Gen MT-ND4 nằm trên ADN ti thể, cung cấp hướng dẫn tạo ra protein NADH dehydrogenase 4. Protein này thuộc phức hợp enzyme I hoạt động trong ti thể.
Chức năng chính
Ti thể là cấu trúc bên trong tế bào, chúng sử dụng oxy và đường đơn nhằm thực hiện quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, qua đó năng lượng từ thức ăn được chuyển đổi thành dạng adenosine triphosphate (ATP) cho tế bào sử dụng. Tuy phần lớn ADN được đóng gói trong nhiễm sắc thể và nằm trong nhân, ti thể cũng có một lượng nhỏ ADN của riêng mình (ADN ti thể).
Phức hợp I là một trong số nhiều phức hợp enzyme tham gia quá trình phosphoryl hóa oxy hóa để thúc đẩy sản xuất ATP. Các phức hợp này hiện diện tại màng trong ti thể. Chúng chuyển các electron mang điện tích âm từ phức hợp này sang phức hợp nhằm tạo ra chênh lệch điện tích tại hai bên màng ti thể. Điện tích chênh lệch cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp ATP.
Phức hợp I tham gia bước đầu tiên của quá trình vận chuyển electron, chúng chuyển electron từ NADH sang phân tử ubiquinone. Sau đó, electron tiếp tục được truyền từ ubiquinone qua các phức hợp enzyme khác để cung cấp năng lượng tạo ra ATP.
Đột biến gây bệnh
Teo thần kinh thị giác di truyền Leber
Đột biến gen MT-ND4 là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra bệnh teo thần kinh thị giác di truyền Leber (Leber hereditary optic neuropathy), chúng chiếm khoảng 70% trong tổng số các trường hợp. Người bệnh có biểu hiện suy giảm thị lực tại một bên mắt hoặc đồng thời cả hai mắt. Nếu mất thị lực bắt đầu từ một bên mắt, bên còn lại sẽ bị tương tự sau vài tuần hoặc vài tháng. Trong một vài trường hợp, thị lực trung tâm của người bệnh có thể cải thiện nhưng đa phần, họ sẽ mất thị lực hoàn toàn.
Đột biến gen MT-ND4 thay thế axit amin arginine bằng axit amin histidine tại vị trí protein 340 (Arg340His). Đột biến này thường dẫn đến mất thị lực nghiêm trọng và không thể phục hồi.
Người ta đang tìm hiểu cơ chế gây bệnh teo thần kinh thị giác di truyền Leber của đột biến gen MT-ND4. Họ nhận thấy đột biến này ngăn cản phức hợp I tương tác với ubiquinone, do đó hoạt động tạo ra ATP bị ảnh hưởng. Bên cạnh đó, đột biến gen MT-ND4 làm tăng sản xuất các phân tử oxy phản ứng gây hại trong ti thể. Tuy nhiên, người ta chưa rõ tại sao đột biến này chỉ tác động đến dây thần kinh thị giác truyền thông tin từ mắt đến não. Ngoài yếu tố di truyền, các yếu tố môi trường có thể góp phần gây ra biểu hiện mất thị lực.
Xem thêm Teo thần kinh thị giác di truyền LeberHội chứng Leigh
Một đột biến gen MT-ND4 gây ra hội chứng Leigh (Leigh syndrome)—một dạng bệnh não thường xuất hiện trên trẻ sơ sinh hoặc trẻ nhỏ. Dấu hiệu đầu tiên của trẻ sơ sinh mắc bệnh bao gồm nôn mửa, co giật, chậm phát triển, yếu cơ và suy giảm khả năng vận động. Theo thời gian, yếu cơ có thể gây ra bệnh tim, các vấn đề với thận và suy hô hấp, dẫn đến người bệnh có nguy cơ tử vong.
Đột biến gen MT-ND4 thay thế axit amin arginine bằng axit amin serine tại vị trí protein 340 (Arg340Ser), do đó hoạt động bình thường của ti thể bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, người ta chưa xác định được đột biến gen MT-ND4 dẫn đến các dấu hiệu và triệu chứng cụ thể của hội chứng Leigh như thế nào.
Xem thêm Hội chứng LeighThiếu phức hợp ti thể I
Các tên gọi khác
- mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 4
- MTND4
- NADH dehydrogenase 4
- NADH dehydrogenase subunit 4
- NADH-ubiquinone oxidoreductase chain 4
- NADH-ubiquinone oxidoreductase, subunit ND4
- ND4
- NU4M_HUMAN
Tài liệu tham khảo
- Genetic Testing Information. MT-ND4 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 4 [Homo sapiens (human)]. Retrieved November 06, 2024 from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/4538/
- Catalog of Genes and Diseases from OMIM. LEIGH SYNDROME, NUCLEAR; NULS. Retrieved November 06, 2024 from https://omim.org/entry/256000
- National Library of Medicine. MT-ND4 gene. Retrieved November 06, 2024 from https://medlineplus.gov/genetics/gene/mt-nd4/