γ-羧基谷氨酸蛋白

骨 γ-羧基谷氨酸（Gla）蛋白（BGLAP，或 BGP）是一种与骨矿化基质相关的高度保守的小分子。它与体外合成羟基磷灰石的相互作用完全取决于其 3 个 γ-羧基谷氨酸残基的含量，γ-羧基谷氨酸是通过维生素 K 依赖过程从谷氨酸翻译后形成的氨基酸。潘和价格（1985）研究了大鼠蛋白质的 cDNA。他们发现分泌的 BGP 的 NH2 末端附近的一段 9 个残基与已知的含 γ-羧基谷氨酸凝血因子前肽中的相应区域惊人地相似。他们认为，这种共同的结构特征可能涉及这些多肽的翻译后靶向，以进行维生素 K 依赖性 γ-羧化。

塞莱斯特等人（1986）使用小鼠和大鼠 cDNA 克隆分离人类 BGP 基因。推导的前肽原包含 98 个氨基酸，并具有 49 个氨基酸的 N 端前导序列。

荣格等人（2001）指出骨钙素（OC）前肽含有 100 个氨基酸。人体组织的 Northern 印迹分析检测到 1.0 到 1.2 kb 的主要 OC 转录物，在卵巢、前列腺、睾丸、骨骼肌和甲状腺中表达强烈，在大多数其他组织中表达中度至弱。大约 450 bp 的转录本仅在骨髓中表现出强表达，而在气管、脊髓、小肠和结肠中表达较弱。RT-PCR 检测到 6 个保留不同内含子组合的 OC 剪接变体，主要转录物包含所有 3 个内含子。这 6 个变体编码 57 或 100 个氨基酸的蛋白质，这些蛋白质与 N 末端的前骨钙素相同。只有与骨相关的组织才能有效地拼接出所有 3 个 OC 内含子。在前列腺肿瘤上皮细胞中，低效剪接的 OC RNA 占主导地位，几乎没有检测到 OC 蛋白。然而，完全剪接形式在已经转移到骨的肿瘤中占主导地位，这表明可能存在骨特异性剪接因子。

莱泽等人（2005）指出 BGP 是一种 5.6-kD 的蛋白质，它包含一个信号肽、一个前肽序列、一个 γ-谷氨酰羧化酶（GGCX; 137167 ）识别位点和一个 Gla 结构域。BGP 在 Gla 结构域内还有一个分子内二硫键，在 GGCX 识别基序之后有一个蛋白水解切割位点。

克纳等人（1989）描述了 BGP 启动子内的区域，这些区域有助于培养中成骨细胞样细胞中骨钙素基因的基础表达。此外，他们定义了一个 21 bp 元件，该元件顺式作用以介导骨钙素基因的维生素 D 诱导性。

▼ 生化特征
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晶体结构

黄等人（2003）以 2.0 埃的分辨率确定了猪骨钙素的 X 射线晶体结构，它揭示了一个带负电荷的蛋白质表面，它在空间方向上协调 5 个钙离子，与羟基磷灰石晶格中的钙离子互补。

▼ 基因结构
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塞莱斯特等人（1986）确定人类 BGP 基因包含 4 个外显子。BGP 基因的外显子结构与因子 IX 基因（ 300746 ）（一种 γ-羧化凝血因子）的外显子结构的比较表明，编码可能指导 γ-羧化的前导肽部分的外显子来自共同的祖先序列。

▼ 测绘
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普查茨等人（1989）通过对一组小鼠-人类体细胞杂交体的 DNA 进行南方印迹分析，将骨钙素基因分配到 1 号染色体。此外，通过对保留人类 1 号染色体特定片段的小鼠-人类杂交体的 DNA 进行 Southern 印迹分析，他们确定该基因座位于 1q，即 α-血影蛋白基因的端粒（ 182860 ）。约翰逊等人（1991）通过研究体细胞全细胞杂种和微细胞杂种，将 Bglap 基因定位到小鼠 3 号染色体。德布瓦等人（1994）通过分析种间回交中限制性片段长度变体（RFLV）的分离证实了这一分配。

雷蒙德等人（1999）指出 BGLAP 基因对应到染色体 1q25-q31。

▼ 进化
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莱泽等人（2005）仅在脊椎动物和软骨鱼中鉴定了 BGP 的直向同源物和相关基因 MGP（ 154870 ）。MGP 和 BGP 基因似乎起源于大约 500 年和 4 亿年前发生的 2 个基因组重复，分别发生在无颚鱼和有颚鱼进化之前。MGP伴随着软骨结构的出现而出现，而源自MGP的BGP随后与骨结构一起出现。

▼ 基因功能
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有关点状软骨发育不良、凝血缺陷和香豆素胚胎病的讨论，请参见277450和118650，它们似乎在 BGP 中具有共同的联系。

有关Morrison 等人的工作的讨论，请参见277440（1992）指出维生素 D 受体基因的等位基因变异与骨钙素的血清浓度有关，进而可能与骨密度有关。

骨组织中 BGP 基因转录的 1-α,25-二羟基维生素 D3（VD3）依赖性刺激是由反式激活因子与不同 VD3 响应元件（VDRE）的相互作用介导的。为了确定识别成骨细胞中 BGP-VDRE 的内源性 VD3 诱导复合物的身份，Staal 等人（1996）使用一组单克隆抗体对来自成骨细胞的核蛋白进行凝胶转移免疫分析。他们表明，与 BGP-VDRE 相互作用的 VD3 诱导型复合物代表 2 种不同的异二聚体复合物，每种复合物均由维生素 D 受体（VDR）和类视黄醇 X 受体-α（RXR）组成。BGP-VDR/RXR-α 异源二聚体与 RXR 抗体和几种针对 VDR 配体结合域的抗体具有免疫反应性。OC-VDRE 复合物也能被特定的单克隆抗体有效识别，该抗体在 VDR DNA 结合域（氨基酸 57-164 之间）内或附近含有表位，这可能反映了 VD3 调节 BGP 基因表达的特殊要求，以响应介导的生理线索成骨细胞分化。

沿着成骨细胞谱系的分化很可能涉及成骨细胞特异性转录因子（OSF）。为了寻找 OSF，Ducy 和 Karsenty（1995）和其他人研究了骨钙素表达的调节，骨钙素是唯一在成骨细胞中表达但在其他细胞外基质（ECM）产生细胞类型中不表达的基因。他们在小鼠骨钙素基因 2 的启动子中鉴定了一个称为 OSE2 的顺式作用元件，该元件结合了仅存在于成骨细胞核提取物中的因子，并赋予异源启动子以成骨细胞特异性活性。Osf2（与OSE2 结合的成骨细胞核蛋白）的分析表明它与Cbfa 转录因子（例如CBFA1；600211）在免疫学上相关。杜西等人（1997）克隆了编码 Osf2/Cbfa1 的 cDNA。他们表明，其表达起始于发育中骨骼的间充质凝聚，此后严格限制在成骨细胞谱系的细胞中，并受骨形态发生蛋白 7（BMP7；112267）和维生素 D3 的调节。它结合并调节成骨细胞中表达的多个基因的表达。最后，Osf2/Cbfa1 在非成骨细胞中的强制表达诱导了主要成骨细胞特异性基因的表达。OSF2/CBFA1 基因中的无义和错义突变是导致颅骨发育不良的原因（CCD; 119600 ）。

为了确定影响血清骨钙素（BGP）水平变化的基因，Mitchell 等人（2000）对包括 10 个大型多代家庭的 429 个人进行了全基因组扫描。BGP 水平通过免疫测定法测量，遗传标记在整个基因组中以大约 10-cM 的间隔进行分型。该人群中 BGP 水平的遗传率为 62 +/- 8%。作者检测到影响血清 BGP 水平的数量性状基因座与染色体 16q 上的标志物之间存在关联的重要证据，以及 BGP 水平与染色体 20q 上的标志物关联的提示性证据。多点 lod 分数在 16 号染色体上的峰值为 3.35，在 20 号染色体上为 2.78，分别对应于 0.00004 和 0.00017 的 P 值。20 号染色体连锁区域骨形成的潜在候选基因是 CDMP1（ 601146），它编码软骨衍生的形态发生蛋白-1。

哈桑等人（2004）发现 Msx2（ 123101 ）、Dlx3（ 600525 ）、 Dlx5（ 600028 ）和 Runx2（ 600211 ）在小鼠胚胎中调节骨钙素（OC）的表达和骨形成的控制。Msx2 与转录抑制的 OC 染色质相关，Dlx3 和 Dlx5 与 Runx2 一起被招募以启动 OC 转录。在第二个调节开关中，Dlx3 关联减少，Dlx5 募集增加，与成骨细胞分化的矿化阶段一致。OC 启动子中 Dlx3 和 Dlx5 的出现与增加的转录相关，表现为 RNA 聚合酶 II 的占有率增加。

Ferron 等人使用分离的小鼠胰岛、β 细胞系和原代小鼠脂肪细胞（2008）表明，皮摩尔量的骨钙素会影响胰岛素分泌和 β 细胞增殖。在有利于这些疾病出现的条件下饲养的野生型小鼠中，纳摩尔量改变了脂肪细胞基因表达并减少了肥胖和糖尿病的发展。

乔杜里等人（2020）发现 IL6（ 147620 ）调节循环骨钙素水平以响应人类的训练干预。对小鼠模型的进一步分析表明，运动期间全身循环中存在的大部分 Il6 分子源自肌肉。肌肉来源的 Il6 通过在成骨细胞中发出信号促进破骨细胞分化和在全身循环中释放骨钙素来增强运动能力。肌肉来源的 Il6 也有利于在运动过程中通过骨钙素摄取和分解肌纤维中的葡萄糖和脂肪酸。

▼ 分子遗传学
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雷蒙德等人（1999）对140 名健康绝经后妇女（70 名骨矿物质密度（BMD）水平在相似年龄人群的最低四分位数，70 名骨密度（BMD）水平在最高四分位数）进行基因分型，以获取骨钙素位点中的短串联重复（STR）标记和用标记 D1S3737 确定了病例和对照的等位基因频率分布之间的显着差异（p = 0.007）。Logistic 回归分析显示 D1S3737 的 1 个等位基因与该人群的 BMD 状态相关（p = 0.03）。雷蒙德等人（1999）表明骨钙素基因座的遗传变异会影响绝经后的 BMD 水平，并可能使一些女性容易患骨质疏松症。