NOD突变在遗传性疾病中的作用.docx
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1、NOD突变在遗传性疾病中的作用【摘要】 核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotidebinding oligomerization domain, NOD)蛋白是一个胞浆蛋白家族,参与对细胞内病原相关分子模式 (pathogenassociated molecular patterns, PAMPs)的识别,作为细胞内受体能识别高度保守的细菌细胞壁成分肽聚糖,并诱导炎症反应. NOD基因突变是某些遗传性疾病的易感原因,本文对NOD突变在相关疾病中的作用进行综述.【关键词】 NOD突变;遗传性疾病,先天性 0引言 病原体在漫长的进化过程中保留着高度保守的结构基序,这些基序被称为病原体相关分子模式
2、(pathogenassociated molecular patterns, PAMPs). PAMPs可被有限的受体识别,这些受体称为模式识别受体(patternrecognition receptors, PRRs),PRRs识别PAMPs后即启动固有免疫应答. 现已发现多个不同类型的PRRs,最常见的是细胞表面受体Toll样受体;另一个识别系统是位于胞浆的核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotidebinding oligomerization domain, NOD)蛋白家族,参与对细胞内细菌PAMPs的识别并诱导炎症反应,现已发现20多个成员,其中最有代表性的是NOD1和NOD2,
3、另外还有神经元凋亡抑制蛋白、具有C端FIIND和CARD的NALP、含PYD结构的cryopyrin 和 PYPAFs (pyrincontaining APAF1like proteins)等15个成员,以及主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC)类反式作用因子. 1NOD蛋白结构及信号转导 胞浆蛋白NOD家族成员含有3个不同的功能结构域中部的核苷酸结合区域 (nucleotidebinding domain, NBD; 又称为NOD区域) ,C末端富含亮氨酸的重复序列,及N末端的介导嗜同种蛋白蛋白相互作用区域caspase 募集区域
4、、pyrin区域、或凋亡重复序列杆状病毒抑制因子1. 根据不同的N末端区域将NOD 蛋白分成几个亚群,如:NALPs 含有PYD; NODs含有 CARD;NAIP含有 BIRs. 图1NOD蛋白的结构 LRRs是一个含2029个氨基酸残基序列的区域,为病原细胞之间蛋白蛋白的相互作用提供支架并调节蛋白的激活2. LRR区域有结合细菌脂多糖活性,可激活NFB 信号通路. NFB是诱导激发抗菌因子defensin 2的关键分子3. NBD区域含有很多不同的基序,包括WalkerA 和WalkerB基序,他们分别是ATP/GTP酶特异性P环和Mg2+结合区. 这个区域调节NOD蛋白的寡聚化并结合AT
5、P(CTA结合GTP). LRRs 与 NACHT区之间形成的分子内复合物可抑制NOD蛋白的自身活化4. NOD1和NOD2在NACHT/LRRs 之外有一个功能不清楚的NACHT关联区,它们结构上的不同在于在N 末端 NOD1含1个CARD,而NOD2含2个CARDs. NALP的特征是N末端含PYD,但NALP1还有一个附加区FIIND及形成C端延伸的CARD. 含PYD结构的NOD蛋白包括DEFCAP,cryopyrin,及PYPAFs (pyrincontaining APAF1like proteins)等成员. NAIP缺乏嗜同种相互作用的区域,其N 末端是3个凋亡重复序列杆状病毒
6、抑制因子5. CTA 是另一类缺乏N末端嗜同种EBD的NOD蛋白,其N末端含一个转录激活区. CTA是一个非DNA结合转录协同激活因子,参与调节MHC类基因的表达. NOD1和NOD2可识别细菌细胞壁的肽聚糖,诱导自身寡聚化,募集RICK receptorinteracting protein like interacting caspaselike apoptosisregulatory proteinkinase,激活相同的下游信号通路;RICK与IKK复合物相互作用,激活NFB. 某些NOD蛋白可与ASC结合,通过共同的IKK信号通路激活NFB. 2NOD突变与疾病 突变与Crohns病
7、和Blau综合征CARD15/NOD2主要表达在单核细胞中. NOD2在肠内上皮细胞的表达使肠道对细菌产物敏感,并促进趋化细胞因子IL8的释放6. NOD2 本身可作为一个抗菌因子7. NOD2突变与两种炎症性疾病有关,即Crohns病和Blau综合征. Crohns病的特征是原发性节断性肠内肉芽肿性炎症. 由于CD 的合并症如瘘、穿孔、狭窄和/或梗阻,使CD患者的外科治疗累积危险度在发病十年内达到60%,严重影响了患者的生活质量. CD 表现为一个多因素/寡基因的疾病,位于16q12的IBD位点CARD15/NOD2是炎症性肠病CD病的易感基因,这一发现为CD是一种遗传病提供了最有力的证据.
8、 NOD2突变引起免疫激活及调控机制异常,导致细胞和组织发生损伤. 在欧、美、澳三大洲通过遗传流行病学凋查,证实这一突变可能是30%CD发生的重要原因,并是这种CD亚群的特征性遗传学改变. 对CD患者NOD2基因进行测序,发现其上有3个单核苷酸多态性与CD有显着相关性,这些突变占NOD2全部变异的83%. 这三个突变分别是:两个错义突变及一个因胞嘧啶插入导致的移码突变8-10. CD突变发生在NOD2的LRRs或靠近LRRs氨基酸残基,3020insC致使终止密码子提前,导致其蛋白质截短,丢失其最后33个氨基酸. 这些突变使编码出来的NOD2对NFB的激活效应明显降低,导致机体先天性免疫低反应
9、,使机体不能有效识别细菌成分,从而诱导机体肠道细菌异常强烈的免疫反应而引起CD. 当机体携带一个NOD2基因突变型时,CD发病危险性就会增加2倍;当同时携带两个NOD2基因突变型时,这种危险性就会增加2040倍11. 深入观察这组CD临床类型和并发症等发现,该类患者多为末端回肠受累,易于发生纤维化和肠狭窄. 这一重大发现具有划时代的意义,使CD疾病的遗传病因学得到充分肯定,同时将遗传学改变与感染因子和免疫反应异常结合起来,可以较全面地解释这种CD亚群的发病机制. NOD2编码区发生错义突变与Blau综合征也有明显相关. BS是一种少见的常染色体显性遗传病,其特点是肉芽肿性关节炎、葡萄膜炎和皮疹
10、. BS是由NOD2的NACHT 区相当于NALP3的R260W突变引起的. 实验表明,与BS相关的NOD2的三个错义突变分别是: G1001A精氨酸突变为谷氨酸, C1000T精氨酸突变为色氨酸和一个C1405T 亮氨酸突变为苯丙氨酸. 这三个突变被定位于NOD的寡聚化区域内,这些突变导致配体依赖的NFB的激活,说明这些是功能放大性突变导致NOD2信号的活化,增加NFB基础活性. 尽管CD和BS组织学特征都是肉芽肿炎症,但它们的临床表现及遗传方式是完全不同的. 通常CD突变位于C末端LRRs或靠近LRRs,是一种功能缺失突变,而BS 突变位于NOD2的NOD区12. 此外,有报道表明,NOD
11、2基因功能缺失还与各种癌症疾病的发展有关,如:结肠腺癌,乳腺癌,肺癌和MALT淋巴瘤等13-14. 研究表明,前炎症转录因子如NFB的持续活化促进细胞增生而导致恶性转化15. 突变与神经变性性疾病神经变性性疾病如帕金森病和脊髓性肌肉萎缩、运动神经元变性与神经凋亡抑制蛋白基因缺失有关. NAIP在中枢神经系统中高水平表达,通过阻断caspase3和7的激活而抑制细胞凋亡. NAIP基因缺失,使前角运动细胞凋亡过度,导致运动神经元受损,引起继发性肌肉萎缩. NAIP1基因突变与SMA有关,研究发现所有受试的马来西亚SMA患者SMN1上的NAIP外显子7和8纯合子均缺乏,而NAIP上的外显子5的纯合
12、子缺失仅在I型患者身上发现16. NAIP表达下降与Down综合征及阿尔茨海默病的神经元变性有关. 研究发现 Down综合征的胎儿即有脑组织NAIP mRNA下调,Down综合征及阿尔茨海默病的成人患者大脑皮层均有NAIP蛋白水平降低. Lesne S等发现神经营养因子3(neurotrophin3, NT3)使神经元中NAIP1的表达上调,抑制了淀粉样蛋白介导的神经细胞凋亡. 因此认为NT3的表达量能代表AP依赖的神经细胞凋亡的数量,通过干预NT3,从而使NAIP1的表达上调,减少AD中神经细胞凋亡. TA突变与型裸淋巴细胞综合征CTA 突变可导致型裸淋巴细胞综合征( type bare l
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