乙酰辅酶A羧化酶缺乏症

ACACA 基因编码乙酰辅酶 A 羧化酶的 α 形式（ACC；EC 6.4.1.2），这是一种人类生物素依赖性酶，可催化长链脂肪酸生物合成中的限速反应（Lopez-Casillas 等人总结）。 ，1988 年）。

另见乙酰辅酶A羧化酶-β（ACACB；601557 ）。

▼ 克隆与表达
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在大鼠中，ACC 酶是相同亚基的聚合物（Tanabe 等，1975）。洛佩兹-卡西利亚斯等人（1988）报道了大鼠乙酰辅酶A羧化酶的编码序列和一级氨基酸序列的结构。

Abu-Elheiga 等人（1995）克隆并测序了编码人 HepG2 细胞系乙酰辅酶 A 羧化酶的 cDNA。推导出的蛋白质含有2,346个氨基酸。C 端 2.6-kb 序列与Ha 等人报道的人 ACC 序列非常不同（1994）。Northern印迹分析显示ACC mRNA长约10 kb，其表达水平在所测试的组织中不同。

通过 RNase 保护试验，Travers 等人（2005）在所有检查的小鼠组织中发现 Acaca 表达。PI 启动子的表达仅在脑和脊柱中丰富。人体组织的 RT-PCR 显示来自脑中 PI 启动子的 ACACA 表达最高。

▼ 基因功能
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Abu-Elheiga 等人（2000）证明 ACC-α 是一种胞质蛋白，而 ACC-β（ACACB; 601557 ） 与线粒体有关。与将酶的细胞溶质和线粒体亚型分别称为 1 和 2 的做法一致，它们象征着细胞溶质形式 ACC1 和线粒体形式 ACC2。

在禁食期间，循环儿茶酚胺浓度的增加促进脂肪组织中脂质储存的动员​​，部分原因是磷酸化和失活脂肪酸合成的限速酶 ACC。齐等人（2006）描述了一个平行途径，其中假激酶 TRB3（TRIB3; 607898 ） 在禁食期间其丰度增加，通过触发脂肪组织中 ACC 的降解来刺激脂肪分解。TRB3 通过与 E3 泛素连接酶组成型光形态发生蛋白-1（COP1; 608067 ）的结合促进 ACC 泛素化。事实上，齐等人（2006）发现缺乏 TRB3 的脂肪细胞比野生型细胞积累更多的 ACC 蛋白。由于脂肪酸氧化增强，在脂肪组织中表达 TRB3 的转基因小鼠免受饮食诱导的肥胖，Qi 等人（2006）得出的结论是，他们的结果证明了磷酸化和泛素化途径如何汇聚到脂质代谢的关键调节器上，以维持能量稳态。

在大鼠研究中，高等人（2007）观察到，脑室内（ICV） 注射瘦素（ 164160 ） 抑制 AMPK（见600497），同时激活下丘脑弓状核和室旁核中的 ACC。在弓状核中，组成型活性 AMPK 的过度表达阻止了响应于 ICV 瘦素的弓状 ACC 激活，并且用 5-十四烷氧基-2-呋喃酸（TOFA） 抑制下丘脑 ACC 阻止了瘦素介导的食物摄入量、体重和促食欲神经肽 NPY（ 162640） 的mRNA 水平），表明下丘脑 ACC 对瘦素的厌食作用做出了重要贡献。ICV 瘦素还上调了丙二酰辅酶 A 的弓状核水平和棕榈酰辅酶 A 的脑室周围核水平，并且两者的增加都被 TOFA 阻止，TOFA 也阻止了瘦素介导的食欲不振。高等人（2007）提出，虽然丙二酰辅酶 A 是弓状核瘦素信号通路中 ACC 的下游介质，但棕榈酰辅酶 A 可能是在室周核中传递 ACC 信号的效应物，从而突出了下丘脑 ACC 的位点特异性影响激活瘦素厌食信号级联。

ACC 活性受磷酸化状态、转录和聚合的调节。柠檬酸盐，乙酰辅酶 A 前体，诱导 ACC 四聚化和活化。通过对小鼠肝脏的共免疫沉淀分析，Kim 等人（2010）检测到 ACC 和 Mig12（MID1IP1; 300961 ）之间的结合。Mig12 与 Acc1 的相互作用在存在或不存在柠檬酸盐的情况下诱导 Acc1 聚合，并降低了 Acc1 半最大活性所需的柠檬酸盐浓度。使用 Acc2，Mig12 还诱导聚合并增加酶活性，但仅在柠檬酸存在的情况下。凝胶过滤和质谱分析表明，Mig12 以 1:1 的化学计量加入 Acc1 聚合物，并以大约 2:1 的化学计量加入 Acc2 聚合物。

全等人（2012）证明 AMPK（见602739）激活，在能量应激期间，通过氧化还原调节延长细胞存活。在这些条件下，磷酸戊糖途径产生的 NADPH 受损，但 AMPK 诱导替代途径来维持 NADPH 并抑制细胞死亡。乙酰辅酶 A 羧化酶 ACC1 和 ACC2 的抑制（ 601557） 由 AMPK 通过减少脂肪酸合成中的 NADPH 消耗和通过脂肪酸氧化增加 NADPH 生成来维持 NADPH 水平。ACC1 或 ACC2 的敲低补偿了 AMPK 的激活并促进了体内不依赖锚定的生长和实体瘤的形成，而 ACC1 或 ACC2 的激活减弱了这些过程。因此，AMPK 除了在 ATP 稳态中的功能外，还在 NADPH 维持中具有关键功能，这对于能量应激条件下的癌细胞存活至关重要，例如葡萄糖限制、不依赖锚定的生长和体内实体瘤的形成。

▼ 生化特征
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晶体结构

张等人（2003）以 2.7 埃的分辨率测定了酵母羧基转移酶的游离酶和辅酶 A 复合物的晶体结构，发现它包含 2 个结构域，均属于巴豆酶/ClpP 超家族。活性位点位于二聚体的界面处。诱变和动力学研究揭示了此处保守残基的功能作用。

冷冻电子显微镜

亨克勒等人（2018）鉴定了不同的活化和抑制 ACC1 细丝形式，并获得了由柠檬酸盐（ACC-柠檬酸盐） 变构诱导的活化细丝和因 BRCA1（ 113705 ） 蛋白结合而产生的失活细丝形式的冷冻电子显微镜结构。虽然非聚合 ACC1 是高度动态的，但细丝形成将 ACC1 锁定为不同的催化能力或无能力的构象状态。亨克勒等人（2018）得出的结论是，这种通过在 ACC1 中观察到的大规模构象变化的独特酶调节机制在可切换生物合成系统的工程中具有潜在用途。

▼ 基因结构
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Abu-Elheiga 等人（1995）提出了人类 ACC 基因跨度为 200 到 480 kb 的证据。

毛等人（2003）在人类 ACC1 基因（约 330 kb）中鉴定了 64 个外显子，包括 7 个可变剪接的次要外显子。发现该基因受 3 个启动子（PI、PII 和 PIII）的调控，它们分别位于外显子 1、2 和 5A 的上游。PI 是组成型启动子，与其他哺乳动物 ACC1 基因的 PI 序列没有同源性。PII 受各种激素的调节。PIII 以组织特异性方式表达。几个可变剪接外显子的存在不会改变从外显子 5 中存在的 ATG 开始的 265-kD ACC1 蛋白的翻译。来自外显子 5A 的 PIII 转录物的翻译产生了 259-kD 同种型，其中 N 端 75 个氨基酸265-kD ACC1 中的一个被 17 个氨基酸的新序列取代。

特拉弗斯等人（2005）确定 ACACA 和 TADA2L（ 602276 ） 基因以头对头的方式定向。基因间区域嵌入 CpG 岛，包含 TADA2L 基因的 2 个启动子和外显子 1 以及 ACACA 基因的第一个启动子和外显子 1。共享启动子包含一个 AP2（ 107580 ） 基序，但没有 TATA 或 CCAAT 框。特拉弗斯等人（2005）表明双向启动子是有功能的，它在小鼠和人体组织中以不对称的方式调节 2 个基因的转录。调节发生在 RNA 聚合酶 II（见180660 ） 向启动子的募集中，也可能发生在延长复合物的清除中。特拉弗斯等人（2005） 发现 ACACA PII 启动子的活性也可以协调 TADA2L mRNA 在人体组织中的表达。

▼ 测绘
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通过原位杂交，Milatovich 等人（1988）将 ACC 基因座分配到染色体 17q21，接近 17q21.33。

通过荧光原位杂交，Abu-Elheiga 等人（1995）将 ACC 基因定位到 17q12。他们还提供了另一个 ACC 样基因存在的证据，该基因具有类似大小的 mRNA，但具有不同的组织特异性表达。他们报告的基因的相对分子质量约为 265 kD。其他人报道了 280-kD 形式的 ACC，并且确实将 ACC 基因分配到了更远的位点 17q21（Milatovich 等，1988）。

▼ 动物模型
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Abu-Elheiga 等人（2005）发现小鼠中 Acc1 的缺失是胚胎致死的。敲除胚胎在胚胎第 7.5 天未发育，并在胚胎第 8.5 天死亡。相比之下，杂合突变体（Acc1 +/-） 具有正常的生育能力和寿命，并保持与其野生型队列相似的体重。Acc1+/-小鼠组织中Acc1的mRNA水平是野生型小鼠的一半；然而，Acc1 的蛋白质水平和总丙二酰辅酶 A 水平相似。此外，Acc1 +/- 小鼠的肝细胞与野生型小鼠的肝细胞之间在乙酸盐掺入脂肪酸或脂肪酸氧化方面没有差异。

毛等人（2006）产生了靶向缺失肝脏 Acc1 的小鼠。在正常喂养条件下，突变小鼠没有明显的健康问题，但它们的肝脏总 Acc 和丙二酰辅酶 A 水平比野生型低 70% 到 75%，累积的甘油三酯少 40% 到 70%。在无脂肪饮食中，与野生型相比，突变小鼠肝脏中 Pparg（ 601487 ） 和其他脂肪生成酶显着上调，包括脂肪酸合酶（FASN; 600212 ） mRNA、蛋白质和活动。尽管有这种上调，肝脏中从头脂肪酸合成和甘油三酯积累显着减少；然而，血糖和空腹酮体水平没有显着变化。毛等人（2006）得出的结论是，减少细胞溶质丙二酰辅酶 A 并因此减少肝脏中脂肪酸的从头合成，不会影响脂肪生成条件下的脂肪酸氧化和葡萄糖稳态。