TUhjnbcbe - 2021/4/11 16:13:00
背景介绍线粒体疾病包括广泛的遗传性疾病，具有不同的临床特征和患者的预后。这些常见的多器官疾病可能是散发性疾病，也可能是由于线粒体DNA（mtDNA）或线粒体功能和维持所需的约个核编码基因中遗传的致病变异。这些mtDNA维持蛋白包括mtDNA复制所需的DNA聚合酶γ（POLγ）和TWINKLE解旋酶。此外，已知mtDNA复制和氧化磷酸化（OXPHOS）系统基因表达的启动依赖于mtDNA转录机制。线粒体RNA聚合酶（POLRMT）和线粒体转录因子A（TFAM）和B2（TFB2M）进行mtDNA的转录，后者从轻链和重链启动子（LSP和HSP）启动启动子特异性转录。在复制mtDNA的过程中，POLRMT还会从两个线粒体复制起点OriL和OriH合成起始所需的RNA引物。从结构上讲，POLRMT包含四个主要域：N端延伸、五肽重复序列（PPR）域、N端域和C端域。由于蛋白质在转录起始期间以及移交给进行性mtDNA转录的过程中会结合TFAM和mtDNA，这些结构域中发生大规模构象变化。转录的起始始于TFAM结合转录起始位点上游的启动子，并在mtDNA中诱导稳定的U形弯曲。在募集POLRMT之后，便形成了一个封闭的预初始化复合体。POLRMT与TFAM之间的相互作用是通过POLRMT的N端延伸域介导的，也称为“系链螺旋”，这对于将POLRMT的活性位点锚定在起始DNA发生熔解的转录起始位点附近非常重要。在TFB2M与双链DNA结合后，TFB2M在POLRMT中诱导稳定开放DNA区域的结构变化。TFB2M接触POLRMT的N末端域内的保守插入发夹，这导致DNA双链体的解链和开放起始复合物的形成，在这里新的RNA合成可以开始。从转录起始到延伸的转变涉及TFB2M的释放和线粒体转录延伸因子（TEFM）的募集。TEFM通过其C端形成同型二聚体，并稳定POLRMT插入发夹与DNA模板之间的相互作用，从而分离出新的RNA。这种相互作用还有助于沿着POLRMT形成紧密的RNA出口通道，这被认为可以增强沿着DNA链的RNA聚合酶的合成能力，并绕过由二级结构化RNA区域（例如G-四链体）引起的过早终止或停滞保守序列区II（CSBII）的序列。在没有TEFM的情况下，LSP驱动的转录通常在CSBII处终止，产生nt的转录本，加工后可被复制体机器用来在OriH4处启动复制。绝大多数线粒体疾病是由mtDNA维护机制和OXPHOS系统的组件缺陷引起的。编码POLγ和TWINKLE的基因POLG和TWNK的变异代表了遗传的线粒体疾病的常见原因，仅在POLG中已鉴定出多种不同的致病变异（