(mutations in ldl receptor gene with familial...

การกลายพนธในยน LDL receptor กบ familial hypercholesterolemia

(Mutations in LDL receptor gene with familial hypercholesterolemia)

นนทนภส เตมวงศ

สาขาเทคนคการแพทย คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏบานสมเดจเจาพระยา 1061 ถนนอสรภาพ แขวงหรญรจ เขตธนบร กรงเทพฯ 10600

ภาวะไขมนในเลอดสงมหลายรปแบบไดแก ภาวะระดบคอเลสเทอรอล (total cholesterol TC) ในเลอดสง ภาวะระดบไทรกลเซอไรด (triglyceride TG) ในเลอดสง ภาวะระดบ low density lipoprotein cholesterol (LDL-C) ในเลอดสง นอกจากนระดบ high density lipoprotein cholesterol (HDL-C) ในเลอดตายงเปนภาวะระดบไขมนในเลอดผดปกตอกแบบหนง ซงภาวะระดบไขมนผดปกตอาจเปนแบบใดแบบหนงหรอรวมกนตงแต 2 อยางขนไป พบวาระดบคอเลสเทอรอลในเลอดของมนษยถกควบคมโดยหลายยน แตยนทมความสาคญและเปนตวหลกคอยน LDL receptor และยน apolipoprotein B-100 (apo B-100) ซงถามความผดปกตของยนดงกลาวจะทาใหระดบไขมนในเลอดผดปกต และเปนภาวะระดบไขมนในเลอดผดปกตทมสาเหตมาจากพนธกรรม โรคทพบบอยคอ familial hypercholesterolemia (FH) และ

familail defective apolipoprotein B-100 (FDB) ซง FH จะพบไดมากกวา (httpittmdtammophgoth data_articles2548) ในทนจะขอกลาวเฉพาะ FH เพราะเกดจากความผดปกตของยน LDL receptor

Familial hypercholesterolemia (FH) เปนชนดทพบไดบอยสาเหตหลกเกดจาก

การสรางยน LDL receptor ในตบและเนอเยอนอกตบ (extrahepatic tissue) ผดปกต ทาใหเกดภาวะคอเลสเทอรอลในเลอดสงตลอดเวลา ซง LDL-C ทคงอยในเลอดสามารถเกาะหลอดเลอดหวใจทาใหเกดโรคหลอดเลอดหวใจอดตน (Goldstein et al 1989) นอกจากนยงเกดพยาธสภาพคอคอเลสเทอ-รอลไปสะสมท เ อน ขอ และผวหนง เ รยกว า xanthomas คอเลสเทอรอลไปสะสมทผนงหลอดเลอดเรยก atheromas และคอเลสเทอรอลไปสะสมทตาเรยก arcus cornealis (Lind et al 1998) ดงนน

บทความวชาการ

กาวทนโลกวทยาศาสตร ปท 9(1) 2552 84

แบบท 1 เรยกวา heterozygous FH เกดจาก LDL receptor มการกลายพนธของยนเพยงขางเดยว ทาใหบคคลนนมระดบคอเลสเทอรอลสงกวาคนปกต 2 เทา ประมาณ 350-500 mgdl และมโอกาสเกดโรคหลอดเลอดหวใจอดตน เ มออาย เฉลยประมาณ 30-40 ป โดยทวไปพบผปวย heterozygous FH ประมาณ 1 คน ใน 500 คน

แบบท 2 เรยกวา homozygous FH เกดจาก LDL receptor มการกลายพนธของยนทงสองขาง ทาใหบคคลนนมระดบคอเลสเทอรอลสงกวาคนปกต 4 เทา ประมาณ 600-1200 mgdl และมโอกาสเกดโรคหลอดเลอดหวใจอดตนตงแตอายยงนอย โดยทวไปพบผปวย homozygous FH ประมาณ 1 คน ใน 1000000 คน

จากขอมลขางตนพบวาทง heterozygous FH และ homozygous FH จะเกยวของกบการเกด

premature coronary heart disease แตผปวย homozygous FH จะมระดบคอเลสเทอรอลในเลอดสงมากและมความรนแรงของโรคมากกวา พบวามกจะเสยชวตดวยโรคหวใจกอนอายครบ 20 ป (Leitersdorf et al 1990 Helen et al 1992 Hoeg et al 1993 Jensen et al 1996)

โครงสรางของ LDL ลโพโปรตนชนด LDL สงเคราะหขนใน

กระแสเลอดจาก very low density lipoprotein (VLDL) และ intermediate density lipoprotein (IDL) อนภาคม apo B-100 และลพดประกอบไปดวยคอเลสเทอรอลทงทอยในรปของคอเลสเทอรอลอสระและคอเลสเทอรลเอสเทอร ซงพบเปนองคประกอบมากทสด มไทรกลเซอไรดลดลง (ภาพท 1) โดย LDL จะมปรมาณคอเลสเทอรอลเปน 2 ใน 3 ของปรมาณคอเลสเทอรอลทงหมดในกระแสเลอด ดงนน LDL จงมบทบาทสาคญในการขนสง คอเลสเทอรอลไปยงเนอเยอตางๆ ของรางกาย

ภาพท 1 โครงสรางของ LDL ทมา (Grundy 1990)


การสงเคราะหและเมแทบอลซมของ LDL เมอตบสงเคราะหคอเลสเทอรอลและไทร-กลเซอไรดแลวจะสงออกในรปของ nascent VLDL โดยมารวมกบโปรตนทสงเคราะหจาก rough endoplasmic reticulum ทบรเวณ golgi apparatus และสงออกในลกษณะ exocytosis โดยม apolipoprotein B-100 เปนองคประกอบหลกและม apolipoprotein E และ apolipoprotein C อยบาง จะเหนไดวา VLDL ทาหนาทขนสงลพดทสงเคราะหขนมาภายในรางกาย (endogenous lipid) ไปยงเนอเยอตางๆ เมอ nascent VLDL ลองลอยเขาสกระแสเลอดจะรบเอา apolipoprotein E และ apolipoprotein C จาก HDL กลายเปน VLDL และเมอไปถงเซลลเปาหมาย apolipoprotein C จะกระตนใหเอนไซม lipoprotein lipase ทบรเวณผนงหลอดเลอดทางานยอยสลายไทรกลเซอไรดภายใน VLDL จนไดกรดไขมน (fatty acid) ใชเวลาประมาณ 15-60 นาท และสง apolipoprotein C กลบไปส HDL ในขณะทมการแลกเปลยนลพดทเปนองคประกอบใน VLDL ทเหลอกบ HDL โดย HDL สงคอเลสเทอรลเอสเทอร (cholesteryl ester) ไปให VLDL ในขณะท VLDL สงไทรกลเซอไรดทเหลออยและฟอสโฟลพดไปให HDL ทาใหโมเลกลของ VLDL มขนาดเลกลงและม

ความหนาแนนมากขนอยในรป VLDL remnant ซงจะเดนทางตอกลบไปยงตบ โดยในกระแสเลอดพบ VLDL remnant เปน 2 กลมใหญๆ ตามขนาดอนภาค คอกลมทมขนาดใหญและกลมทมขนาดเลก กลมทมขนาดเลกอาจเรยกอกอยางวาลโพโปรตนทมความหนาแนนปานกลาง (intermediate density lipoprotein) หรอ IDL และ IDLจะถกเอนไซม hepatic lipase ยอยไทรกลเซอไรดและฟอสโฟลพดทเหลอจากการแลกเปลยนกบคอเลสเทอรลเอสเทอรจาก HDL ทาใหไดเปน LDL ซงยงลองลอยอยในกระแสเลอดไปยงเนอเยอตางๆ หรอกลบไปยงตบอกครงกได ในขณะทกลมของ VLDL remnant ทมขนาดใหญ (ยงคงม apolipoprotein E อย ทผวเปนจานวนมาก) จะจบกบ receptor จาเพาะทตบและเขาสตบโดยวธ endocytosis แลวไปรวมกบไลโซโซม (lysosome) จากนนจะถกยอยสลายเอาสวนของ คอเลสเทอรอล คอเลสเทอรลเอสเทอร กรดไขมน และอนๆ (ภาพท 2 และ 3) ดงนนลโพโปรตนทยงลองลอยอยในกระแสเลอดคอ LDL เนองจาก VLDL และ VLDL remnant ถกสลายไปภายในเวลาไมเกนชวโมง ในขณะท LDL จะอยในเลอดโดยเฉลยนานถง 3 วน LDL จงเปนตวขนสงคอเลสเทอรอลจากตบไปใหเนอเยอตางๆ (วชย เออสยาพนธ 2545 ปนดดา โรจนพบลสถตย 2546)


ภาพท 2 การสงเคราะหและเมแทบอลซมของ LDL ทมา (Murray et al 2000)

ภาพท 3 วถของ VLDL remnant ทมา (Grundy 1990)


การขนสงและการใชคอเลสเทอรอล LDL มคอเลสเทอรอลทงทอยในรปของ

คอเลสเทอรอลอสระและคอเลสเทอรลเอสเทอร ซง คอเลสเทอรลเอสเทอรเปนผลตภณฑทเกดจากปฏกรยาเอสเทอร (esterification) ระหวางคอเลส- เทอรอลกบกรดไขมน โดยกรดไขมนสวนใหญเปนกรดไขมนไมอมตว (unsaturated fatty acid) ปฏกรยาเอสเทอรดงกลาวเกดขนในกระแสเลอดและอาศยเอนไซม lecithincholesterol acyltransferase (LCAT) ทหลงมาจากตบเปนตวเรงปฏกรยา โดยม

ฟอสฟาทดลโคลน (phosphatidylcholine) หรอทรจกในชอ lecithin เปนตวใหกรดไขมนหรอหม เอซล (acyl group) กบคอเลสเทอรอล โดยคอเลส- เทอรลเอสเทอร ทได ม คณสมบตไมละลายน า มากกวาคอเลสเทอรอลอสระ (ภาพท 4) นอกจากนคอเลสเทอรลเอสเทอรยงสามารถสงเคราะหไดทตบโดยอาศยเอนไซม acyl-CoA cholesterol acyltransferase (ACAT) เปนตวเรงปฏกรยา และ fatty acyl-CoA เปนตวใหหมเอซลหรอกรดไขมน

ภาพท 4 ปฏกรยาเอสเทอรสาหรบการสงเคราะหคอเลสเทอรลเอสเทอรในกระแสเลอด ทมา (Nelson et al 2000)


LDL จะเขาสเซลลของเนอเยอตางๆ ไดโดยจบกบ LDL receptor ทเยอหมเซลล ซง LDL receptor สงเคราะหทบรเวณ rough endoplasmic reticulum (RER) มคณสมบตเปนไกลโคโปรตน (glycoprotein) มมวลโมเลกล 120 KDa หลงจากนนสงผานไปยง golgi apparatus และเกดกระบวนการ post translational modification ภายในโมเลกล ทาใหเกดเปน LDL receptor ทสมบรณ โดยภายในโครงสรางประกอบดวย 2 สายของ asparagines-linked (N-linked) oligosaccharide และประมาณ 18 สายของ serinethreonine-linked (O-linked) oligosaccharide ทาใหมมวลโมเลกลเปน 160 KDa (httpnobelprizeorgmedicinelaureates1985brown-goldstein-lecturepdf httpwwwumdnecker frldlrgenehtm) ภายใน 1 ชวโมงหลงจากการสงเคราะห LDL receptor ทสมบรณจะพบ LDL receptor ทเยอหมเซลล (Kreisberg et al 1992) บรเวณ LDL receptor ประกอบดวยกรดอะมโนทม

แขนงขางเปนกรดและมประจลบ (negative-charge acidic amino acids) ไดแกกรดอะมโนกลตามก (glutamic acid) และแอสพารทก (aspartic acid) ทาใหสามารถจบจาเพาะกบกรดอะมโนทมแขนงขางเปนเบสและมประจบวก (positive-charge basic amino acids) ไดแกกรดอะมโนไลซน (lysine) อารจนน (arginine) และฮสตดน (histidine) ของ apolipoprotein B-100 ของ LDL และ apolipoprotein E ของ IDL ได (Kreisberg et al 1992 Poledne et al 1993) แลวนาเอา LDL เขาสเซลลโดยอาศยวธการทเรยกวา receptor-mediated endocytosis (ภาพท 5) โดย receptor จะรวมกลมกนทเยอหมเซลลบรเวณโครงสรางลกษณะเปนหลมทเรยกวา coated pit โดยบรเวณนมโปรตนชอคลาธรน (clathrin) เปนจานวนมากซงสามารถจดเรยงตวกนเปนโครงสรางคลายกรงตาขาย (cagelike structure) (ภาพท 6)

ภาพท 5 การนา LDL เขาสเซลลดวยวธ receptor-mediated endocytosis โดย LDL receptor จบอยาง จาเพาะกบ apo B-100 ของ LDL

ทมา (httpwwwchanteclaircomauscientific_datapage49Lipo_Fig_06_Sequential_stepsgif)


ภาพท 6 โครงสรางคลายกรงตาขาย (cagelike structure) ซงเกดจากการจดเรยงตวของโปรตน clathrin ทบรเวณ coated pit ทมา (httpwwwblcarizonaeduINTERACTIVELDL395lifehtml)

LDL จะถกนาเขาไปในเซลลทงโมเลกลโดยมเยอหมเซลลทมโปรตนคลาธรนเปนจานวนมากลอมรอบเปนถงเ ลกๆ เ รยกวา endocytotic vesicle โดยถงเลกๆ เหลานจะหลอมรวมกนเกดเปน endosome ขน ซงจะเปนการกระตนใหโปรตอนปมพทอาศยพลงงาน (ATP-driven proton pump) ทางาน ทาใหภายใน endosome ม pH ลดลงเปน 65 ภายใตสภาวะน ทาให LDL แยกออกจาก LDL receptor และ LDL receptor สามารถนากลบไปใชใหมสาหรบจบกบ LDL ตวใหมไดหลายรอยครงกอนจะสลายไป และในแตละรอบใชเวลาประมาณ 10 นาท จากนน endosome จะไปหลอมรวมกบ lysosome ซงมเอนไซมทสามารถยอยโปรตนและลพด โดย apolipoprotein B-100 จะถกยอยจนไดกรดอะมโน และคอเลสเทอรลเอสเทอรจะถกยอยจนไดคอเลสเทอรอลอสระและกรดไขมน (Brown et al 1986 Health et al 2001) สาหรบคอเลสเทอ-รอลอสระจะเคลอนทไปยง endoplasmic reticulum ซงปกตจะใชคอเลสเทอรอลไปในการสงเคราะหเยอ

หมชนดตางๆ (Goldstein et al 1989 Marks et al 1996 Montgomery et al 1996 httpwww ipekrabiacthElearningsumonlipiddoc) นอกจาก นปรมาณคอเลสเทอรอลทเพมขนในเซลลจะมผลตอระบบตางๆ ภายในเซลลดงน

1 มผลยบยงการสงเคราะหคอเลสเทอรอลในเซลล โดยคอเลสเทอรอลทเพมขนจะไปยบยงการทางานของเอนไซม HMG-CoA reductase ซงเปนเอนไซมในวถการสงเคราะหคอเลสเทอรอล นอกจากนคอเลสเทอรอลยงไปกดการแสดงออกของยนทสรางเอนไซม HMG-CoA reductase รวมทงไปกระตนใหมการทาลายเอนไซมชนดนเพมขนดวย

2 มผลกระตนเอนไซม acyl-CoA cholesterol acyltransferase (ACAT) เพอเรงใหมการสะสมคอเลสเทอรอลสวนเกนในรปของคอเลสเทอ-รลเอสเทอร

3 มผลควบคมการสงเคราะห LDL receptor โดยไปลดปรมาณ mRNA ทใชสาหรบ


เปนททราบกนดว าคอเลสเทอรอลมความสมพนธกบการเกดโรคหลอดเลอดแขงตว (atherosclerosis) ซงมกจะเปนสาเหตของการเกดอาการหวใจวาย (heart attack) โดยปกต LDL คอนข า งจะ ถกออกซไดซ ได ง า ย ซ งการ เ กดออกซเดชนของ LDL จะหมายถงการเกด peroxidation ของกรดไขมนไมอมตว การเกด hydroxylation ของคอเลสเทอรอล และการเกดออกซเดชนของกรดอะมโนใน apolipoprotein ทเปนองคประกอบของ LDL ทาใหม LDL อยในรปทถกออกซไดซ (oxidized LDL) ในกระแสเลอด

เซลลของเนอเยอตางๆ จะนาเอา LDL เขาสเซลลในปรมาณจากดเทาทเซลลตองการเทานน ดงนนถาม LDL สงในกระแสเลอดจะทาใหม LDL สวนเกนสะสมอย ในกระแสเลอดมากขน จงมโอกาสเกด oxidized LDL เพมมากขน ซง oxidized LDL นจะถกจบกนโดยเซลลเมดเลอดขาวขนาดใหญ (macrophage) ซงจะนาเอา oxidized LDL เขาส

เซลลโดยอาศยตวรบทเรยกวา scavenger receptor ซง scavenger receptor สามารถนาเอา oxidized LDL เขาสเซลลไดโดยไมจากดปรมาณ ทาใหสามารถพบเมดเลอดขาวทกน oxidized LDL เขาไปมากๆ ได ซงเซลลเมดเลอดขาวทกน oxidized LDL เขาไปมากๆ จะมคอเลสเทอรอลมากมายในเซลล จงเหนเซลลมลกษณะเหมอนมฟองเตมเซลล เรยกเซลลทมลกษณะดงกลาววา foam cell ซงเซลลเหลานมกจะไปเกาะทผนงเสนเลอดฝอยและสะสมเกดเปนแผนคราบ (plaque) เกาะทผนงเสนเลอดฝอย ทาใหเกด atherosclerosis และถาสะสมมากจนอดตนเสนเลอดฝอยทไปเลยงกลามเนอหวใจจะทาใหเกดอาการหวใจวายได

ยนของ LDL receptor ยนของ LDL receptor ในมนษยอยบนปลายแขนสนของโครโมโซมคท 19 (p131-p133) มความยาว 45 kb ประกอบดวย 18 exon กบ 17 intron และ mRNA มความยาว 53 kb ประกอบดวย กรดอะมโน 860 ตว (ภาพท 7) (Vuorio et al 1995)

ภาพท 7 โครงสรางยนของ LDL receptor ทมา (httpwwwuclacukfhmutabhtml)


Exon 1 ประกอบดวยบรเวณ 5prime untranslated และกรดอะมโนทเปน signal peptide ซงมคณสมบตไฮโดรโฟบก (hydrophobic) จานวน 21 ตว โดย signal peptide นจะถกตดออกจากโมเลกลในระหวางท LDL receptor เคลอนไปยง rough endoplasmic reticulum ทาให LDL receptor ทสมบรณประกอบดวยกรดอะมโน 839 ตว (Soutar et al 1989) จากโครงสรางของ LDL receptor protein (ภาพท 8 ก และ ข) พบวาประกอบดวย 5 domain ดงน

Domain ท 1 คอ exon 2ndashexon 6 อยบรเวณ NH2-terminal เปนสวน ligand-binding domain ประกอบดวยกรดอะมโน 292 ตว ม 7 หนวยซาคอ exon 2 (หนวยซาท 1) exon 3 (หนวยซาท 2) exon 4 (หนวยซาท 34 และ 5) exon 5 (หนวยซาท 6) และ exon 6 (หนวยซาท 7) แตละหนวยประกอบดวยกรดอะมโน 40 ตว และม 6 cysteine residue ซงจะเกดพนธะไดซลไฟด 3 พนธะภายในโมเลกลทบรเวณ carboxyl-terminal ของแตละหนวยซาประกอบดวยกรดอะมโนทมแขนงขางเปนกรดและมประจลบ Asp-X-Ser-Asp-Glu (DXSDE) ซงมความสาคญในการจบกบกรดอะมโนทมแขนงขางเปนเบสและมประจบวกของ apolipoprotein B-100 และ apolipoprotein E (Soutar et al 1998 Loubser et al 1999 httpwwwuclacukfhmutabhtml)

Domain ท 2 คอ exon 7ndashexon 14 ประกอบ ดวยกรดอะมโน 400 ตว มลกษณะเหมอนยนของ epidermal growth factor (EGF) precursor ทพบในมนษย 33 เปอรเซนตจงเรยกวา epidermal growth factor (EGF) precursor homology domain การเปลยนแปลงใน EGF precursor homology domain มผลทาใหการขนสง LDL receptor ไปทเยอหมเซลลลดลงหรอ LDL receptor ไมสามารถจบกบ ligand หรอไมสามารถนากลบมาใชใหมได domain น

ประกอบดวย 3 growth factor แตละ growth factor ประกอบดวยกรดอะมโน 40 ตว และม cysteine residue เปนองคประกอบจานวนมาก แตจะแตกตางจาก cysteine residue ทพบทบรเวณ ligand binding domain โดย 2 growth factor แรกตดกนเรยกวา A (exon 7) และ B (exon 8) แยกออกจากสวน C (exon 14) โดยกรดอะมโน 280 ตว ซงประกอบดวย 5 ชดของ motif ทอนรกษไวคอ Try-Trp-Thr-Asp (YWTD) แตละชดประกอบดวยกรดอะมโน 40-60 ตว (Soutar et al 1989) domain นมความสาคญในการแยก LDL จาก LDL receptor ภายใน endosome ภายใต pH เปน 65 รวมทงทาให LDL receptor ไมสลายตวเรว สามารถนากลบไปใชใหมสาหรบจบกบ LDL ตวใหมได และทาหนา ท เปน ligand- binding domain สาหรบจบกบ LDL บนเยอหมเซลล พบวาถาเกดการกลายพนธบรเวณ domain น LDL receptor จะไมสามารถปลอย ligand และไมเกดการนา LDL receptor กลบไปใชใหม ดงนน LDL receptor จะสลายไปและสงผลใหคอเลสเทอรอล ในกระแสเลอดเพมขน (Davis et al 1987 Cearro et al 1996)

Domain ท 3 คอ exon 15 ประกอบดวยกรดอะมโน 58 ตว และมกรดอะมโนเซรน (serine) และทรโอนน (threonine) เปนองคประกอบจานวนมาก บรเวณนเปนตาแหนงทจบของสาย O-linked sugar (httpwwwuclacukfhmutabhtml)

Domain ท 4 คอ exon 16 และบรเวณปลาย 5prime ของ exon 17 ประกอบดวยกรดอะมโนทมคณสมบตไฮโดรโฟบกจานวน 22 ตว เชอมตดกบ residue ทมประจ ซงประกอบเปนmembrane-spanning domian ทาหนาทยด LDL receptor ไวทเยอหมเซลล (Soutar et al 1989 httpwww uclacukfhmutabhtml)


Domain ท 5 และ cytoplasmic domain ของ LDL receptor คอ carboxyl-terminal cytoplasmic tail ประกอบดวยกรดอะมโน 50 ตว domain นคอสวนทเหลอของ exon 17 และบรเวณปลาย 5prime ของ exon 18 (Soutar et al 1989) มความสาคญในการเคลอนทของ LDL receptor ในกระบวนการ endocytosis (coated pits) บนเยอหมเซลล (Lehrman

et al 1985) พบวาการขาดหายไปหรอการแทนทของกรดอะมโนทบรเวณ cytoplasmic tail มผลทาให LDL receptor ไมเคลอนทใน clathrin-coated pits และไมเกดกระบวนการ internalization สวนทเหลอของ exon 18 เปนบรเวณ 3prime untranslated มความยาว 26 kb (Athanikar et al 1998)


ภาพท 8 โครงสรางของ LDL receptor domain ทมา (ก) httpwwwumdneckerfr LDLRgenehtm (ข) Jeon et al 2001

ก) (

(ข)

กระบวนการควบคมการสงเคราะห LDL receptor การสงเคราะห LDL receptor ภายในเซลลขนอยกบปรมาณของคอเลสเทอรอลในเซลล ถาปรมาณคอเลสเทอรอลในเซลลลดลง จะมการกระตนยนของ LDL receptor เพอใหมการสงเคราะห LDL receptor เพมขน สาหรบจบกบ LDL และทาใหปรมาณคอเลสเทอรอลในเซลลเพมขน (Edwards et al 2000)

LDL receptor ถกควบคมโดยทางลาดบ promoter ของยนใน LDL receptor และ SREBP เปน transcription factor (Goldstein et al 1989) promoter เปนลาดบทสาคญในการควบคมกระบวน การถอดรหสของยนใน LDL receptor ลาดบนจะอยทตาแหนง 250 คเบสทาง upstream ของรหสเรมตนคอ AUG ซง promoter ประกอบดวย 2 สวนคอ TATA box และ Sterol Regulatory Element (SRE) โดย TATA box เปนตาแหนงของการจบกบเอนไซม

RNA polymerase สาหรบการเรมตนของกระบวน การถอดรหสของยน สวน SRE ประกอบดวย 3 หนวยซาเรยกวา repeat 1 repeat 2 และ repeat 3 แตละหนวยซาประกอบดวย 16 นวคลโอไทด โดย repeat 1 และ repeat 3 ทาอนตรกรยากบ transcription factor Sp1 เพอทจะเกดการถอดรหสของยนใน LDL receptor สวน repeat 2 ประกอบ ดวย SRE-1 ซงมความยาว 10 คเบส (ภาพท 9)

SREBPs (Sterol Regulatory Element Binding Proteins) precursor เรมสงเคราะหท rough endoplasmic reticulum มมวลโมเลกลเปน 125 KDa หลงจากนนสงผานไปยง golgi apparatus โดยโปรตนทชอ chaperone ถาความเขมขนของ sterol ในเซลลลดลง เอนไซม protease จะยอย SREBP precursor โดยการควบคมของ SREBP cleavage-activating protein (SCAP) ซงจะเกดสารประกอบกบ SREBPs ในเยอหมของ rough endoplasmic reticulum

ภาพท 9 ลาดบ promoter ของยนใน LDL receptor ทมา (Makar et al 1998)


SCAP จะขนสง SREBP precursor ไปท golgi apparatus ซงมเอนไซม protease S1P และ protease S2P ยอย SREBP เพอ ทจะปลอย NH2-terminal ของ SREBP ออกมา หลงจากยอย SREBP เสรจ SREBP จะถกปลอยออกจาก RER ดงนน NH2-terminal ขอ ง SREBP จ ะ เ ค ล อน ต ว ไ ป ทนวเคลยส ซงจะมผลไปกระตนกระบวนการถอด รหสของยนใน LDL receptor โดยการจบไปท repeat 2 ของ SRE ภายในยนน เมอระดบคอเลส- เทอรอลภายในเซลลมากเกนไป SCAP ไมทางาน

และ SREBP จะอยทเยอหมของ RER (ภาพท 10) ถาไมม sterol ภายในเซลลกระบวนการถอดรหสของยนใน LDL receptor เพมขน ในขณะทถามคอเลส- เทอรอล กระบวนการถอดรหสของยนใน LDL receptor ลด ลง (Goldstein et al 1989 Makar et al 1998 Edwards et al 2000) ดงนนเมอระดบคอเลส- เทอรอลภายในเซลลเพมขนการสราง LDL receptor ภายใน เซลล ลดลง ในทางก ลบกนถ า ระ ดบ คอเลสเทอรอลภายในเซลลลดลงการสราง LDL receptor ภายในเซลลเพมขน

ภาพท 10 วถของ SREBP ทมา (Goldstein et al 1989)


การแบงประเภทของการกลายพนธในยนของ LDL receptor

ลกษณะปรากฏ (phenotype) อนเนองมา จากมความผดปกตของยนในการสงเคราะห LDL receptor แบงได 5 ประเภท (ภาพท 11) (Brown et al 1986 Goldstein et al 1989 Soutar et al 1998)

1 Class ท 1 เรยกวา null allele สาเหต

สวนใหญเกดจากการกลายพนธแบบ nonsense หรอ frameshif พบวากระจายแบบ random ระหวาง exon ของยน แลวทาใหไมสามารถสงเคราะห receptor ท rough endoplasmic reticulum ได การทไมม truncated protein อาจบอกถงความไมมเสถยรภาพและการสลายตวอยางรวดเรวของ mRNA ทกลายพนธหรอเกดการสงเคราะหโปรตนทผดปกต การกลายพนธของ class ท 1 ถาพบอยในบรเวณ promoter จะไมเกดการสงเคราะห mRNA หรอโปรตน

2 Class

3 Class ท 3 เรยกวา binding defective allele มผลทาใหการจบกนระหวาง

LDL receptor และ LDL ผดปกตแตการสงเคราะหและการขนสง LDL receptor เปนปกต สาเหตเกดจากการกลายพนธแบบ insertion หรอ deletion ในบรเวณ ligand binding domain หรอ EGF precursor homology domain การขาดหายไปของหนวยซา cysteine residue สงผลทาใหความสามารถในการจบกนระหวาง LDL receptor และ LDL ลดลง

4 Class ท 4 เรยกวา internalization defective allele พบวา LDL receptor เคลอนทไป

ยงเยอหมเซลลและจบ LDL ไดปกตแตไมสามารถรวมกลมกนท เยอหมเซลลในรปแบบ clathrin-coated pit ได ดงนนจงไมเกดกระบวนการ internalization

5 Class ท 5 เรยกวา recycling defective allele พบวา LDL receptor สามารถ

รวมกลมกนท เยอหมเซลลในรปแบบ clathrin-coated pit และเกดกระบวนการ internalization ได แต LDL receptor จะไมสามารถปลอย ligand ใน endosome ดงนนจงไมเกดการนา LDL receptor กลบไปใชใหม การกลายพนธใน class ท 5 พบประมาณ 20 เปอรเซนต ในบรเวณ EGF precursor homology domain ถา ligand ไมสามารถแยกจาก LDL receptor ได สารประกอบของ receptor-ligand จะเกดการสลายตวทาใหไมเกดการนา LDL receptor กลบไปใชใหม

ท 2 เรยกวา transport defective allele แบงไดเปน 2 ชนดคอ Class 2A

(completely) สงเคราะหโปรตนซงไมสามารถขนสงออกจาก rough endoplasmic reticulum ได ดงนนจงไมพบ LDL receptor ทสมบรณ ทมมวลโมเลกลเปน 160 KDa และ Class 2B (partially) สงเคราะหโปรตนซงสามารถขนสงจาก rough endoplasmic reticulum ไปยง golgi apparatus ในจานวนทลดลง Class ท 2 พบทบรเวณ EGF precursor homology domain


ภาพท 11 การแบงประเภทของการกลายพนธในยนของ LDL receptor ทมา (Makar et al 1998)

ปจจบนพบการกลายพนธของยนในการสงเคราะห LDL receptor มมากกวา 920 การกลายพนธ สวนใหญเปนแบบ point mutation แบงไดเปน substitution 610 ตาแหนง small deletion 121 ตาแหนง small insertion หรอ duplication 53 ตาแหนง (Villeges et al 2002) การกลายพนธสวนใหญพบบรเวณ ligand-binding domain (42 เปอรเซนต) พบมากท exon 4 โดยเฉพาะอยางยงหนวยซาท 5 ซงพบวาเกยวของกบลกษณะปรากฏทรนแรงของผปวย FH และ EGF precursor homology domain (47 เปอรเซนต) (Health et al 2001) บรเวณ cytoplasmic tail พบการกลายพนธ 34 เปอรเซนต (พบใน exon ท 17 เปน 32 เปอรเซนต และ exon ท 18 เปน 02 เปอรเซนต) บรเวณ membrane spanning domain และ promoter พบการ

กลายพนธ 17 เปอร เ ซนต และ O-linked sugar domain พบการกลายพนธ 14 เปอรเซนต (ภาพท 12) สวนการเกดแบบ rearrangement พบบอยใน intron ท 1 ถง intron ท 8 และ intron ท 12 ถงบรเวณ 3prime untranslated ซงจะพบลาดบทซาเปน Alu บอย จากการว เคราะหการกลายพนธบรเวณ ligand-binding domain พบวาเกดทบรเวณกรดอะมโนทอนรกษ 74 เปอรเซนต และจะอยบรเวณ carboxyl-terminal ของแตละหนวยซา ในขณะทการกลายพนธบรเวณ EGF precursor homology domain พบวาเกดทบรเวณกรดอะมโนทไมไดอนรกษ 64 เปอรเซนต และจะอยบรเวณ NH2-terminal ของแตละหนวยซา (Goldstein et al 1989 Health et al 2001)


ภาพท 12 point mutation และ small deletionsinsertions ใน LDL receptor ทมา (Goldstein et al 1989)

สรป จากการศกษาพบวาโอกาสเกด FH มความแตกตางกนในแตละเชอชาตเรยกวา founderrsquos effect เปนปรากฎการณทพบในประชากรทแยกตวออกมาเปนเวลานานซงขนอยกบภมประเทศ ศาสนา เชอชาต การเมอง พบใน French Canadians Christian Lebanese Finns และ Afrikaners เปนตน เชนในประชากร Afrikaners จะพบผปวย FH บอยมาก โดยพบผปวย heterozygous FH ประมาณ 1 คน ใน 100 คนและ ผปวย homozygous FH ประมาณ 1 คน ใน 30000 คน และพบการกลายพนธ 3 ตาแหนงทพบบอยมากกวา 95 เปอรเซนต ในผปวย FH ของประชากร Afrikaners โดยพบ point mutation 2 ตาแหนง ใน exon ท 4 และ point mutation 1 ตาแหนง ใน exon ท 9 ของยนใน LDL receptor (Leitersdorf et al 1989)

Familial hypercholesterolemia (FH) สาเหตหลกเกดจากการสรางยน LDL receptor ในตบและเนอเยอนอกตบ (extrahepatic tissue) ผดปกต ซงเปนถายทอดทางพนธกรรมแบบ autosomal dominant ผปวยจะมความผดปกตในระดบยน โดยยนเกดการกลายพนธและสงผลใหไมมการสงเคราะห หรอสงเคราะห LDL receptor ทมความผดปกต ทาใหการกาจด LDL-C ในกระแสเลอดลดลง LDL-C คงอยในกระแสเลอดและกอใหเกดภาวะคอเลสเทอ-รอลในเลอดสงตลอดเวลาจนสามารถเกาะหลอดเลอดหวใจทาใหเกดโรคหลอดเลอดหวใจอดตนได ลกษณะปรากฏ (phenotypes) อนเนองมาจากมความผดปกตของยนทพบในผปวย FH แบงไดเปน 5 ประเภทไดแก Class ท 1 มการสงเคราะห LDL receptor ลดลง เนองจากการกลายพนธแบบ


เอกสารอางอง

ปนดดา โรจนพบลสถตย (2546) ชวเคมทางการแพทย (พมพครงท 1) กรงเทพ บคเนท

วชย เออสยาพนธ (2545) ชวเคมทางการแพทย (พมพครงท 1) กรงเทพ บคเนท

Athanikar JN and Osborne TF (1998) Specificity in cholesterol regulation of gene expression by coevolution of sterol regulatory DNA element and its binding protein Proc Natl Acad Sci USA 95(suppl)(9) 4930-4935

Brown MS and Goldstein JL (1986) A receptor-mediated pathway for cholesterol homeostasis Science 232(4746) 34-47

Cearro A Jensen HK Casao E Civera F Bonillo JG and Pocovi M (1996) Identification of a novel mutations in exon 13 of the LDL receptor gene causing familial hypercholesterolemia in two Spanish families Biochim Biophys Acta 1316(1) 1-4

Davis CG Goldstein JL Sudhof TC Anderson RGW Russell DW and Brown MS (1987) Acid dependent ligand dissociation and recycling of LDL receptor mediated by growth factor homology region Nature 326 760-765

Edwards PA Tabor D Kast HR and Venkateswaran A (2000) Regulation of gene expression by SREBP and SCAP Biochemica Biophysica Acta 1529(1-3) 103-113

Goldstein JL and Brown MS (1989) The metabolic and molecular bases of inherited disease (6th ed) New York Mc Graw-Hill

Grundy SM (1990) Cholesterol and atherosclerosis diagnosis and treatment New York Lippincott

Health KE Gahan M Whittall RA and Humpries SE (2001) Low-density lipoprotein receptor gene (LDLR) world-wide website in familial


hypercholesterolemia update new features and mutations analysis Atherosclerosis 154(1) 243-246

Helen H Hobbs HH Michael S and Brown JLG (1992) Molecular genetics of the LDL receptor gene and their use in diagnosis of familial hypercholesterolemia Human mutation 1 445-466

Hoeg JM (1993) Homozygous familial hypercholesterolemia a paradigm for phenotypic variation Am J Cardiol 72(10)11D-14D

Jensen HK Jensen LG Health F Hansen PS and Meinertz H (1996) Phenotypic characterization of patient homozygous for the D558N LDL receptor gene mutation Clin Genet 50(5) 388-392

Jeon H Meng W Takagi J Eck MJ Springer T and Stephen CB (2001) Implications for familial hypercholesterolemia from the structure of the LDL receptor YWTD-EGF domain pair Nat Struc Biol 8(6) 499-504

Kreisberg RA Segrest JP and Oram JF (1992) Plasma lipoproteins and coronary heart disease (1st ed) London Backwell scientific

Lehrman MA Goldstein JL Brown MS Russel DW and Schneideer WJ (1985) Internalization-defective LDL receptors produced by genes with nonsense

and framshift mutations that truncate the cytoplasmic domain Cell 41(3) 735-743

Leitersdorf E Van der Westhuyzen DR Coetzee GA and Hobbs HH (1989) Two common low-density lipoprotein receptor gene mutations cause familial hypercholesterolemia in Afrikaners J Clin Invest 84(3) 954-961

Leitersdorf E Tobin EJ Davignon J and Hobbs HH (1990) Common low-density lipoprotein receptor mutations in the French Canadian population J Clin Invest 85(4) 1014-1023

Lind S Eriksson M Rystedt E Wikilund O and Eggertsen G (1998) Low frequency of the common Norwegian and Finnish LDL-receptor mutations in Swedish patients with familial hypercholesterolemia J Intern Med 244(1) 19-25

Loubser O Marais AD Kotze MJ Godenir N Thiart R and Scholtz CL (1999) Founder mutations in the LDL receptor gene contribute significantly to the familial hypercholesterolemia phenotype in the indigenous South African population of mixed ancestry Clin Genet 55(5) 340-345

Makar RSJ Lipsky PE and Cuthbert JA (1998) Sterol-independent sterol response element-dependent regulation of low density lipoprotein receptor gene expression J Lipid Res 39(8) 1647-1653



Marks DB Marks AD and Smith CM (1996) Basic medical biochemistry a clinical approach Baltimore WillamsampWilkins

Montgomery R Conway TW and Spector AA (1996) Biochemistry a clinical approach (6th ed) Baltimore Mosby

Murray KR Granner DK Mayes PA and Rodwell VW (2000) Harperrsquos Biochemistry (25th ed) Stamford AppletonampLange

Nelson DL and Cox MM (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3rd ed) New York Worth Publishers

Poledne R Pisa Z and Berg K (1993) Normal genetic variation at the low density lipoprotein receptor (LDLR) locus influences cholesterol levels in children Clin Genet 43(3) 122-126

Soutar AK Knight BL and Patel DD (1989) Identification of a point mutation in growth factor repeat C of the low density lipoprotein-receptor gene in a patient with homozygous familial hypercholesterolemia that affects ligand binding and intracellular movement of receptors Proc Natl Acad Sci USA 86(11) 4166-4170

Soutar AK (1998) Update on low density lipoprotein receptor mutations Curr Opin Lipid 9(2)141-147

Villeges L Abifadel M Allard D Rabes JP Thiart R and Kotze MJ (2002) The UMD-LDLR database additions to the software and 490 new entries to the database Hum mutat 20(2) 81-87

Vuorio AF Ojala JP Sarna S Turtila H Tikkanen MJ and Kontula K (1995) Heterozygous familial hypercholesterolemia the influence of the mutation type of the low-density lipoprotein receptor gene and PvuII polymorphism of the normal allele on serum lipid levels and response to lovastatin treatment J Intern Med 237(1) 43-48

httpittmdtammophgothdata_articles2548 httpnobelprizeorgmedicinelaureates1985

brown-goldstein-lecturepdf httpwwwblcarizonaeduINTERACTIVELDL3

95lifehtml httpwwwchanteclaircomauscientific__data

page49Lipo_Fig_06_Sequential_stepsgif httpwwwipekrabiacthElearningsumonlipid

doc httpwwwuclacukfhmutabhtml httpwwwumdneckerfrLDLRgenehtm

แบบท 1 เรยกวา heterozygous FH เกดจาก LDL receptor มการกลายพนธของยนเพยงขางเดยว ทาใหบคคลนนมระดบคอเลสเทอรอลสงกวาคนปกต 2 เทา ประมาณ 350-500 mgdl และมโอกาสเกดโรคหลอดเลอดหวใจอดตน เ มออาย เฉลยประมาณ 30-40 ป โดยทวไปพบผปวย heterozygous FH ประมาณ 1 คน ใน 500 คน

แบบท 2 เรยกวา homozygous FH เกดจาก LDL receptor มการกลายพนธของยนทงสองขาง ทาใหบคคลนนมระดบคอเลสเทอรอลสงกวาคนปกต 4 เทา ประมาณ 600-1200 mgdl และมโอกาสเกดโรคหลอดเลอดหวใจอดตนตงแตอายยงนอย โดยทวไปพบผปวย homozygous FH ประมาณ 1 คน ใน 1000000 คน

จากขอมลขางตนพบวาทง heterozygous FH และ homozygous FH จะเกยวของกบการเกด

premature coronary heart disease แตผปวย homozygous FH จะมระดบคอเลสเทอรอลในเลอดสงมากและมความรนแรงของโรคมากกวา พบวามกจะเสยชวตดวยโรคหวใจกอนอายครบ 20 ป (Leitersdorf et al 1990 Helen et al 1992 Hoeg et al 1993 Jensen et al 1996)

โครงสรางของ LDL ลโพโปรตนชนด LDL สงเคราะหขนใน

กระแสเลอดจาก very low density lipoprotein (VLDL) และ intermediate density lipoprotein (IDL) อนภาคม apo B-100 และลพดประกอบไปดวยคอเลสเทอรอลทงทอยในรปของคอเลสเทอรอลอสระและคอเลสเทอรลเอสเทอร ซงพบเปนองคประกอบมากทสด มไทรกลเซอไรดลดลง (ภาพท 1) โดย LDL จะมปรมาณคอเลสเทอรอลเปน 2 ใน 3 ของปรมาณคอเลสเทอรอลทงหมดในกระแสเลอด ดงนน LDL จงมบทบาทสาคญในการขนสง คอเลสเทอรอลไปยงเนอเยอตางๆ ของรางกาย

ภาพท 1 โครงสรางของ LDL ทมา (Grundy 1990)










































ก) (

(ข)















2 Class



































































































ก) (

(ข)















2 Class









































































2 Class



























































(mutations in ldl receptor gene with familial...

Documents