Slc25a15基因与机体代谢的研究进展

Slc25a15基因与机体代谢的研究进展


2023年12月9日发(作者:红米手机怎么抢购流程)

第33卷 韦庆宁,李小凤,史柳芝,等.茵陈多糖的提取及含量测定 ◇综述与介评◇ S1c25a15基因与机体代谢的研究进展 蓝 茜,吕社民,李冬民 (西安交通大学医学院遗传与分子生物学系,陕西西安 710061) 摘要:线粒体运载家族成员Sic25a15承担着向线粒体内转运鸟氨酸的重要任务,直接调控尿素循环。S1c25a15基因 的异常表达与HHH综合征直接相关,并严重影响线粒体代谢、肝脏代谢、能量代谢等。本文主要探讨Slc25a15基因 表达缺陷对机体代谢的影响。 关键词:线粒体运载家族;Sic25a15;HHH综合征;能量代谢 中图分类号:R181.3 文献标志码:A 文章编号:1001—8883(2012)03—0209—04 Research Progression of S1c25a15 and metabolism LAN Xi,LU She—min,LI Dong—min (Department of Genetics and Molecular Biology,Medical School of Xi’an Jiaotong University,Xi’an Shaanxi 710061,China) ABSTRACT:Mitochondrial carrier family(MCF)is much essential for the function of mitochondria.Slc25al5,a member of MCF,transports ornithine into mitochondria and regulates the process of urea cycle.It is reported that abnormal expression of Sic25a15 is directly associated with hyperornithinemia--hyperammonemia-・homocitrullinuria syndrome(HHH syndrome),and the expression of Slc25al5 can affect mitOchondrial metabolism,liver metabolism, energy metabolism and SO on.This review discusses the relationship between abnormal expression of S1c25al5 and the body metabolic disorders. KEY WoRDS:mitochondrial carrier-family;Slc25a15;HHH syndrome;energy metabolism 机体代谢紊乱的促成因素复杂多样。Slc25a15 (solute carrier fammily 25 member 15)是线粒体运 载家族成员之一,其编码的蛋白质产物承担着由胞质 的作用却不容小觑。该基因功能的进一步阐明将为 多种代谢性疾病的分子机制研究提供重要依据和 线索。 1 S1c25a15基因概述 向线粒体内转运鸟氨酸的重要任务。该转运过程的 破坏将导致线粒体代谢异常、尿素循环异常、机体代 谢异常及多种机体代谢紊乱。此外,Slc25a15基因的 异常表达被认为是导致高鸟氨酸血症一高氨血症一高 瓜氨酸尿综合征的重要遗传因素。目前,对于 Sic25a15基因的研究并不深入,而其对机体代谢所起 Sic25a15是线粒体运载家族成员,又称ORNT1 (ornithine transporter 1)。最初,研究者根据 ARG13(粗糙链孢霉的线粒体转运蛋白基因)和 ARG11(酿酒酵母的线粒体转运蛋白基因)寻找人及 小鼠基因组上的同源ESTs序列,经过生物信息学分 析获得了Slc25a15基因全长序列并将其定位于人基 DoI:10.3969/i.issn.1001。8883.2012.03.020 收稿日期:2012-05一l1 修回日期:2012—06—23 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.30400249);陕西省自然科 学基金资助项目(No.2010K16-04);2009年西安交通大学 校基金资助项目(No. ̄j2009079);2010年中央高校基本科 研业务费专项基金资助项目(No.xji20100031). 通信作者:李冬民.副教授,硕士生导师. E—mai1:lidongm@mail.xjtu.edu.Crl 作者简介:蓝茜(1987一),女(汉族),在读博士.研究方向:代谢综合征易 感基因的研究.E—mail:Lanxi・118@stu.xjtU.edu.cn 因组第13号染色体上(13q14)(NG一012248.1,NM一 014252.3)_】]。该基因全长30 050 bp,包含7个外显 子。Sle25al5基因序列保守性如图1所示(UCSC网 址:http://genome.UCSC.edu/index.htm1)。研究报 道,该基因在肝脏当中表达水平最高,其次为胰腺和 肾脏,而在其他组织当中表达量很少L1 ]。 http://gwyx-yx.periodicals.net.cn;E—mail:medgeography@mail.xjtu.edu.cn 国外医学医学地理分册 第33卷 Slc25al5的mRNA序列长度为4 038 bp,其翻 译所得的蛋白质产物由301个氨基酸组成。 及精氨酸跨过线粒体内膜进入线粒体内[33。在 Slc25al5的转运下,鸟氨酸经过鸟氨酸转氨甲酰酶 和鸟氨酸氨基转移酶的催化生成瓜氨酸、谷氨酸及 Slc25al5在不同种属间具有高度一致性,人与小鼠 是95 ,人与大鼠是84 9,6,而小鼠与大鼠是88%。 体外研究发现,Slc25al5可以使鸟氨酸、赖氨酸以 C 脯氨酸。由此可见,Slc25a15介导的鸟氨酸转运过 程是尿素循环的关键步骤,起着决定性作用(图2)。 1Okb Humall mRNAs I Rhesusl Muit izAlignments of8 vertebrates 溢 图1人S1c25a15基因序列在UCSC基因库中的同源比对结某 嘧啶合成的刺激 乳清酸、尿嘧啶 图2线粒体尿素循环示意图 2 S1c25a15基因与HHH综合征 区段的碱基少量缺失L】]。继而,有研究人员将8个不 相关的意大利HHH综合征患者作为Slc25a15基因 突变的研究对象,发现了7种新的突变类型(Q89X、 G27R、G19OD、R275Q、C.861insG、C.164insA、IVS5 +1G— A) 引。 高鸟氨酸血症一高氨血症一高瓜氨酸尿综合征 (HHH综合征)是常染色体隐性遗传病,主要临床表 现包括高蛋白食物耐受、呕吐及神经方面异常等,例 如嗜睡、昏迷、癫痫、渐进性强直性下肢轻瘫以精神发 育迟缓。Slc25al5的基因突变被认为是导致高鸟氨 酸血症一高氨血症一高瓜氨酸尿综合征(hyperorni— thinemia——hyperammonemia-homocitrullinuria syn—- Alessandra等人研究了16个HHH综合征患 者,发现了11种的Slc25a15基因突变类型。经过对 其中4种新错意突变型基因及2种之前报道过的错 义突变型基因编码产物进行鉴定发现,这些突变蛋白 drome,HHH)的重要遗传因素 ]。 1999年的一篇研究报道称,在11名HHH先证 转运氨基酸的能力显著下降 ]。在13个HHH综合 征发病家族中(共有16位先证患者)发现了13种 Slc25a15的基因突变型,其中3种突变型是致病的 (p.K245X、c.5611G4T、P.S175fsX192、C.621+578 一者体内检测到3个Slc25a15基因突变位点:①F188 △,编码的蛋白质产物不稳定,这种突变形式普遍存 在于法裔加拿大人群中;②E180K,编码的蛋白质产 ??del/+578insAA),可以导致翻译中止或移码突 变。另有一种微重排突变型(C.208—209delGC/in— 物定位于线粒体内膜,却不具有转运活性;③13a14 http://gwyx—yx.periodicals.net.CD;E-mai]r:medgeography@mail.xjtu.edu.CYI 第33卷 蓝茜,吕社民,李冬民.Slc25a15基因与机体代谢的研究进展 sTT)会改变Slc25al5基因剪接方式。其次,有6种 化指标异常等L6]。 错义突变型(p.M37R、P.L71Q、p.F188L、P.G216S、 3.2能量代谢 大脑对于氨非常敏感,由于缺乏氨 P.T272I、P.L283F),会改变¥1c25a15蛋白的保守氨 甲酰磷酸合酶1和鸟氨酸转氨甲酰酶,大脑不能将氨 基酸残基,并且这些突变类型在该研究中的所有 转化为尿素。因此,脑部的氨在谷氨酰胺合成酶的催 HHH综合征发病家族中存在共分离现象。此外,还 化下生成谷氨酰胺[】 。 有4种基因突变类型被认为是HHH综合征的诱发 有研究揭示了鸟氨酸、高瓜氨酸在大脑细胞能量 因素。上述研究的患者中,Slc25a15基因突变类型与 代谢方面的重要调控作用,作用方面主要包括糖酵 临床表征没有直接相关性[6]。 解、三羧酸循环、呼吸链复合体工一Ⅳ、肌酸激酶以及 Camacho等人研究了来自2个相关家族中的5 Na 、K+_ATPase等。研究者证实,鸟氨酸及高瓜氨 个墨西哥患者,发现他们都是Slc25a15一T32R纯合 酸可以显著减少由葡萄糖分解生成的CO 含量,即其 型,这使得正常型Slc25a15的保守苏氨酸中朝向线 破坏了有氧酵解过程,可能的原因是这两种氨基酸会 粒体基质的第一个亲水环发生改变l_7]。瞬时高调 引起某些糖酵解关键酶的失活或三羧酸循环/,Sz吸链 T32S突变型Slc25al5可以补偿Slc25al5一T32R所 的破坏[1 。上述研究中三羧酸循环的紊乱主要是由 带来的代谢缺陷,鸟氨酸转运活性可以基本恢复到正 于鸟氨酸和高瓜氨酸抑制了a一酮戊二酸脱氢酶及顺 常型Slc25a15的水平。丝氨酸同苏氨酸都可以作为 乌头酸酶的功能发挥。此外,高瓜氨酸可引起线粒体 可磷酸化残基,由此提示我们磷酸化过程在Slc25a15 肌酸激酶活性的减弱,提示高瓜氨酸破坏了脑细胞能 发挥功能方面起着非常重要的作用l_8]。另有研究者 量转换及传递过程¨1 。进一步研究表明,较鸟氨酸 发现,Slc25al5基因的突变型g.823COT会引起 而言,高瓜氨酸可在较低浓度时(0.1~0.5 retoo1)显 Slc25a15第6跨膜区的275位精氨酸发生R275X突 著影响能量的生成,具体表现为明显降低线粒体肌酸 变;同时发现有HHH综合征患者存在R275Q的突 激酶的活性。高浓度的鸟氨酸和高瓜氨酸可能会出 变『5]。因此推测,线粒体转运蛋白Slc25a15的第6 现在应急条件下,如代谢失代偿的发作(以强烈的异 跨膜区对于Slc25al5蛋白功能的发挥非常重要, 化作用及蛋白水解作用为特征,该过程的发生会导致 R275X的突变类型是致病的r5]。此外,G113C和 代谢产物积累的骤然增多)口]。 M273K的突变型Slc25al5也已有报道,而该种突变 3.3肝脏功能紊乱Slc25al5的表达缺陷也会引起 类型与急性肝炎样表征相关联,早发现早治疗会对患 机体肝脏的代谢紊乱及异常。Mhanni等人在2名被 者有着至关重要的意义l_9]。 诊断为Slc25al5基因的F188△纯合突变子患者体内 HHH综合征的治疗措施包括限制蛋白摄入量、 发现了急性肝衰竭的症状;此外,有轻度的肝脏功能 瓜氨酸或L_精氨酸的补充和高血氨症的治疗[g 。 紊乱症状可见报道,有时也发现轻度凝血紊乱及凝血 同为线粒体转运体家族的Slc25a2(ORNT2),位于人 因子Ⅶ和X的含量下降口]。Shih等人所报道的 第5号染色体上。其翻译产物SLc25a2与Slc25al5 HHH综合征患者伴随有天冬氨酸转移酶水平的轻 的相似性达到88 ,锚定于线粒体,表达部位有肝 度升高,但并未表现出肝肿大及凝血异常口 。Smith 脏、胰腺、肾脏以及成纤维细胞。在体外培养的 等人报道的HHH患者伴随有轻度的部分凝血致活 HHH综合征患者成纤维细胞当中过表达Slc25a2 酶时间及正常凝血酶原时间延长、一些凝血因子的缺 基因时,可以使鸟氨酸代谢缺陷得到一定的缓解口 。 乏及轻度的肝脏功能异常 。以上所有的相关报道 3 S1c25a15基因表达缺陷与代谢紊乱 中,HHH综合征患者所表现出的都是轻度肝脏代谢 紊乱,但也有研究发现急性肝炎样表现 ]。关于 3.1 鸟氨酸、氨、同型瓜氨酸代谢紊乱鸟氨酸进入 Sic25a15表达异常导致肝损伤的机制目前还不清楚, 线粒体过程的受阻会直接导致线粒体内的鸟氨酸含 可能与广泛肝坏死有关。此外,有研究者推测,线粒 量减少、细胞质的鸟氨酸量急剧增多,从而引起尿素 体功能的异常会加剧肝脏细胞损伤,并阻碍凝血因子 生成障碍、高血氨及同型瓜氨酸尿症 ],即高鸟氨酸 的合成过程,最终导致炎症和凝血障碍 血症一高氨血症一高瓜氨酸尿综合征(HHH综合征)。 复发性高血氨症常会引起间断性精神紊乱、嗜睡或昏 4 总 结 迷症状L1 。其发病年龄非常广泛,从婴幼儿到成 线粒体转运蛋白家族发现已久,该家族在线粒体 人均有报道 。引。中枢神经系统损伤被认为是次 功能发挥上起到了重要的枢纽作用,但对于其作用机 于间歇式高血氨症的又一临床表现,此外还有其他生 制研究并不深入。其家族成员Slc25al5基因所编码 http://gwyx-yx.periodicals.net.cn;E—mail:medgeography@mail.xj tu.edu.ca ・ 212 ・ 国外医学医学地理分册 第33卷 的鸟氨酸转运蛋白锚定于线粒体内膜上,对于尿素循 环及机体内环境稳态的调节意义重大。高鸟氨酸血 症一高氨血症一高瓜氨酸尿综合征(HHH综合征)是常 染色体隐性遗传病,患者表现出高蛋白事物耐受、机 [8]Toomik R,Ek P.A potent and highly selective peptide sub- strate for protein kinase C assay[J].Biochem J,1997,322 (2):455-460. [9]Fecarotta S,Parenti G,Vajro P,et a1.HHH syndrome(hy- perornithinaemia,hyperammonaemia,homocitrullinuria), 体代谢、肝脏功能异常、嗜睡等。多年来研究发现, Sic25a15的多种基因突变类型与HHH综合征的发 生发展有着密不可分的联系。此外,2009年一篇文 with fulminant hepatitis-like presentation[J].J Inherit Metab Dis,2006,29(1):186-189. [1o]Mhanni AA,Chan A,Collison M,et a1.Hyperornithinemia— hyperammonemia homocitrullinuria syndrome(HHH)presen— 献报道了鸟氨酸及高瓜氨酸与能量代谢的相关性。 这一研究发现将为线粒体代谢及机体代谢的研究提 供重要线索,如代谢综合征等复杂性疾病的发生发展 及治疗手段。关于Slc25a15的研究,目前只停留在 现象阐述阶段,其在机体环境调控方面的重要途径尚 未见报道。可以预见,将会有更多的研究致力于线粒 体转运蛋白家族的功能揭示。 参考文献: El1 Camacho JA,Obie C,Biery B,et a1.Hyperornithinaemia-hy— perammonaemia-homocitrullinuria syndrome is caused by muta- tions in a gene encoding a mitochondrial ornithine transporter ring with acute fulminant hepatic failure[J].J Pediatr Gastro- enterol Nutr,2008,46(3):312-315. [11]Camacho JA,Rioseco-Camacho N,Andrade D,et a1.Cloning and characterization of human ORNT2:a second mitochondrial ornithine transporter that can rescue a defective ORNT1 in pa— tients with the hyperornithinemia-hyperammonemia—homoc- itrullinuria syndrome,a urea cycle disorder[J].Mol Genet Metab,2003,79(4):257-27I. [121 Rodes M,Ribes A,Pineda M,et a1.A new family affected by the syndrome of hyperornithinaemia,hyperammonaemia and homocitrullinuria[J].J Inherit Metab Dis,1987,10(1): 73.81. [133 Salvi S,Santorelli FM,Bertini E,et a1.Clinical and molecular findings in hyperornithinemia-hyperammonemia-homocitrullin- EJ].Nat Genet,1999,22(2):15I-158. [2]Begum L,Jalil MA,Kobayashi K,et a1.Expression of three mitOchondrial solute carriers,citrin,aralarl and ornithine uria syndrome[J].Neurology,2001,57(5):911-914. [14]Gray RG,Green A,Hall S,et a1.Prenatal exclusion of the transporter,in relation to urea cycle in mice[J].Biochim Bio- phys Acta,2002,1574(3):283・292. 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