRNA 基因基因 12S rRNA 基因基因 16S rRNA 基因基因 非编码区非编码区 D-loop（约约1120bp）L链链复制起始区复制起始区（约约3050bp，tRNAAsn-t
19、RNACys）高突变率高突变率 The two strands of mtDNA are differentiated by their nucleotide content with the guanine rich strand referred to as the heavy strand,and the cytosine rich strand referred to as the light strand.The heavy strand encodes 28 genes,and the light strand encodes 9 genes for a total of 37 g
20、enes.Of the 37 genes,13 are for proteins(polypeptides),22 are for transfer RNA(tRNA)and two are for the small and large subunits of ribosomal RNA(rRNA).CategoryGenesNADH dehydrogenase(complex I)MT-ND1,MT-ND2,MT-ND3,MT-ND4,MT-ND4L,MT-ND5,MT-ND6Coenzyme Q-cytochrome c reductase/Cytochrome b(complex II
21、I)MT-CYBcytochrome c oxidase(complex IV)MT-CO1,MT-CO2,MT-CO3ATP synthaseMT-ATP6,MT-ATP8Transport chain(13 peptides)Many of the genes encode the transport chain:2 rRNAsMitochondrial rRNA is encoded by MT-RNR1(12S rRNA)MT-RNR2(16S rRNA).22 tRNAsThe following genes encode tRNA:Amino Acid 3-Letter 1-Let
22、ter MT DNA AlanineAlaAMT-TAArginineArgRMT-TRAsparagineAsnNMT-TNAspartic acidAspDMT-TDCysteineCysCMT-TCGlutamic acidGluEMT-TEGlutamineGlnQMT-TQGlycineGlyGMT-TGHistidineHisHMT-THIsoleucineIleIMT-TILeucineLeuLMT-TL1,MT-TL2LysineLysKMT-TKMethionineMetMMT-TMPhenylalaninePheFMT-TFProlineProPMT-TPSerineSer
23、SMT-TS1,MT-TS2ThreonineThrTMT-TTTryptophanTrpWMT-TWTyrosineTyrYMT-TYValineValVMT-TVHV2HV1340731636516024Control regionD-loop576Replication Human mitochondrial DNA(mtDNA)has three promoters,H1,H2,and L(heavy strand 1,heavy strand 2,and light strand promoters).The H1 promoter transcribes the entire he
24、avy strand and The L promoter transcribes the entire light strand.The H2 promoter causes the transcription of the two mitochondrial rRNA molecules.Transcription The process of transcription initiation in mitochondria involves three types of proteins:the mitochondrial RNA polymerase(POLRMT),2.mitocho
25、ndrial transcription factor A(TFAM),3.mitochondrial transcription factors B1 and B2(TFB1M,TFB2M).condonAnti-condonNuclear tRNAMt-tRNAGCUGCCGCAGCGGGCUGCUGC43q线粒体基因组及其表达系统线粒体基因组及其表达系统q线粒体基因组与细胞核基因组的相互关系线粒体基因组与细胞核基因组的相互关系q线粒体基因组变异与疾病线粒体基因组变异与疾病44核基因组编码了核基因组编码了1500多个多个线粒体蛋白线粒体蛋白线粒体基因组只编码了线粒体基因组只编码了13条条多
26、肽链多肽链“交叉对话（交叉对话（cross-talk）”机制机制45q线粒体基因组及其表达系统线粒体基因组及其表达系统q线粒体基因组与细胞核基因组的相互关系线粒体基因组与细胞核基因组的相互关系q线粒体基因组变异与疾病线粒体基因组变异与疾病q线粒体基因组变异线粒体基因组变异q碱基突变碱基突变：点突变。其中结构基因的点突变，与核基点突变。其中结构基因的点突变，与核基因组一样，包括同义突变和错义突变因组一样，包括同义突变和错义突变q缺失与插入缺失与插入：qmtDNAmtDNA拷贝数目突变拷贝数目突变：q线粒体基因组变异与疾病线粒体基因组变异与疾病q耳聋耳聋，LeberLeber遗传性视神经病变遗传性
27、视神经病变，糖尿病糖尿病，高血压，高血压，肿瘤肿瘤46qMELASMELAS综合征（线粒体脑肌病乳酸酸中毒及卒中样发作）：综合征（线粒体脑肌病乳酸酸中毒及卒中样发作）：qA3243G(80%),T3271CA3243G(80%),T3271C（在（在tRNA tRNA Leu(UUR)Leu(UUR)基因）基因）qMERRFMERRF（肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维）：（肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维）：qA8344G(80%),T8356CA8344G(80%),T8356C（在（在tRNAtRNALysLys基因）基因）qLeberLeber视神经病（视神经病（LHONLHON）：）：qG11778A
28、G11778A（在（在ND4ND4基因），基因），G3460AG3460A（在（在ND1ND1基因）基因）q耳聋（耳聋（DeafnessDeafness）:qA1555G,T1494CA1555G,T1494C（在（在12S rRNA12S rRNA基因）基因）qA3243GA3243G（在（在tRNAtRNALeu(UUR)Leu(UUR)基因）基因）q2 2型糖尿病（型糖尿病（Type 2 DiabetesType 2 Diabetes）:qA3243GA3243G（在（在tRNAtRNALeu(UUR)Leu(UUR)基因）基因）qNARPNARP（共济失调伴色素性视网膜炎神经病）：（共
29、济失调伴色素性视网膜炎神经病）：qT8993G,T8993CT8993G,T8993C（在（在ATPase 6 ATPase 6 基因）基因）线粒体病的分子诊断线粒体病的分子诊断标本选择：标本选择：外周血白细胞外周血白细胞最常用最常用 毛发毛发 唾液唾液 尿液尿液 骨骼肌骨骼肌检测检测 mtDNA mtDNA分子诊断的最好标本分子诊断的最好标本 检测检测已知已知DNADNA突变的方法：突变的方法：等位基因特异性寡核苷酸杂交（等位基因特异性寡核苷酸杂交（ASOASO）等位基因特异性扩增（等位基因特异性扩增（ASAASA）限制性片段长度多态性分析（限制性片段长度多态性分析（PCR-RLFPPCR-
30、RLFP）连接酶链反应（连接酶链反应（LCRLCR）基因芯片技术基因芯片技术 检测检测未知未知DNADNA突变的方法：突变的方法：单链构象多态性（单链构象多态性（PCR-SSCPPCR-SSCP）变性梯度凝胶电泳（变性梯度凝胶电泳（DEEGDEEG）异源双链分析（异源双链分析（HAHA）DNA DNA序列测序序列测序 变性高效液相色谱（变性高效液相色谱（DHPLCDHPLC）分子诊断方法49q核基因突变（核基因突变（nuclear gene mutationsnuclear gene mutations）q氧化磷酸化系统由核基因编码的蛋白质氧化磷酸化系统由核基因编码的蛋白质,例如例如:Surf
31、1,:Surf1,SCO2,NDUFV1,NDUFS1,etc.SCO2,NDUFV1,NDUFS1,etc.q呼吸链缺陷呼吸链缺陷:重复、缺失重复、缺失q线粒体线粒体DNADNA点突变（点突变（mtDNA point mutationsmtDNA point mutations）qLHON,MELAS,MERRF,NARP,etc.LHON,MELAS,MERRF,NARP,etc.qmtDNAmtDNA缺失缺失/重复（重复（mtDNA mtDNA Deletions/duplicationsDeletions/duplications）qeg.KSS,Pearson synd,diabet
32、es&deafnesseg.KSS,Pearson synd,diabetes&deafnessq未知遗传（未知遗传（unknown inheritanceunknown inheritance）50q与耳聋相关的与耳聋相关的mtDNAmtDNA突变突变q耳聋相关的耳聋相关的mtDNAmtDNA突变的检测突变的检测q“千手观音千手观音”2121位聋哑演员中位聋哑演员中 18 18人有药物史人有药物史q部分患者使用正常部分患者使用正常剂量也会致聋剂量也会致聋q“一针致聋一针致聋”现象现象突变位点突变位点基基 因因同质性同质性/异质性异质性疾疾 病病首次报道首次报道aT961delT+C(n)in
33、s961insC12S rRNA同质性同质性药物性耳聋药物性耳聋/非综合征型耳聋非综合征型耳聋Bacino et al.(1995)Tang et al.(2002)T1095C12S rRNA同质性同质性/异质性异质性药物性耳聋药物性耳聋/非综合征型耳聋非综合征型耳聋Thyagarajan et al.(2000)C1494T12S rRNA同质性同质性药物性耳聋药物性耳聋/非综合征型耳聋非综合征型耳聋Zhao et al.(2004)A1555G12S rRNA同质性同质性/异质性异质性药物性耳聋药物性耳聋/非综合征型耳聋非综合征型耳聋Prezant et al.(1993)G1606At
34、RNAVal异质性异质性综合征型耳聋综合征型耳聋Tiranti et al.(1998)A3243GtRNALeu(UUR)异质性异质性综合征型耳聋综合征型耳聋van den Ouweland,et al.(1992)G7444ACO1/tRNASer(UCN)同质性同质性/异质性异质性药物性耳聋药物性耳聋/非综合征型耳聋非综合征型耳聋Pandya et al.(1999)A7445GCO1/tRNASer(UCN)同质性同质性/异质性异质性非综合征型耳聋非综合征型耳聋Reid et al.(1994)7472insCtRNASer(UCN)同质性同质性/异质性异质性综合征型耳聋综合征型耳聋T
35、iranti et al.(1995)T7511CtRNASer(UCN)同质性同质性/异质性异质性非综合征型耳聋非综合征型耳聋Sue et al.(1999)T7512CtRNASer(UCN)同质性同质性/异质性异质性综合征型耳聋综合征型耳聋Nakamura et al.(1995)A8344GtRNALys异质性异质性综合征型耳聋综合征型耳聋Shoffner et al.(1990)G8363AtRNALys异质性异质性综合征型耳聋综合征型耳聋Santorelli et al.(1996)T14709CtRNAGlu同质性同质性综合征型耳聋综合征型耳聋Rigoli et al.(2001
36、)G15927AtRNAThr同质性同质性药物性耳聋药物性耳聋/非综合征型耳聋非综合征型耳聋Wang et al.(2008)53q与耳聋相关的与耳聋相关的mtDNAmtDNA突变突变q耳聋相关的耳聋相关的mtDNAmtDNA突变的检测突变的检测qPCR-RFLPPCR-RFLP技术技术qDHPLCDHPLC技术技术qDNADNA测序技术测序技术q基因芯片技术基因芯片技术检测位点检测位点引物序列引物序列(53)退火温度退火温度()产物长度产物长度(bp)A1555GC1494TCGA TCA ACC TCA CCA CCT CT58802TGG ACA ACC AGC TAT CAC CAA7
37、445GACG CCA AAA TCC ATT TCA CT58987CGG GAA TTG CAT CTG TTT TT54对对1642 例氨基糖苷类诱发的非功能性耳聋例氨基糖苷类诱发的非功能性耳聋汉族聋儿进行线粒体汉族聋儿进行线粒体 12S rRNA 变异检测变异检测J.Lu et al./Mitochondrion.2010,10(4):3803905556q12S rRNA 基因中有基因中有 68 个核个核苷酸变异苷酸变异q所有的核苷酸变异均为同质所有的核苷酸变异均为同质性性q68 个核苷酸变异中，有个核苷酸变异中，有 3 个个 C1494T q其余其余 65 个变异为个变异为 A15
38、55G575859q与与 Leber Leber 遗传性视神经病变相关的遗传性视神经病变相关的 mtDNA mtDNA 突变突变qLeber Leber 遗传性视神经病变相关的遗传性视神经病变相关的 mtDNA mtDNA 突变常用突变常用检测技术检测技术Lebers Hereditary Optic Neuropathy(LHON)LebersHereditary inherited from mitochondrial DNAOptic affects the eyeNeuropathy disease/abnormality of nervous systemqDegeneration
39、of retinal ganglion cells and their axonsqInherited from maternal mitochondrial DNAqOccurs during young adulthoodAcute Phase:qPainless,acute onset of central vision lossqLoss of visual acuity/colourqonce symptoms appear in one eye,other eye affected weeks laterSub acute Phase atrophy of optic disc l
40、egally blindAsymptomatic until visual blurring developsqMaternal inheritanceqMutation occurs in mitochondrial DNA(mtDNA)qOnly the egg contributes mtDNA to the embryoGenetics of LHONGenetics of LHON(1)G11778A:50-60%LHON population(2)G3460A:8-25%LHON population(3)T14484C:10%LHON populationG14459A T144
41、84CqLHON is predominant in malesqStudies looking at x-linkage have not been confirmed nor statistically significant1177834601448470%Europeans90%Asians86%Quebec CanadiansDue to Founder Effect （奠基者效应）（奠基者效应）Koreansqpresence of mixture of more than one type of organellar genome ie mtDNAqNumerous cell d
42、ivisions and thus lots of time is required for mutant alleles to be expressed in mitochondriaqSymptoms dont appear until adulthoodqAlso implicated as the reason for variability in severity of vision lossqPhotoreceptorsqInterneuronsqRGC(retinal ganglial cells)qNeurons qAxons make up optic nerve Retin
43、aqFire action potentialsqHuge ATP demandqVery sensitive to energy supply and mitochondria defectsqEspecially RGCs for central visual fieldqLimited regeneration abilitiesqOther neurons in the body can be affected too(CNS+PNS)This results in Lebers Plus Movement disordersTremorsCardiac conduction defe
44、ctsMS-like（多发性硬化样）（多发性硬化样）featuresATP DemandLeberOxidative Phosphorylatione-Transport ChainROSReactive O2 SpeciesOxidative stressRGCe-prematurely leak to O2 aka.NADH DehydrogenaseMitochondrial MatrixIntermembrane Space3 point mutations4e-+4H+O2 2H2Oe-+O2 O2-Less ATPLeberATP DemandOxidative Phosphory
45、latione-transport chainROSReactive O2 SpeciesOxidative stressMore SuperoxideO2-RGCqLeber:oxidative stress+ATP deprivation qAtrophy:wearing away of tissue qChronic oxidative stress:Apoptosis(cell death)The link is important!qGenetic Testing for the maternally inherited mitochondrial DNA.qAvoid potent
46、ial environmental precipitants such as tobacco and excessive alcohol.qAvoid medications which have been shown to induce the disease(Ethambutol乙胺丁醇乙胺丁醇,Chloramphenicol氯霉素氯霉素)qVision damage from degeneration of optic nerveqMaternally inherited through mtDNAq3 point mutationsqComplex I ROS(reactive oxy
47、gen species)qTreatmentqAntioxidantsqInhibit mitochondrial-dependent apoptosis79突变位点突变位点基因基因同质性同质性/异质性异质性首次报道首次报道*G3316AND1同质性同质性Saillard et al.(2000)T3394CND1同质性同质性Hofmann et al.(1997)G3460A*ND1同质性同质性/异质性异质性Huoponen et al.(1991)C3497TND1同质性同质性Kong et al.(2003）G3733AND1同质性同质性/异质性异质性Valentino et al.(2
48、004)C4171AND1同质性同质性/异质性异质性Kim et al.(2002)T4216CND1同质性同质性Torroni et al.(1994）A4435GtRNAMet同质性同质性Herrnstadt et al.（2002）G7444ACO同质性同质性Huoponen et al.（1993）T10663CND同质性同质性Brown et al.(1995)G11696AND4同质性同质性/异质性异质性Zhou et al.（2006）G11778A*ND4同质性同质性/异质性异质性Wallace et al.(1988)T12338CND4同质性同质性Wong et al.（2
49、002）G14459AND6同质性同质性/异质性异质性Jun et al.(1994)C14482G/AND6同质性同质性/异质性异质性Howell et al.(1998)T14484C*ND6同质性同质性/异质性异质性Johns et al.(1992)A14495GND6异质性异质性Chinnery et al.(2001)T14502CND6同质性同质性Ozawa et al.（1991）C14568TND6同质性同质性Wissinger et al.(1997)A14693GtRNAGlu同质性同质性/异质性异质性Tzen et al.（2003）A15951GtRNAThr同质性同
50、质性Li et al.（2006）q原发性突变：原发性突变：G3460A，G11778A，T14484C的突变，占全部的突变，占全部LHON的的 80-90q继发性突变：继发性突变：T3394C，T4216C，C4019T，G5244A，C4777T，G9438A，G13708A，G15257Aq新新突变：突变：A4435G q位于位于tRNAMet 基基因因q可以可以调节调节ND4 G11778A 突变突变的的外显率外显率80A4435G可以调节可以调节ND4 G11778A 突变突变的外显率的外显率tRNAMet81q与与LeberLeber遗传性视神经病变相关的遗传性视神经病变相关的mt
