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目的: 1.对收集到的非综合征型耳聋(nonsyndromic hearing loss,NSHL)病例进行线粒体12S rRNA基因突变筛查,统计分析线粒体12S rRNA基因突变情况。 2.对样本中筛查到的1例既携带线粒体12S rRNA A1555G突变,又携带tRNAThrT15943C突变的中国汉族耳聋家系进行临床和分子遗传学评估,探讨tRNAThrT15943C突变对A1555G突变的耳聋的表型表达的影响。 3.构建携带线粒体tRNAThr T15943C突变的永生化淋巴母细胞系(lymphoblastoidcell lines,LCLs),一方面永久保存我国宝贵的聋病资源;另一方面进行部分细胞功能实验,深入研究T15943C突变与耳聋的关系,为耳聋的诊断及预防提供流行病学数据。 方法: 1.在患者及其家属知情同意的情况下,收集温州医科大学各大合作医院耳鼻咽喉科门诊及特殊聋校NSHL患者血样3029份,正常对照血样512份。 2.提取所收集血样的全基因组DNA,并对线粒体12S rRNA基因进行常规聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增、产物纯化及测序,运用生物信息软件将测序结果与标准序列比对,统计变异情况。 3.对筛查到的所有携带线粒体12S rRNAA1555G突变的先证者进行线粒体基因组全序列分析,然后依据东亚线粒体单体型进化树做单体型分析和分类。 4.对筛查到的1例同时携带线粒体12S rRNA A1555G和tRNAThr T15943C突变的中国汉族耳聋家系WL008家系进行详细的家系调查,完善家系成员的临床资料,从临床和分子遗传学角度进行分析评估。 5.运用EB病毒(Epstein-Barr virus,EBV)转化人外周血B淋巴细胞(B lymphocytecell,BLC)的方法,构建3组单体型相同但携带不同突变位点的永生化淋巴母细胞系。 6.利用流式细胞仪对成功构建的LCLs进行细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平和线粒体膜电位(mitochondridal membrane potential,MMP)检测,并绘制加半乳糖和葡萄糖后的细胞倍增时间(doubling time,DT)。 7.统计分析3组LCLs在ROS、MMP和DT等细胞功能方面的差异性。 结果: 1.对采集的全部NSHL患者和正常对照者血样进行线粒体12S rRNA基因突变筛查发现,共109例NSHL患者携带线粒体12S rRNAA1555G突变。 2.对这109例携带12S rRNAA1555G突变的先证者进行线粒体全序列分析,然后结合单体型进化树分析,统计发现有2例均为东亚线粒体单体型F,其中1例仅携带线粒体12S rRNAA1555G突变(编号:NB079),另1例除了携带A1555G突变外,还携带tRNAThr T15943C突变(编号:WL008)。 3.对既携带A1555G突变,又携带T15943C突变的中国汉族耳聋家系WL008家系进行临床和分子遗传学评估,证实该家系与母系遗传特征相符,且母系成员的听力损失程度从正常、重度到极重度不等,听力图结构包括平坦型和斜坡型。 4.线粒体基因组全序列分析结果显示,除了已报道的A1555G和未报道的tRNAThrT15943C突变位点,WL008家系先证者还携带33个已报道的多态性位点,9个位于D-Loop区,5个位于rRNA,19个位于蛋白编码区。其中错义突变共6个,均位于蛋白编码区,其他的均为无义突变。而GJB2基因筛查后未发现任何致病位点。 5.与其他物种线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)的种系发育分析学进行分析,发现tRNAThrT15943C突变在人类、小鼠、牛和非洲爪蟾的进化上是高度保守的,而其他变异位点均不保守。此外,对tRNAThrT15943C突变在16个灵长类物种中进行保守性分析,结果显示保守性指数(Conservation Index,CI)高达94%。进一步的单体型进化树分析证实,该家系属于东亚线粒体单体型F。 6.与另一个同为F单体型但未携带继发突变位点的A1555G耳聋家系NB079家系比较发现,WL008家系的耳聋外显率较高。 7.细胞功能实验表明,WL008家系和NB079家系细胞的ROS水平均比正常对照组的高,MMP则较正常对照组下降,其中携带tRNAThrT15943C突变的WL008家系比不携带该突变的NB079家系ROS水平高1.49%,MMP下降13.53%; DT结果显示,当培养液中含有半乳糖或葡萄糖时,两组突变组细胞的生长速度均比正常对照组下降,且WL008家系细胞比NB079家系细胞的生长速度下降更明显,比NB079家系分别下降20.48%和15.78%。 结论: 1.在109例携带线粒体12S rRNAA1555G突变的NSHL患者中,仅1例携带tRNAThrT15943C突变,且在512例正常对照样本中均未发现该突变位点,推测tRNA ThrT15943C突变可能与耳聋相关。 2.种系发育分析学表明,T15943C突变在16个灵长类物种中高度保守,而从tRNAThr二级结构图可知,15943位点位于T茎结构上,正常情况下,该位置的T碱基与第48位的A碱基会形成高度保守的T-A碱基配对,当15943位点发生T-C突变时,可破坏该碱基配对,从而影响tRNAThr二级结构的稳定性,引起线粒体的功能发生障碍,最终诱发耳聋。 3.WL008家系中母系成员的听力损失程度和听力曲线具有差异性,提示核背景对A1555G突变的表型有修饰作用。但在该家系中,未在GJB2基因上发现致病突变位点,故可排除与耳聋高度相关的GJB2基因对该家系A1555G表型的修饰作用。 4.单体型进化树分析显示,WL008家系和NB079家系均属于东亚线粒体单体型F,且两者均携带A1555G同质性突变,但同时携带tRNAThrT15943C突变的WL008家系比不携带该突变位点的NB079家系的耳聋外显率高,提示tRNAThr T15943C突变可能是一个与耳聋相关的新的继发突变位点,与A1555G突变协同作用,影响耳聋表型的表达。 5.成功构建的WL008家系、NB079家系和正常对照组细胞的部分功能试验初步证实,当个体携带线粒体tRNAThrT15943C突变时,导致的细胞功能异常更显著。推测可能是由于T15943C突变对细胞内的多种酶的含量或活性产生了影响,造成呼吸复合体的活性下降,使线粒体的氧化供能过程受到阻碍,最终引起严重的线粒体功能障碍,从而进一步证实了tRNAThrT15943C突变与耳聋的相关性,但其具体机制还有待深入研究。