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众多社会公共卫生问题中,耳聋是非常重要的一种,对社会和个人都会造成巨大的经济负担并且会严重影响人们的生活。线粒体DNA突变是引起耳聋的重要原因之一。本研究通过对一个携带线粒体tRNASer(UCN)7505T>C的中国汉族母系遗传耳聋家系进行临床、分子遗传学及细胞生化等特征的评估,深入探索耳聋相关的线粒体tRNASer(UCN)7505T>C突变对细胞功能的影响。 听力筛查和临床资料分析发现,该家系中9位母系成员中有7位是耳聋患者,其他成员表型正常,耳聋是该家系唯一临床表型,并且呈现母系遗传特征。线粒体基因组全序分析发现,该家系线粒体tRNASer(UCN)7505位点存在T>C同质性突变,单体型为F1。线粒体tRNASer(UCN)的7505位点突变位于tRNASer(UCN) D-stem的第二个碱基。该位点突变破环进化上高度保守的碱基配对(10A-20U),可能会影响到tRNASer(UCN)二级结构的稳定性。 我们将含有先证者和正常对照线粒体的血小板与人类mtDNA缺乏的ρ0206细胞进行融合,构建成功的融合细胞系属于同一单体型,具有相同核背景。筛选获得的融合细胞通过mtDNA鉴定之后,通过分子水平、细胞水平的一系列实验对其tRNA代谢、线粒体蛋白合成、线粒体氧化呼吸、ATP生成、ROS产量及膜电位(△Ψm)进行分析。 Northern blot分析显示,与对照组细胞系相比,携带m.7505T>C突变的细胞系的线粒体tRNASer(UCN)水平下降了~61%(P=0.0359),而其他tRNA水平并无显著改变。提示m.7505T>C突变可能破环了进化上高度保守的碱基配对(10A-20U),进而影响到tRNASer(UCN)二级结构的稳定性,使tRNASer(UCN)的稳态水平降低。 tRNASer(UCN)代谢紊乱可能会导致突变组细胞的部分线粒体蛋白合成水平下降,通过Western blot免疫印迹实验对线粒体基因编码的6个多肽的表达水平进行了检测,与对照组相比,突变组的CO1、CO2和ND5的表达水平下降了~40%(P=0.0039)、~91%(P=0.0182)和~45%(P=0.0207),而其他两种蛋白表达水平无显著下降。 线粒体蛋白是氧化呼吸链复合体的组成成分,部分线粒体蛋白质合成障碍可能会影响一些复合体的合成,最终导致线粒体氧化呼吸链损伤。因此我们对线粒体氧化呼吸链复合体酶活性进行检测,经测定,与对照组相比,突变组线粒体氧化呼吸链复合体Ⅲ、复合体Ⅳ活性下降了~47%(P=0.0056)、~64%(P=0.0167)。 氧化呼吸损伤将会造成线粒体功能改变,进而影响细胞的正常功能,因此,我们对细胞内活性氧水平、ATP产量、线粒体膜电位等进行了检测。与对照组相比,突变组细胞中活性氧的产量平均增加了80.12%(P=0.0031),膜电位水平下降了~42%(P=0.0194),ATP产量下降了~26%(P=0.0070)。 总之,m.7505T>C突变导致线粒体tRNASer(UCN)稳态水平的降低可能不能满足一些线粒体蛋白质合成的需要,而线粒体蛋白是氧化呼吸链复合体的组成成分,线粒体蛋白合成缺陷将会导致线粒体呼吸链和氧化磷酸化的过程受到损伤,进而表现为细胞某些功能异常,使得活性氧的产量增加,膜电位水平和ATP产量下降了,不足以维持耳蜗细胞的正常功能,最终导致耳聋表型。