NKX2.5基因突变在先天性心脏病发病机制中的研究进展

摘要：NKX2.5/CSX基因的突变造成多种形态的先天性心脏病（congenital heart disease CHD），是目前研究最多的与心脏发育密切相关的转录因子基因之一。 NKX2.5基因的生殖细胞突变，目前已经发现29种，分别为无义突变、错义突变、缺失等，导致NKX2.5蛋白与DNA结合功能下降或失活，在先心病发病中占据重要位置。最近研究发现，在复杂型先心病中存在多种NKX2.5基因的体细胞突变，多个体细胞突变可能在先心病发病中起叠加效应。     

神经管畸形患者锌指蛋白ZIC2基因编码区罕见突变的分子遗传分析

目的筛选ZIC2外显子区域基因突变，分析突变对神经管畸形（NTDs）的影响。方法采用病例对照研究方法，收集来自山西省和江苏省苏州市经孕期B超或病理学解剖证实为NTDs的胎儿为NTDs组，以常规体检排除出生缺陷和重大疾病的胎儿和健康成年人为对照组。采用酚-氯仿法抽提基因组DNA，通过PCR扩增ZIC2的3个外显子及邻近的部分内含子序列，扩增产物采用ABI Prism Bigdye system进行测序，对于测序发现的基因突变进行反向测序验证。结果NTDs组163例，对照组576例。在NTDs组中发现一个同义突变c．1140G〉A，未发现错义突变或重复缺失。同义突变c．1140G〉A位于第2外显子，为1例妊娠期37周诊断为枕部脑膜脑膨出的女性胎儿。KEGG数据库分析ZIC2结构发现该同义突变位于ZIC2的一个C2H2锌指结构中。在对照组中未检测到相同突变。结论ZIC2是一个高度保守基因，其编码区不含有与NTDs相关的SNP和罕见突变。     

中国南方单纯性先天性心脏病患者NKX2.5基因突变的研究

目的对中国南方地区单纯性先天性心脏病患者进行NKX2.5基因胚系突变的筛查,探讨其在单纯性先天性心脏病发生中的作用及基因型与表型的关系。方法应用聚合酶链反应(PCR)结合DNA测序技术,对我国南方地区224例单纯性先心病患者和121例健康个体进行NKX2.5基因(包括基因的编码区,5′和3′非翻译区以及外显子与内含子的连接区域)进行突变分析。结果 NKX2.5基因中未检测到致病突变,仅发现三种已报道的SNPs:rs2277963(c.63AG,GAAGAG,p.Glu21Glu),rs3729753(c.606GC,CTGCTC p.Leu202Leu)和rs703752(c.975-61 GT),基因型频率及等位基因频率与NCBI数据库中已报道的中国人群携带率无显著性差异。结论中国南方地区单纯性先心病患者中NKX2.5基因致病突变极少发生,其致病突变的发现可能限于某些家系或者有特殊表型的先心病患者中。NKX2.5基因在我国南方地区单纯性先天性心脏病中的致病作用有待进一步研究。     

ZIC2在恶性肿瘤中的研究进展

ZIC2属于小脑锌指基因家族,是脊椎动物脑发育过程中的重要基因。近年,ZIC2在恶性肿瘤中的作用越来越受到重视,其表达异常可促进恶性肿瘤的发生、发展,并与患者预后密切相关。然而,ZIC2在各种肿瘤中的功能和机制异常复杂,其具体机制尚不完全清楚。该文现总结ZIC2在恶性肿瘤中的作用、机制及其临床意义,为恶性肿瘤的诊断和预后提供参考。     

GATA6对先天性心脏病的影响及其突变位点的检出

GATA6属胚胎发育过程中心脏细胞的早期标志之一,是参与人类先天性心脏病发病机制中的主要候选基因之一,它对心脏发育起重要调控作用。通过对CHD患者的GATA6基因进行测序,我们发现CHD患者的GATA6基因有不同位点的突变,这些突变位点的检出有助于先天性心脏病的研究和治疗。     

一例皮质下带状灰质异位伴癫痫患者的DCX基因突变分析

目的 对1例皮质下带状灰质异位伴癫痫患者进行Doublecort in (DCX)基因突变检测.方法 提取患者外周血基因组DNA,用PCR扩增其DCX基因所有外显子并测序,用PolyPhen-2软件进行致病突变分析.结果 发现患者DCX基因第6外显子存在1个新生错义突变c.971T＞C(p.Phe324Ser),该突变为杂合突变.PolyPhen-2分析其极可能为致病位点.结论 明确了1例皮质下带状灰质异位伴癫痫患者DCX基因的致病突变,这将有助于遗传咨询及产前诊断.     

TGF-β/NODAL信号通路基因在心脏发育和先天性心脏病致病机制的关系

先天性心脏病是最常见的新生儿先天畸形,它是由胚胎期心脏结构的异常发育造成的.据2014年中国卫生和计划生育统计年鉴显示,我国有75‰的新生儿承受着先天性心脏病带来的痛苦.研究已证明它是一种多基因病,牵涉到多种信号通路.TGF-β/Nodal信号通路被证明在心脏形成和左右轴建立的过程中起到重要的作用.TGF-β与环状心的形成和心肌纤维化,动脉圆锥干畸形,动脉导管未闭等先心病密切相关;Nodal以及其下游基因参与心脏不对称发育.此篇综述旨在总结TGF-β/Nodal信号通路及其相关基因在心脏发育中的作用,为揭示TGF-β/NODAL信号通路和先心病发病机制之间的关系提供帮助.     

核纤层蛋白基因LMNA复杂突变引起房室传导阻滞的分子机制研究

目的:房室传导阻滞是心脏电激动传导过程中,发生在心房和心室之间的电激动传导异常,可导致心律失常。前期,我们发现一个遗传性房室传导阻滞伴肥厚型心肌病家系,本次工作主要对其致病基因及机制进行研究。方法:采用候选基因测序的方法对已经确诊为房室传导阻滞的心脏病患者进行致病基因分析,对报道与心脏病相关的TRP4、SCN5A、SCN1B、NKFX2.5、CLCA2和LMNA共6个基因测序并确定致病基因;构建致病基因的野生型和突变型质粒;克隆野生型和突变型,激光共聚焦显微镜检测野生和突变型蛋白在细胞定位,利用Western blot检测目的蛋白的表达情况对该突变功能进行分析。结果:遗传学分析显示在家系中患者LMNA基因第10号外显子缺失,并与疾病共分离。Western blot结果显示突变型lamin蛋白表达水平正常,定位结果显示,野生型蛋白位于细胞核核膜,而突变型蛋白在核膜上和核内均有表达。LMNA异常可引起房室结细胞死亡与纤维化,导致房室传导速率降低,并发生房室传导阻滞。自噬和凋亡是细胞死亡的重要形式,LC3-Ⅱ是检测自噬的标志蛋白。应用Western blot检测LC3-Ⅱ,结果显示LMNA突变不影响该蛋白表达。结论:本次研究中,我们发现了一个新的导致遗传性房室传导阻滞伴肥厚型心肌病的LMNA基因突变,该突变可使其编码的蛋白不能正确定位于细胞核膜,导致细胞核核纤层结构异常。核纤层在细胞分裂中呈现周期性的变化,因此核纤层的异常会对细胞正常周期产生重要影响从而导致细胞的异常死亡。这可能是导致该家族成员发生房室传导阻滞的原因。     

GLI3基因在单纯性马蹄内翻足发病机制中的作用

目的 探讨GLI3基因与单纯性马蹄内翻足(idiopathic congenital talipes equinovarus,ICTEV)的相关性.方法 应用变性梯度凝胶电泳技术检测GLI3基因编码区的突变.用逆转录-PCR方法研究GLI3基因在1CTEV患者下肢的表达情况.构建ICTEV大鼠模型,应用实时定量PCR、免疫组织化学染色和蛋白质免疫印迹(Western blotting)方法研究Gli3基因在ICTEV模型鼠下肢肌肉组织中的表达.结果 在84例ICTEV患者外周静脉血中未发现GLI3基因第1～8外显子以及第13外显子存在突变.在ICTEV患者及正常人下肢拇长屈肌中均未检测到GLI3基因的表达.不论在mRNA水平还是在蛋白质水平,Gli3基因在ICTEV模型胎鼠下肢组织中的表达均明显高于正常对照胎鼠.结论 GLI3基因的编码区突变可能不是ICTEV发病的主要原因,但GLI3基因的表达异常与马蹄内翻足的发病可能有关.     

不同信号通路基因在心脏和先天性心脏病发生和发展中的作用

先天性心脏病是一种常见的新生儿出生缺陷疾病,我国每年有12万～20万先心病患儿出生,其中多数为复杂型先天性心脏病,严重危害新生儿的健康,给社会和患者家庭带来沉重的负担。先天性心脏病的发病机制非常复杂,多数是由于环境因素和遗传因素共同作用的结果,其中许多患者是由于多种基因和信号通路共同作用的结果,例如, TGF-β、Nodal、MAPK、Wnt、Notch 等信号通路以及同型半胱氨酸甲硫氨酸循环途径与心脏发育密切相关,其中任何一个基因或信号通路异常都有可能导致先天性心脏病。该文以各种信号通路为主线,总结各信号通路及相关基因在心脏发育中的作用,以及这些信号通路和基因改变或异常表达引发先天性心脏病的致病机制。     

Genetic and Functional Analyses of ZIC3 Variants in Congenital Heart Disease

Mutations in zinc‐finger in cerebellum 3 (ZIC3) result in heterotaxy or isolated congenital heart disease (CHD). The majority of reported mutations cluster in zinc‐finger domains. We previously demonstrated that many of these lead to aberrant ZIC3 subcellular trafficking. A relative paucity of N‐ and C‐terminal mutations has, however, prevented similar analyses in these regions. Notably, an N‐terminal polyalanine expansion was recently identified in a patient with VACTERL, suggesting a potentially distinct function for this domain. Here we report ZIC3 sequencing results from 440 unrelated patients with heterotaxy and CHD, the largest cohort yet examined. Variants were identified in 5.2% of sporadic male cases. This rate exceeds previous estimates of 1% and has important clinical implications for genetic testing and risk‐based counseling. Eight of 11 were novel, including 5 N‐terminal variants. Subsequent functional analyses included four additional reported but untested variants. Aberrant cytoplasmic localization and decreased luciferase transactivation were observed for all zinc‐finger variants, but not for downstream or in‐frame upstream variants, including both analyzed polyalanine expansions. Collectively, these results expand the ZIC3 mutational spectrum, support a higher than expected prevalence in sporadic cases, and suggest alternative functions for terminal mutations, highlighting a need for further study of these domains.     

Functional and structural basis of the nuclear localization signal in the ZIC3 zinc finger domain

Disruptions in ZIC3 cause heterotaxy, a congenital anomaly of the left-right axis. ZIC3 encodes a nuclear protein with a zinc finger (ZF) domain that contains five tandem C2H2 ZF motifs. Missense mutations in the first ZF motif (ZF1) result in defective nuclear localization, which may underlie the pathogenesis of heterotaxy. Here we revealed the structural and functional basis of the nuclear localization signal (NLS) of ZIC3 and investigated its relationship to the defect caused by ZF1 mutation. The ZIC3 NLS was located in the ZF2 and ZF3 regions, rather than ZF1. Several basic residues interspersed throughout these regions were responsible for the nuclear localization, but R320, K337 and R350 were particularly important. NMR structure analysis revealed that ZF1-4 had a similar structure to GLI ZF, and the basic side chains of the NLS clustered together in two regions on the protein surface, similar to classical bipartite NLSs. Among the residues for the ZF1 mutations, C253 and H286 were positioned for the metal chelation, whereas W255 was positioned in the hydrophobic core formed by ZF1 and ZF2. Tryptophan 255 was a highly conserved inter-finger connector and formed part of a structural motif (tandem CXW-C-H-H) that is shared with GLI, Glis and some fungal ZF proteins. Furthermore, we found that knockdown of Karyopherin alpha1/alpha6 impaired ZIC3 nuclear localization, and physical interactions between the NLS and the nuclear import adapter proteins were disturbed by mutations in the NLS but not by W255G. These results indicate that ZIC3 is imported into the cell nucleus by the Karyopherin (Importin) system and that the impaired nuclear localization by the ZF1 mutation is not due to a direct influence on the NLS.