帕金森防治问答七--帕金森与基因

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  帕金森防治问答七--帕金森与基因

  十六 帕金森病的相关致病基因有哪些?

  在遗传流行病学上,全基因组关联研究(Genome Wide Association Studies,GWAS)是一种检测特定物种中不同个体间的全部或大部分基因,从而了解不同个体间的基因变化有多大的一种方法。不同的变化带来不同的性状,如各种疾病的不同。在人类中,这种技术发现了特定基因与疾病的关联,如被称为年龄相关性黄斑变性的眼部疾病和糖尿病。在人类中,数百或数千人通常用于单个DNA突变(单核苷酸多态性或SNPs)进行测试,约600人通过全基因组关联研究来检查150 件的无该疾病的人(对照)。每个人都提供些作为样本的细胞,如从口腔内侧擦下了的表皮细胞。DNA可以从这些细胞中提取,并涂布在基因芯片上,该芯片上可以读取上百万个DNA序列。这些芯片被读入计算机,在那里通过生物信息学技术对其进行分析,而不是阅读的全部DNA序列,这些系统通常读的是各个单核苷酸多态性,这些单核苷酸多态性被是成组的DNA变异(单倍型)的标记。如果在患者中某基因型的变异很频繁,那么就说该变异与该疾病“相关”。相关的遗传变异所在的人类基因组区域被视为标示点,基因组的该区域可能是致病原因的所在。有两种方法用来寻找疾病相关的突变:假说驱动和非假设驱动的方法。假设驱动的方法为一开始假设一个特殊的基因可能与某种疾病,并试图找出关联。非假设驱动的研究用蛮力的方法来扫描整个基因组,看那些基因与该病有关联。全基因组关联研究一般采用非假说驱动。令人惊讶的是,与疾病相关的单核苷酸多态性变异大多不是在编码蛋白质的DNA区域。相反,他们通常位于染色体上编码基因间的大型非编码区域上,或者位于编码基因的内含子上,该内含子通常在蛋白质的表达过程中被剪切掉。这些是有控制其他基因能力的可能的DNA序列。但通常,他们的蛋白质功能是不知道的。全基因组关联研究为人们打开了一扇通往研究复杂疾病的大门,将在患者全基因组范围内检测出的单核苷酸多态性位点与对照组进行比较,找出所有的变异等位基因频率,从而避免了像候选基因策略一样需要预先假设致病基因。同时,全基因组关联研究研究让我们找到了许多从前未曾发现的基因以及染色体区域,为复杂疾病的发病机制提供了更多的线索。

  此外还可以对一些具有明显家系倾向的遗传病做家系的基因筛查,寻找出其家系中的基因突变位点。我们目前发现的帕金森病相关致病基因有:

  1.α-突触核蛋白基因(又称PARK1基因): 1997年,美国国家卫生研究院的波利摩罗普洛斯(Mihael H. Polymeropoulos)及同事,研究意大利与希腊家庭中,出现家族遗传性帕金森病的患者,在α-突触核蛋白这种蛋白质的基因中,找到一种基因突变。该基因位于4号染色体长臂,该基因包含6个外显子和若干个内显子,产物是一个由140个氨基酸构成的相对分子量19000的可溶性蛋白;这种突变属于自体显性突变,也就是说,只要从父亲或母亲遗传到这种突变,就可以造成疾病。α-突触核蛋白基因的突变极罕见,而且对全球这么多帕金森病患者来说也不显著,在患者中所占的比例远低于1%。但是发现蛋白质与帕金森病之间的关联,引发了更多的相关研究。部分原因是不管α-突触核蛋白是否正常,都是蛋白堆块中的一种蛋白质。研究人员认为,进一步了解突变如何造成帕金森氏症,或许可以提供一些线索,了解偶发性疾病患者脑中,制造多巴胺的黑质细胞路易体的形成机制。α-突触核蛋白基因制造的蛋白质很小,只含有144个氨基酸,相信其与细胞间的信号传导有关。突变会造成蛋白质氨基酸序列的微小变化。事实上,目前已知有几种这样的突变,其中两种会造成序列上某一个氨基酸改变。果蝇、线虫与小鼠的研究显示,如果突变α-突触核蛋白的产量很高,就会造成多巴胺细胞退化与运动缺失。其他研究则显示,突变的α-突触核蛋白无法正常摺叠,而且会堆积在路易体。突变的α-突触核蛋白也会抑制泛素–蛋白分解体系统,因而不会受蛋白分解体分解。此外,最近的证据也逐渐显示,额外的正常α-突触核蛋白基因可以造成帕金森病。

  2.Parkin基因(又称PARK2基因): 1998年,日本顺天堂大学的水野美邦与庆应大学的清水信义,在另一群家族遗传性帕金森病患者身上,找到了第二个突变基因parkin。这种突变大多在40岁以前诊断出帕金森病的患者身上发现;越早发病的人越有可能是因为parkin 突变的结果。这种突变属于自体隐性突变,该基因位于6号染色体长臂;虽然从双亲身上各遗传一个突变基因的人最终会发病,但只带一个缺失基因的人,罹患帕金森氏症的风险也会比较高。parkin 突变似乎比α-突触核蛋白基因的突变更常见,但目前还没有足够的统计数据能够证实。parkin 基因所产生的蛋白质称为帕金蛋白(parkin protein),它带有许多蛋白质都有的一些氨基酸序列(称为功能区)。最有趣的是两个称为指环(RING)的功能区,有RING功能区的蛋白质都参与了蛋白质分解的过程。现在的研究发现指出,在类帕金森病患者身上,神经元死亡的原因,有部分是因为蛋白质清除系统的泛素化过程出了问题,因为帕金蛋白会将泛素接到摺叠错误的蛋白质,没有这个步骤,就不会有泛素的标示,蛋白质就无法清除。最近的研究指出,路易体中一种称为BAG5的蛋白质,可以和帕金蛋白结合,并抑制帕金蛋白的功能,造成多巴胺神经元的死亡。有趣的是,在某些parkin 突变的帕金森病患者身上,并没有发现到黑质神经元有路易体。这项观察显示,除非泛素接到蛋白质的过程正常运作,蛋白质可能不会聚在一起。这项观察也暗示,有害蛋白质没有聚集在路易体时,可能会为细胞带来灾难。因为parkin 突变的患者很早就会出现帕金森病,可能是因为他们缺乏一开始时,将有毒的蛋白质堆积以隔离的保护作用。

  3.UCH-L1基因(又称PARK5基因):研究人员也在家族遗传性帕金森病患者身上,发现到另一种叫做UCH-L1 基因的突变。位于4号染色体短臂;研究证明其与常染色体显性遗传有关。PARK5基因主要有三种功能:①.水解功能;②非三磷酸腺苷依赖式的泛素连接功能,该功能易使蛋白聚集;③稳定单个泛素分子的水平,调节其在细胞内的降解。

  4.DJ-1基因(又称PARK7基因): 2002年,荷兰鹿特丹伊莱玆马斯医学研究中心的波尼法蒂(Vincenzo Bonifati)及同事,在荷兰与意大利的家族中,找到了一种叫DJ-1 基因的突变。这种突变像parkin ,故又称之为PARK7基因,位于1号染色体,由189个氨基酸残基组成;该基因会造成自体隐性遗传的帕金森氏症。

  5.PINKI基因:PINK1 基因可以通过抗凋亡来保护多巴胺能神经元。最近《科学》杂志有一篇文章指出,PINK1 基因的突变可能会造成黑质细胞的代谢缺失与死亡。

  6. LRRK2基因:这个基因会制造一种叫做震颤素(dardarin)的蛋白质(患者来自法国与西班牙交界的巴斯克区域,当地居民称这种症状为dardarin,意指“震颤”)。这种蛋白质也与代谢有关,而且出现在家族遗传性的帕金森病患者中。不过,研究人员只要再多一些时间,就可以真正了解这些突变是怎么造成问题的。当然我们也期待全基因组关联研究在全球范围内做大样本的调查,能够查找出与帕金森病有关的分子流行病学生物标记物,为今后帕金森病的防治带来希望。