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1、研究背景:PRKAG2心臟綜合征家系呈家族遺傳性,屬常染色體顯性遺傳;特點(diǎn)是家系成員可出現(xiàn)多種復(fù)雜的心臟病變,以心肌肥厚、傳導(dǎo)系統(tǒng)異常及心室預(yù)激為主要表現(xiàn)。目前國(guó)外共報(bào)告了17個(gè)該病家系的致病基因分析,研究發(fā)現(xiàn)與PRKAG2基因突變有關(guān),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的9種突變包括8種錯(cuò)義突變:Arg302Gln、His383Arg、Thr400Asn、Tyr487 His、Asn488Ile、Gln506Lys、Arg531Gly、Ser548Pro及一種
2、移碼突變Ins Leu351,他們都集中在PRKAG2的Bateman區(qū)域。家系的致病基因分析報(bào)道中,PRKAG2基因最常見(jiàn)的突變位點(diǎn)是R302Q,已在9個(gè)家系和1名散發(fā)患者中檢測(cè)到該突變。國(guó)內(nèi)洪奎報(bào)道的中國(guó)人家系存在PRKAG2 R302Q突變,未發(fā)現(xiàn)新的突變位點(diǎn)。我科張靜博士報(bào)道的中國(guó)人大家系臨床表現(xiàn)有心肌肥厚(56%)、預(yù)激綜合征(46%)、竇房結(jié)功能不良或高度房室傳導(dǎo)阻滯、猝死,有的還伴有房顫、房撲等房性心律失常。家系的臨床表型
3、符合國(guó)外家系報(bào)道的共性,對(duì)家系成員進(jìn)行PRKAG2基因測(cè)序,在外顯子3上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的錯(cuò)義突變G100S,這個(gè)突變是國(guó)內(nèi)外從來(lái)沒(méi)有報(bào)道過(guò)的。 目前,國(guó)外對(duì)PRKAG2基因的致病機(jī)制研究已經(jīng)取得了令人矚目的成績(jī),國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)研究報(bào)道。早期一些人認(rèn)為PRKAG2突變引起能量缺乏,另一些人則認(rèn)為膜電流異?;蚧虮磉_(dá)異常/心臟發(fā)育異常導(dǎo)致了心肌病。然而,隨后的研究表明:PRKAG2心臟綜合征是一種特殊類型的糖原累積性心肌病。在轉(zhuǎn)基因小鼠
4、模型和人類疾病中貯積的糖類分析證明了這種心肌病中的糖原積累。攜帶PRKAG2 N488I錯(cuò)義突變的小鼠心臟糖原顯著增多。隨后,PRKAG2突變改變AMPK活性的研究解釋了疾病顯性遺傳的模式、心臟糖原積累及傳導(dǎo)系統(tǒng)中預(yù)激的表現(xiàn)型。為了驗(yàn)證PRKAG2 G100S新突變?cè)谥袊?guó)人PRKAG2心臟綜合征家系中的致病作用,深入認(rèn)識(shí)PRKAG2 G100S錯(cuò)義突變引起的功能變化,推動(dòng)PRKAG2基因的致病機(jī)制研究,我們通過(guò)在CCL13細(xì)胞中過(guò)表達(dá)突
5、變基因,從細(xì)胞、分子水平研究了PRKAG2 G100S突變的生物學(xué)功能。 研究目的:研究基因PRKAG2 G100S新錯(cuò)義突變的功能,探討該突變?cè)谥袊?guó)人家族性傳導(dǎo)系統(tǒng)異常伴心室預(yù)激及心肌肥厚家系中的發(fā)病機(jī)制。 研究方法:(1)人PRKAG2全長(zhǎng)基因的體外拼接及TA克隆載體的構(gòu)建:通過(guò)商業(yè)途徑購(gòu)得PRKAG2基因的一個(gè)轉(zhuǎn)錄變體cDNA質(zhì)粒(GenBank登記號(hào)BC068598),其N端缺失了44個(gè)氨基酸,根據(jù)已知的PRKA
6、G2基因序列(GenBank登記號(hào)NM016203),設(shè)計(jì)搭橋引物及序列擴(kuò)增引物,通過(guò)PCR搭橋方法,合成完整全長(zhǎng)序列的PRKAG2基因,并將其克隆到TA載體,得到的陽(yáng)性克隆經(jīng)測(cè)序鑒定。(2)攜帶野生型及突變型PRKAG2基因的重組慢病毒載體構(gòu)建及鑒定:以PRKAG2基因?yàn)槟0澹肞CR技術(shù)進(jìn)行定點(diǎn)突變,設(shè)計(jì)4對(duì)引物,將突變位點(diǎn)設(shè)計(jì)在引物上,通過(guò)PCR擴(kuò)增引物,擴(kuò)增片段上含有所需要的突變位點(diǎn),最后將擴(kuò)增片段GS、RQ及正常PRKAG2
7、基因(WT)克隆到慢病毒穿梭質(zhì)粒pWPT內(nèi),構(gòu)建表達(dá)PRKAG2G100S、PRKAG2 R302Q及野生型PRKAG2基因的慢病毒載體,使用限制性內(nèi)切酶進(jìn)行酶切鑒定,并通過(guò)序列分析進(jìn)行確證。(3)攜帶野生型及突變型PRKAG2基因的重組慢病毒載體的體外實(shí)驗(yàn)研究:包裝慢病毒并感染CCL13細(xì)胞,建立過(guò)表達(dá)野生型及兩種突變型PRKAG2基因的穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞系(CCL13/WT、CCL13/GS、CCL13/RQ),并以PRKAG2 R302Q為
8、陽(yáng)性對(duì)照,PRKAG2正?;?yàn)殛幮詫?duì)照,未表達(dá)外源基因的CCL13細(xì)胞為空白對(duì)照,分別行FACS檢測(cè)慢病毒感染情況、Western Blot分析檢測(cè)PRKAG2表達(dá)、免疫熒光檢測(cè)野生型和突變型PRKAG2基因在細(xì)胞中的定位、MTT檢測(cè)基因突變對(duì)細(xì)胞增殖的影響、PAS染色檢測(cè)糖原含量、ELISA方法檢測(cè)AMPK的活性,從細(xì)胞水平初步研究PRKAG2 G100S新突變的功能結(jié)果。 結(jié)果:(1)拼接出全長(zhǎng)1707bp的PRKAG2基
9、因,目的基因連接到載體后測(cè)序與設(shè)計(jì)的PRKAG2基因完全一致。(2)在預(yù)期位點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生突變,904處堿基由A→C,905處堿基由G→A,使PRKAG2基因第302位密碼子由精氨酸(R)突變?yōu)楣劝滨0?Q);298位點(diǎn)發(fā)生G→A的突變,使PRKAG2基因第100位密碼子由甘氨酸(G)突變?yōu)榻z氨酸(S)。成功的構(gòu)建了pWPT-RQ(PRKAG2 R302Q)、pWPT-GS(PRKAG2G100S)、pwPT-WT(PRKAG2)穿梭載體,
10、酶切鑒定及測(cè)序結(jié)果正確。(3)成功建立了過(guò)表達(dá)正?;騼煞N突變PRKAG2基因的CCL13細(xì)胞模型(CCL13/WT、CCL13/GS、CCL13/RQ);FACS顯示慢病毒成功感染CCL13,各組均有PRKAG2表達(dá)。Western Blot分析提示:突變組CCL13/GS、CCL13/RQ與CCL13/WT組相比,PRKAG2蛋白表達(dá)量明顯減少,表明PRKAG2 G100S、R302Q突變使PRKAG2在CCL13細(xì)胞中表達(dá)減少;突變
11、組CCL13/GS與CCL13/RQ比較,CCL13/GS組PRKAG2蛋白量稍高于CCL13/RQ組;以上結(jié)果提示PRKAG2 G100S、R302Q突變阻礙了基因的正常表達(dá),PRKAG2 G100S突變的阻礙作用弱于PRKAG2 R302Q突變。免疫熒光可以觀察到野生型及兩種突變型PRKAG2定位于CCL13細(xì)胞漿和細(xì)胞核中,表明PRKAG2 G100S、PRKAG2 R302Q突變對(duì)PRKAG2基因在CCL13細(xì)胞中的表達(dá)位置沒(méi)有
12、影響。MTT檢測(cè)顯示在0.5mM AICAR分別作用30分鐘、90分鐘、24小時(shí)后,CCL13/GS組(30min:2.8157±0.0325:90min:2.7223±0.0740;24h:2.5520±0.0110)、CCL13/RQ組(30min:2.8230±0.0251:90min:2.6193±0.0560;24h:2.5467±0.0045)、CCL13/WT組(30min:2.7200±0.0556;90min:2.70
13、10±0.0030;24h:2.5597±0.0071)細(xì)胞增殖顯著高于空白對(duì)照CCL13組(30min:1.4547±0.0032;90min:1.2657±0.0015;24h:1.0253±0.2018)(P<0.01),而突變組(CCL13/GS及CCL13/RQ)與表達(dá)正常PRKAG2基因組(CCL13/WT)間細(xì)胞增殖無(wú)明顯差異(P>0.05)。PRKAG2 G100S、PRKAG2 R302Q突變使CCL13細(xì)胞漿及胞核內(nèi)
14、有較多糖原沉積,而未突變組(CCL13/WT、CCL13)糖原沉積較少。加入AMPK激活劑AICAR后,隨著加入AICAR濃度的增加,各組內(nèi)AMPK的濃度隨之增加,提示AMPK的濃度與活性是相對(duì)應(yīng)的。而無(wú)論是否加入AICAR,突變的CCL13/GS組(加前:13.6240±0.1310;0.5mMAICAR:19.5847±0.4711:2mMAICAR:22.4957±0.9460)及CCL13/RQ組(加前:12.6133±0.11
15、58;0.5mM AICAR:17.3713±0.9644;2mM AICAR:19.3697±0.4264)與非突變的CL13/WT組(加前:25.4903±0.8947;0.5mMAICAR:31.5990±0.6950;2mM AICAR:34.7823±0.2081)及CCL13組(加前:4.9363±1.0655;0.5mM AICAR:6.4203±0.9160;2mM AICAR:7.3463±0.9451)中AMPK的活
16、性有顯著差異(P<0.01),而兩個(gè)突變組CCL13/GS、CCL13/RQ之間也有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),表明PRKAG2基因G100S、R302Q突變降低了CCL13細(xì)胞中的AMPK活性,而G100S突變降低AMPK活性的作用弱于R302Q突變。 結(jié)論:(1)PRKAG2 G100S突變導(dǎo)致PRKAG2基因生物學(xué)功能發(fā)生變化,驗(yàn)證了PRKAG2 G100S突變是中國(guó)人PRKAG2心臟綜合征家系的發(fā)病原因,初步證實(shí)了突變導(dǎo)
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