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为探究 LGMD R8 基因型与表型关联,研究人员分析患者数据及突变影响,揭示三者相关性,助于预测疾病和遗传咨询。
在神秘的人体遗传疾病领域,肢带型肌营养不良(LGMDs)就像一群隐藏在基因密码背后的 “捣乱分子”,而肢带型肌营养不良 R8(LGMD R8)更是其中较为特殊的一员。LGMDs 是一组遗传疾病,会让患者骨盆和肩部的肌肉逐渐变得虚弱、萎缩,如同被恶魔悄悄抽走了力量。目前已发现 30 多种亚型,LGMD R8 是其中一种进行性常染色体隐性肌肉营养不良疾病,虽然报道的病例还不到 100 例,但患者的临床严重程度差异极大,从血清肌酸激酶(CK)水平升高却无明显肌肉损伤,到严重肌肉无力只能依赖轮椅生活,各种情况都有。
LGMD R8 是由 TRIM32 基因突变引起的。TRIM32 蛋白作为一种 E3 泛素连接酶,在泛素 - 蛋白酶体途径中起着关键作用,它能给目标蛋白加上泛素(Ub)标签,让这些蛋白被细胞内的 “垃圾处理厂”—— 蛋白酶体识别并降解,从而调节细胞的各种生理和病理过程,如生长、分化、再生等。TRIM32 蛋白结构复杂,包含多个结构域,其中 NHL 结构域的突变最为常见,可现有研究却难以明确基因型和表型之间的联系,这让医生们在预测疾病严重程度和进行遗传咨询时犯了难。
为了攻克这个难题,南方医科大学基础医学院医学遗传学系等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Acta Neuropathologica Communications》上,为揭开 LGMD R8 的神秘面纱带来了曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先通过电子文献检索,收集了 82 例 LGMD R8 患者的详细基因型和临床数据。然后运用生物信息学分析,利用 AlphaFold 蛋白质结构数据库和 Swiss - Model 软件构建野生型和突变型蛋白质模型,预测结构和功能变化;借助细胞功能实验,如共免疫沉淀(Co - IP)和蛋白质免疫印迹(Western blotting),检测蛋白之间的相互作用和泛素化功能;运用生物物理测定方法,像定量荧光共振能量转移(FRET)成像技术,精确测定蛋白的寡聚化能力。
在研究结果方面:
- 患者临床表型差异显著:研究人员分析 82 例患者数据后发现,患者发病年龄从童年到成年晚期不等,CK 水平差异巨大,依赖轮椅或其他行走辅助工具的年龄(AWA)也各不相同,表型变异性极大。而且患者遗传异质性高,基于变异类型和位置分组后发现,NHL 结构域错义变异纯合子患者在发病年龄和 AWA 这两个关键指标上呈现出梯度表型差异。最终选定 R394H、D487N、V591M 和 P619S 这 4 种变异进行深入研究,疾病严重程度从轻度到重度依次为 R394H < D487N < V591M/P619S。
- 突变影响蛋白结构和稳定性:生物信息学预测显示,这 4 种错义变异都对 TRIM32 蛋白结构造成了实质性破坏,且稳定性分析表明这些变异均使蛋白不稳定,ΔΔG > 5 。预测的结构变化和不稳定性影响程度与患者疾病严重程度成正比。
- 突变损害蛋白泛素化功能:通过 Co - IP 和 Western blot 实验检测与肌肉稳态相关的两个关键底物 ULK1 和 NDRG2 发现,4 种突变体与 NDRG2 的结合严重受影响,对 ULK1 的相互作用和泛素化能力也有不同程度的削弱。而且,变异导致的生化功能变化程度与表型严重程度相对应。
- 突变影响细胞质体形成和蛋白寡聚化能力:在亚细胞定位实验中,TRIM32 - WT 和 P130S 突变体能正常形成细胞质体(CBs),而其他 4 种突变体的高阶寡聚化状态受到不同程度破坏。通过 Co - IP 和 FRET 实验进一步定量测定发现,4 种突变体的寡聚化能力均受损,且受损程度顺序与疾病严重程度顺序一致。
综合以上研究,研究人员证实了在 NHL 结构域错义变异纯合子患者中,临床严重程度、蛋白质生物学功能和蛋白质寡聚化之间存在明显关联。这一研究成果意义重大,在医学遗传学领域,填补了 TRIM32 基因型与 LGMD R8 表型关联未知的空白,为相关疾病研究提供了新的思路;在临床管理方面,医生遇到 NHL 结构域有已知或未报道变异的患者时,能更准确地预测疾病严重程度,帮助患者提前了解疾病进展,避免过度运动,维持现有肌肉功能,提高生活质量;在遗传咨询方面,也能为有患病胎儿的家庭提供更多胎儿未来表型的信息,辅助家长做出决策。