细胞色素b的复合物III
细胞色素b（MTCYB）是呼吸道复合物III（泛醇：铁细胞色素c氧化还原酶或细胞色素bc1复合物EC 1.10.2.2）唯一的线粒体DNA（mtDNA）编码的亚基。络合物III位于线粒体内膜内，是线粒体氧化磷酸化电子传输链中的第二种酶。它催化电子从泛醇（还原型辅酶Q10）到细胞色素c的转移，并利用能量将质子从线粒体内膜内部转移到外部。牛复合物III已通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶（PAGE）分解为11种多肽，命名为I-XI（Schagger等，1986；Gonzalez-Halphen等，1988）。这些亚基包括核心蛋白I和II，细胞色素b（亚基III），细胞色素c1（亚基IV），Rieske铁硫蛋白（亚基V）和一些较小的多肽。亚基III，IV和V是复合物中的主要氧化还原蛋白，摩尔比为2：1：1（Rieske，1976）。核心蛋白I和II对于复合物III中氧化还原中心的组装和正确结合是必不可少的，尽管它们不包含氧化还原中心（Linke和Weiss，1986；Crivellone等，1988；Oudshoorn等，1987；Australia，1987）。Tzagoloff等，1986）。
MTCYB是高度进化保守的疏水蛋白，包含8个或9个跨膜结构域和2个血红素基团。这两种血红素在氧化还原电位和光谱上存在差异，分别被称为b-562-高电位血红素和b- 566-低电位血红素（Esposti等，1993 ; Wikstrom等，1981 ; Saraste ，1984年）。细胞色素b与核心蛋白I和II一起构成复合物III的主要成分。Rieske铁硫蛋白位于内膜的胞质侧，接受来自MTCYB的电子（Gonzalez-Halphen等人，1988年）。然后，电子被转移到细胞色素c1上，该细胞色素c1包含一个跨膜结构域，一个共价结合的血红素，并且也位于线粒体内膜的外部。细胞色素c1将电子转移至细胞色素c（Weiss等，1987）。
对于复合物III，已深入研究了质子易位与电子传输相关的机理。两个重要的模型是质子动力辅酶q10（Q）循环和b循环（Mitchell，1976；Hatefi，1985）。两种模型都将质子转运和电子通过辅酶q10氧化还原中间体联系起来（Hatefi ，1985；Wikstrom和Krab，1986）。
▼ 测绘
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MTCYB由mtDNA的富含鸟嘌呤的重链（H）编码，并位于核苷酸对（nps）14747和15887之间（Anderson等，1981；Wallace等，1994）。它在母体上与mtDNA一起遗传（Giles等，1980；Case和Wallace，1981）。
▼ 基因结构
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MTCYB基因涵盖mtDNA的1140 nps，并编码没有内含子的单个多肽。该mRNA具有一个4-np，5-prime非编码区，后接AUG起始密码子，并以UAA终止密码子的U结尾（Anderson等，1981；Ojala等，1981；Montoya等， 1981；Wallace等人，1994）。它被转录为多顺反子H链转录物的一部分，其侧面为tRNAGlu和tRNAThr转录物。这些tRNA在释放转录物的转录物11，即MTCYB mRNA上被切除。将mRNA聚腺苷酸化的，然后完成所述终止密码子（Anderson等人，1981。 ; Ojala的等人，1981。 ：Attardi等人，1982。 ）。
▼ 基因功能
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MTCYB的预测分子量（MW）为42.7 kD（Anderson等，1981；Wallace等，1994）。但是，其高疏水性导致SDS-PAGE上的迁移发生变化，表观分子量也随之改变。使用Tris-甘氨酸缓冲液时，其迁移速率约为27.5 kD（Oliver等，1984；Oliver和Wallace，1982；Wallace等人，1986），而在磷酸脲脲缓冲液中，其迁移速率约为29 kD（Chomyn等，1986）（1985）。
▼ 分子遗传学
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已经在指定酶的以下核苷酸位置鉴定了限制性位点多态性（其中“ +” ＝位点获得，“-” ＝相对于参考序列的位点丧失，Anderson等，1981）：Alu I：+14899， + 15245，+ 15437，+ 15606，-15776；Ava II：+ 15487，+ 15591，+ 15882；Dde I：+ 14773，+ 14923，-15073，-15238，-15250，+ 15434，+ 15660，+ 15727，+ 15751/15754；海II：-14858，-15002; Hae III：+ 14749，+ 14899，-15047，-15073，-15172，+ 15431，+ 15520，+ 15595，-15883；哈哈I：-14859，-15003; HincII：+14648/15765；HinfI：+ 15005，-15234，-15375，-15723；Mbo I：+ 14749，-14869，-15060，+ 15195/15221，+ 15235，+ 15397，-15591，+ 15790/16373；Msp I：+15485；Rsa I：+ 15346，+ 15412，-15812，+ 15872；Taq I：-14956，+ 15549，+ 15861；Xho I：-15068（Wallace等，1994）。
MTCYB具有有助于Leber遗传性视神经病变（LHON; 535000）的表型相关等位基因，包括MTCYB * LHON15257A（516020.0001）和MTCYB * LHON15812A（516020.0002）。
Spiro等（1970年）描述了一个46岁的男人和他16岁的儿子，患有进行性共济失调，主要是近端肌肉无力，反射亢进，足底伸肌反应，痴呆以及伴随的肌肉非特异性肌病和神经病变。肌肉线粒体的研究表明，氧化磷酸化的耦合非常松散，细胞色素b含量显着降低，这是复合物III的缺陷。Morgan-Hughes等（1982）报道了一个患者在线粒体呼吸链的细胞色素b水平上有缺陷。患者出现肌阵挛，随后出现全身无力，共济失调和精神错乱。Darley-Usmar等报道了复杂的III型缺乏症患者（1983）和Hayes等人（1984）合并有肌肉无力，共济失调，运动不耐症和眼肌病。大多数问题最初是在儿童时期注意到的，随着年龄的增长而恶化。
Andreu等（1999年）描述了5名运动不耐症的新患者，他们鉴定了MTCYB基因突变，并回顾了先前鉴定的4名患者的特征。他们得出结论，线粒体肌病是一种偶发性形式，其中运动不耐症是主要症状。MTCYB基因中的每个突变都会损害细胞色素b蛋白的酶促功能。在这些患者中，临床表现包括进行性运动不耐受，近端肢体无力以及某些情况下的肌红蛋白尿发作。没有产妇遗传，除肌肉外其他组织均无突变。这些发现的缺乏表明该疾病是由于生殖层分化后成肌干细胞的体细胞突变引起的。
Keightley等（2000年）指出，Dumoulin等人的报告（1996）是分离的复合物III缺乏症的第一例，其中细胞色素b基因的突变被证明是致病的，此后在各种研究中描述了该基因中的12个另外的致病突变。大多数患者表现出严重运动不耐受的主要特征，有时包括肌肉无力和/或肌红蛋白尿。Keightley等（2000年）重新调查了一个年轻的女人，最初由Kennaway等报道（1984），他们表现出运动不耐症和乳酸酸中毒，伴有严重的复合物III缺乏症，并且对甲萘醌和抗坏血酸的治疗有反应。她逐渐出现了线粒体脑病的症状。肌肉连续切片的免疫细胞化学分析显示，纤维镶嵌物与复合物III亚基的抗体反应较弱，但与复合物I，II或IV亚基的抗体反应正常，表明mtDNA发生了突变。这项经验证明了免疫细胞化学在识别特定呼吸链缺陷中的诊断价值，并有可能区分核编码和mtDNA编码的缺陷。Keightley等（2000）证明了终止密码子突变15242G-A（516020.0007），在mtDNA编码的细胞色素b基因中，导致细胞色素b的最后215个氨基酸丢失。该突变是异质性的，存在于87％的骨骼肌和低百分比（0.7％）的血液中。该突变还存在于包括发根在内的其他几个组织中，表明该突变一定是在胚胎发生的很早期出现的，即在分离主要胚芽层之前，或者在母系胚芽中。
Rana等人在患有帕金森氏症和线粒体脑病并伴有乳酸性酸中毒和中风样发作（MELAS；540000）的患者的细胞中，MTCYB基因具有4 bp的缺失（2000）发现蛋白质的合成有缺陷，氧化磷酸化有缺陷，复合物III的合成和活性有缺陷，以及过氧化氢的产生增加。在患者中，CSF乳酸盐比血清中高10倍，这可能表明突变在CNS中积累。Rana等（2000年）建议删除4 bp可能增加活性氧，并通过不同于减少能源生产的机制有助于可变的表型。
莱格罗斯等（2001年）分析了21名线粒体疾病患者（一组7名患者患有孤立的复合物III缺陷，一组14名患者患有线粒体疾病而没有孤立的复合物III缺陷）和146名健康成人对照受试者的MTCYB基因。患者使用基因测序，而对照组使用DGGE。在患者和对照人群中共鉴定出38种MTCYB基因序列变异。使用间接标准（例如突变的性质，其在对照中的频率以及突变氨基酸的系统发育保守性）以及复合物III的酶学和Western印迹分析来评估序列变异的功能相关性。在7名明显患有复杂III型缺陷的患者组中发现了两个原始的有害突变。516020.0008和15197T-C; 516020.0009）是异质性的，仅限于肌肉组织，并且两名患者从儿童晚期开始就对运动产生了孤立的耐受性。呼吸链的分光光度分析表明，复合物III的活性在肌肉中极度降低，但在白细胞和皮肤成纤维细胞中则正常。这些发现强调了这两种异质突变的致病性，并进一步证实了细胞色素b的改变会导致人类分离出复杂的III型缺陷。
Andreu等（1998年，1999年）指出在MTCYB基因的突变通常是零星的，胚胎形成过程中可能会出现，影响细胞的数量有限，并导致组织特异性表型。Andreu等（2000年）在MTCYB基因（516020.0011）中发现了一个与组织细胞样心肌病相关的点突变（500000）。
Fliss等（2000年）确定了膀胱癌患者肿瘤组织中MTCYB基因的21 bp体细胞缺失（109800）。Dasgupta等（2008年）发现Fliss等人鉴定的21 bp缺失的过表达（2000）在鼠膀胱癌细胞导致增加的肿瘤生长和体外和注射到小鼠后的侵袭性表型。肿瘤生长的增加与糖酵解和活性氧（ROS）的产生有关。快速的细胞周期进程与NFKB的上调有关（164011）信号通路，以及对ROS或NFKB的抑制可减少体外肿瘤的生长。21 bp缺失转染到人尿道上皮细胞中会产生相似的作用。这些发现提示线粒体突变可能有助于肿瘤的生长。
▼ 等位基因变异体（14个示例）：
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.0001光学天文望远镜
MTCYB，LHON15257A
该等位基因将第171位氨基酸的高度保守的天冬氨酸改变为天冬酰胺（D171N）。该突变位于大约20个保守氨基酸的区域中，该氨基酸与参与连接低电位b-566血红素的恒定组氨酸残基（His-183）相邻（Brown等，1992）。）。该等位基因显示出原发性和继发性LHON突变的特征，因此可能对疾病的发生有很大作用。在大多数（但不是全部）情况下，MTCYB * LHON15257A等位基因与一级LHON突变MTND6 * LHON14484A和二级突变MTND5 * LHON13708A相关。携带此mtDNA单倍型的个体也可能携带等位基因MTCYB * LHON15812A，并且在1例中发现了MTCYB * LHON15257A等位基因与MTND2 * LHON5244A突变相关。总体而言，携带MTCYB * LHON15257A变异体的个体约占LHON患者的9％，但在0.3％的人群对照中也发现了这种突变。具有此变体的家庭与MTND6 * LHON14484A一起受影响的产妇亲属中有27％至80％受感染，其中有75％至100％是男性。Brown等，1991；Brown等，1992；Heher和Johns，1993年；Huoponen et al。，1993；Hopponen等，1993。约翰斯和诺伊费尔德，1991；Johns等，1993）。
Mackey等（1996年）调查了至少有1例LHON的159个北欧提取家庭。在这些家庭的97％中，发现了先前确定的3个所谓的主要突变（3460、11778和14484）中的1个。没有发现15257突变，这促使Mackey等人提出（1996）提出这不是引起LHON的主要突变。他们承认，这可能是外显率很高的主要致病突变，足以产生清晰，多代的母体遗传模式。他们从研究中排除了LHON的单个病例。
.0002光学望远镜
MTCYB，LHON15812A
该等位基因在356处将中等保守的脂肪族氨基酸（丙氨酸，缬氨酸或异亮氨酸）转化为蛋氨酸（V356M）。这是继发的LHON突变，通常与其他LHON突变相关：MTND5 * LHON13708A，MTND6 * LHON14484A和MTCYB * LHON15257A。虽然该突变不会引起LHON，但它可能会增加表型表达的可能性（Brown等，1991；Brown等，1992；Johns和Neufeld，1991）。
.0003大肠癌
MTCYB，14985G-A，ARG80HIS
早期，Warburg（1956）提出肿瘤细胞中氧化磷酸化的改变在癌的生长中起着致病作用。线粒体对瘤形成的兴趣已经恢复，这主要是由于它们在细胞凋亡和肿瘤生物学的其他方面的作用。线粒体基因组特别容易发生突变，因为该细胞器中产生的高水平的活性氧（ROS）以及低水平的DNA修复。在大肠癌中，Polyak等人（1998）发现线粒体基因组中的3个体细胞突变。MTCYB基因中发生了两个：一个14985G-A的变化导致一个arg80到他的取代；和15572T-C过渡，从而导致phe276-leu取代（516020.0004）。第三个突变发生在MTCO1基因中。参见516040.0002。
.0004大肠癌
MTCYB，15572T-C，PHE276LEU
参见516020.0003和Polyak等（1998）。
.0005运动耐力
MTCYB，15615G-A，GLY290ASP
Bouzidi等（1993年）发现一个运动不耐症的25岁男子Dumoulin等人发现肌肉中呼吸链复合物III的活性较低（1996年）后来在线粒体细胞色素b基因中发现了一个错义突变15615G-A，这是复合物III唯一由mtDNA编码的亚基。Andreu等人回顾了该患者的发现（1999）作为一系列9宗案件的一部分，其中5宗属于自己的案件，4宗属于其他人的报告。
.0006运动耐力
MTCYB，14846G-A，GLY34SER
5名因线粒体DNA的细胞色素b基因突变而运动不耐症的患者之一，Andreu等人确定了这种情况（1999年）是一名52岁的妇女，自小就患有运动不耐症，因肌无力和肌病而出现肌电图检查和乳酸过多血症。该患者在肌肉活检中显示出“参差不齐的红色纤维”（22％）。核苷酸取代导致gly34-ser氨基酸取代。Andreu等人研究的5例患者中有4例在静息状态下发现乳酸性酸中毒（1999）。
.0007脑膜炎，线粒体病
MTCYB，15242G-A，GLY166TER
Keightley等（2000年）提出了观察，对一个34岁的妇女进行了17年的观察。她有大约9岁开始进行性运动不耐和乳酸性酸中毒的病史。到19岁时，她已经清楚地发现了脑病，伴有情绪不稳，癫痫发作，脑电图异常，间歇性幻觉和抑郁。作者确定了一个终止突变15242G-A，预测该蛋白的gly166-ter-t截短会丢失215个氨基酸，占细胞色素b C末端的57％。
.0008运动耐力
MTCYB，15150G-A，TRP135TER
Legros等人从儿童后期开始就对运动产生了不宽容的耐力（2001年）确定了一个无意义的突变15150G-A，预示了该蛋白的trp135-ter-t截短。家族病史是负面的。该突变仅限于肌肉组织，其中代表60％的mtDNA分子。在146名健康成年人的对照人群中不存在该突变。分光光度分析表明，复合物III的活性在肌肉中极度降低，但在白细胞和皮肤成纤维细胞中则正常。肌肉中复合物III的蛋白质印迹分析显示无法检测到细胞色素b蛋白。
.0009运动耐力
MTCYB，15197T-C，SER151PRO
Legros等人从儿童后期开始就对运动产生了不宽容的耐力（2001）确定了一个错义突变，15197T-C，导致从ser151到pro氨基酸替换。151位的丝氨酸是高度保守的，该突变构成氨基酸的物理化学性质的重要修饰。家族病史是负面的。突变仅限于肌肉组织，其中代表80％的mtDNA分子。在146名健康成年人的对照人群中不存在该突变。分光光度分析表明，复合物III的活性在肌肉中极度降低，但在白细胞和皮肤成纤维细胞中则正常。肌肉中复合物III的蛋白质印迹分析表明，细胞色素b蛋白的含量降低。
.0010多系统混乱
MTCYB，15579A-G，TYR278CYS
据报道，MTCYB基因中的大多数突变会导致纯运动不耐受的同质表型（2001年）描述了一个15579A-G突变，该突变与一名患者的肌肉复合物III活性的选择性降低有关，该患者除了严重的运动不耐症外，还具有多系统表现（耳聋，智力低下，色素性视网膜炎，白内障，生长迟缓，癫痫）。15579A-G突变在肌肉（88％）和白细胞（15％）中是异质性的，并且在278位氨基酸处将高度保守的酪氨酸变为半胱氨酸。
.0011心脏肌病，婴儿组织细胞
MTCYB，15498G-A，GLY251ASP
Andreu等人在一名4周大的心脏骤停死亡的女婴中，发现其具有组织细胞样心肌病的典型病理特征（500000）（2000年）确定了MTCYB基因中的一个点突变，即核苷酸15498的G到A过渡，导致了gly251到asp的替换。据认为，该突变是异质性的，并且符合所有公认的致病性标准，该突变削弱了全酶的功能，这是由于其对泛醇细胞色素c氧化还原酶的晶体结构的影响所致。婴儿表现出其他器官受累，包括肝脏（肝脂肪变性）和肾脏（急性肾小管坏死）。
.0012运动耐力，心脏肌病和视神经发育不良
MTCYB，14849T-C，SER35PRO
Schuelke等（2002年）报道了一名患有神经系统症状的患者，该患者始于婴儿期，表现为肌张力低下，语言和运动发育迟缓，神经痛性运动障碍，步态共济失调，小头围，小脑发育不全和运动不耐症。此外，他还患有肥厚型心肌病，色素性视网膜炎，并患有先天性畸形。后两种症状以前并未与复杂的III型缺乏症相关地描述过。发现该患者的MTCYB基因具有14849T-C突变，导致高度保守的丝氨酸被35位脯氨酸取代。该突变在肌肉（69％）和成纤维细胞（12％）中是异质的，尽管有残留两种组织中复合物III的活性均相同（70％）。作者认为，这种突变可能导致活性氧增加，
.0013帕金森症/梅拉斯重叠综合征
MTCYB，4-BP DEL，14787TTAA
对于一名线粒体呼吸链复合物III活性减弱的患者，De Coo等人（1999）确定了细胞色素b基因的高度保守部分的异质4-bp删除。预计该缺失会导致蛋白质被截断。该患者从6岁开始患有严重的进行性疾病，难以进行精细的运动协调和集中注意力。后来他出现了行为改变，帕金森病，肌阵挛，伸肌足底反应和脑梗塞。肌肉中超过95％的mtDNA发生了突变。
.0014肥胖，易感
MTCYB，15497G-A，GLY251SER
大仓等（2003）通过研究中年和老年人的日本人（825名女性和906名男性），研究了Mt15497G-A多态性与肥胖症（601665）之间的可能关系。在调整了年龄和吸烟后，他们发现与G等位基因相比，A等位基因的女性的体重，体重指数，腰围和臀围，脂肪质量，无脂肪质量，腹内脂肪和甘油三酸酯明显更高。对于男性，与G等位基因相比，A等位基因患者的腰臀比明显更高，腰围，腹内脂肪和甘油三酸酯的趋势也明显更大。这些数据表明，Mt15497基因多态性可能与肥胖相关的变量和脂质代谢有关。
