修饰因子在Leber遗传性视神经病变发病中作用的研究

Leber's hereditary optic neuropathy （LHON） is a maternally inherited eye disease that generally affects young adults. Mitochondrial ND4 G118778A primary mutation is the major cause of LHON. The secondary mitochondrial DNA（mtDNA） mutation and nuclear modifier genes may modulate the phenotypic manifestation of G11778A mutation. Our previous studies identified the secondary mtDNA mutations including ND1 T3394C and ND4 T14502C mutations in a cohort of Han Chinese subjects with LHON. Furthermore, we identified the putative nuclear modifier gene YARS2 affecting the LHON expression. The present study will further investigate the pathophysiology of LHON. First, we will examine the synergy role of primary and secondary mtDNA mutations in the phenotypic manifestation of LHON by using cell models carrying the G11778A, T3394C or T14502C mutations. Second, we will investigate the pathogenesis of LHON by interaction between nuclear and mitochondrial genes using cells carrying the YARS2 pG191V mutation. The success of this project will deeply understand the pathophysioloy of LHON and will provide the valuable information for the early diagnosis, genetic counseling, intervention and treatment for LHON and other mitochondrial disorders.

Leber 遗传性视神经病变（LHON）是典型的母系遗传病，主要累及青壮年男性。线粒体ND4 G11778A突变是造成LHON发病的重要原因。线粒体DNA继发突变和核修饰基因可能调控该突变的表型表达。我们前期的工作在中国汉族人群中发现了可能影响LHON表型表达的ND1 T3394C和ND4 T14502C等继发突变。我们还首次鉴定了可能影响LHON表型表达的核修饰基因YARS2。本项目拟在这些研究基础上，深入探讨LHON的致病机制。首先，用携带G11778A、T3394C和T14502C突变的细胞模型，研究线粒体DNA原发和继发突变协同作用导致LHON发病的机制。其次，用携带YARS2 p.G191V突变的细胞模型，研究线粒体和核修饰基因互作导致LHON发病的机制。本项目的实施将有利于深入诠释LHON的致病机制，也为LHON及其他母系遗传病的早期诊断、遗传咨询、干预治疗提供科学依据。

Leber 遗传性视神经病变（LHON）是典型的母系遗传病，主要累及青壮年男性。线粒体ND4 G11778A突变是造成LHON发病的重要原因。线粒体DNA继发突变和核修饰基因可能调控该突变的表型表达。我们前期的工作在中国汉族人群中发现了可能影响LHON表型表达的ND1 T3394C和ND4 T14502C等继发突变。我们还首次鉴定了可能影响LHON表型表达的核修饰基因YARS2。本项目拟在这些研究基础上，深入探讨LHON的致病机制。首先，用携带G11778A、T3394C和T14502C突变的细胞模型，发现m.3394T>C/m14502T>C突变导致其编码的蛋白含量降低、复合体I组装功能下降、酶活力下降，ATP合成和膜电位显著降低，ROS产生增加，并且双m.3394T>C/m14502T>C和m.11778G>A突变比单个突变更能影响细胞的功能，说明m.3394T>C/m14502T>C是与LHON相关的继发性突变位点，并且能够增加原发性突变m.11778G>A的表型表。其次，用携带YARS2 p.G191V突变的细胞模型，发现c.572G>T突变组YARS2蛋白表达水平下降；含m.11778G>A及YARS2 c.572G>T纯合突变组的tRNATyr氨酰化有效性和稳态水平较对照组明显降低，并且富含酪氨酸的线粒体亚基ND4、ND5、ND6、COX2的表达量显著减少，且复合物I和IV活性明显降低。呼吸链损伤继而影响线粒体ATP合成，导致细胞ROS产量增加。因此YARS2突变协同线粒体11778G>A突变积累线粒体功能损伤，影响LHON发病的表型表达。本项目的实施将有利于深入诠释LHON的致病机制，也为LHON及其他母系遗传病的早期诊断、遗传咨询、干预治疗提供科学依据。