支链氨基转移酶 1

本维尼斯蒂等人（1992）通过减去/共表达策略与 Myc 诱导的转基因小鼠肿瘤分离小鼠 Bcat1 基因，并证明 Bcat1 是小鼠中 Myc 调控的直接遗传靶点。Bcat1 基因在胚胎发生早期高度表达，在器官发生过程中，其表达定位于神经管、体节和中肾小管。该基因也在几种基于 MYC 的肿瘤中表达。舒尔丁纳等人（1996）分离并比较了小鼠、人类、线虫和酵母中 Bcat1 同源物的结构序列，并表明在人类中，与小鼠一样，BCAT1 基因是肿瘤发生过程中 MYC 活性的靶标。伊甸园等（1996）表征了人类和酵母中与 BCAT1 相似的基因，并证明酵母中的 BCAT1 和 BCAT2 编码线粒体和细胞溶质支链氨基酸转氨酶。

Lin 等人在结肠癌细胞系 cDNA 文库的酵母 2-杂交筛选中使用甲状腺激素受体-β-1（THRB1; 190160 ）作为诱饵（2001）克隆了 BCAT1 的剪接变体，他们将其命名为 P3。全长 BCAT1 编码推断的 393 个氨基酸的前体蛋白，具有 27 个氨基酸的 N 端线粒体靶向序列；成熟蛋白质含有366个氨基酸。P3 剪接变体编码一个推断的 381 个氨基酸的前体，该前体在全长 BCAT1 的 C 末端附近缺少 12 个氨基酸。Northern印迹分析检测到一个1.7-kb的转录本，代表所有正常组织和检查的细胞系中的两种变体。在心脏、胎盘、骨骼肌和胰腺中的表达较高，而在脑、肺、肝和肾中的表达较低。蛋白质印迹分析在几种人类细胞系中检测到表观分子量为 42 kD 的 BCAT1。表位标记的 P3 定位于线粒体和转染的猿肾细胞的细胞核。

通过使用针对 41-kD 胎盘蛋白的抗体筛选胎盘表达文库，Than 等人（2001）克隆的 BCAT1 变体，他们命名为 PP18a 和 PP18b。推导出的 PP18a 前体蛋白包含 392 个氨基酸，并具有 27 个氨基酸的线粒体靶向序列。成熟的 365 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 41.3 kD。PP18b 变体编码推断的 300 个氨基酸的蛋白质，计算分子量为 33.8 kD。该变体缺乏线粒体靶向序列。两种异构体都含有氨基转移酶 IV 类基序，包括共价结合吡哆醛-磷酸基团的赖氨酸，以及几个假定的磷酸化位点、一个 N-糖基化位点和 3 个 N-肉豆蔻酰化位点。蛋白质印迹分析在所有检查的组织中检测到 PP18a，在肾上腺、心脏、胰腺和肾脏中水平最高。在几乎所有组织中都发现了较低量的 PP18b。

▼ 基因功能
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Jones 和 Moore（1976）在中国仓鼠卵巢细胞中分离出一种营养缺陷型突变体，如果用 α-酮异戊酸、α-酮异己酸和 α-酮-β-甲基戊酸代替缬氨酸、亮氨酸和培养基中的异亮氨酸。这种营养缺陷型，称为 TRANS-minus，是由缺乏 BCT 酶引起的。由于支链氨基酸转氨作用的缺陷，可能存在 2 种不同的临床疾病：高缬氨酸血症（ 277100 ）和高亮氨酸-异亮氨酸血症（ 238340 ）。由于有 2 个不同的 BCAT（参见 BCAT2；113530），因此在这 2 个条件中的每一个中都有一个是突变的。

使用细菌表达的 THRB1 和 BCAT1 的 P3 同种型，Lin 等人（2001）表明这两种蛋白质在体外相互作用，并且这种相互作用不依赖于甲状腺激素（T3）。P3 与 THRB1 的激素结合域 E 相互作用。内源性猿 P3 也与猿肾细胞系中转染的 THRB1 相关。P3 增强了未配体的 THR 的阻遏活性，并抑制了 THR 的配体依赖性激活。这种抑制似乎也是由组蛋白脱乙酰酶活性介导的。林等人（2001）得出结论，BCAT1 的 P3 变体是 THR 的不依赖配体的辅助抑制因子。

比等人（2001）证实从胎盘中纯化的 BCAT 具有支链氨基转移酶活性。

服部等（2017）证明 BCAT1 是一种用于支链氨基酸（BCAAs）的细胞溶质转氨酶，在人类和 CML 小鼠模型中被异常激活并在功能上是慢性粒细胞白血病（CML）所必需的。BCAT1 在 CML 进展过程中上调，并通过胺化支链酮酸促进白血病细胞中 BCAA 的产生。阻断 BCAT1 基因表达或酶活性可诱导细胞分化并损害体外和体内爆发危机 CML 的遗传。稳定同位素示踪剂实验与基于核磁共振（NMR）的代谢分析相结合，证明 BCAT1 可在细胞内产生支链氨基酸。直接补充 BCAA 可改善 BCAT1 敲低引起的缺陷，表明 BCAT1 通过在爆炸危机 CML 细胞中产生 BCAA 发挥其致癌功能。重要的是，BCAT1 表达不仅在人类爆发危机 CML 和新生急性髓系白血病（AML；见601626 ），但也预测患者的疾病结果。服部等（2017）将 Musashi2（MSI2; 607897 ）鉴定为 BCAT1 表达的上游调节因子，它是一种爆发危机 CML 所需的致癌 RNA 结合蛋白。MSI2 与 BCAT1 转录物物理相关，并在白血病中正调节其蛋白质表达。服部等（2017）得出的结论是，他们的工作表明，通过 MSI2-BCAT1 轴激活的 BCAA 代谢改变驱动了髓系白血病的癌症进展。

通过对人类 AML 干细胞和非干细胞群进行高分辨率蛋白质组学分析，Raffel 等人（2017）发现 BCAA 通路富集，BCAT1 蛋白和转录物在白血病干细胞中过度表达。拉斐尔等人（2017）表明，将 α-氨基从支链氨基酸转移到 α-酮戊二酸的 BCAT1 是细胞内 α-酮戊二酸稳态的关键调节剂。除了在三羧酸循环中的作用之外，α-酮戊二酸是 α-酮戊二酸依赖性双加氧酶（例如 EGLN1（ 606425 ）和 DNA 脱甲基酶的十-十一易位（TET）家族）的重要辅助因子。白血病细胞中 BCAT1 的敲低导致 α-酮戊二酸的积累，导致 EGLN1 介导的 HIF1-α。603348 ）蛋白质降解。这导致了生长和存活缺陷，并消除了引发白血病的潜力。相比之下，白血病细胞中 BCAT1 的过表达降低了细胞内 α-酮戊二酸水平，并通过改变 TET 活性导致 DNA 超甲基化。具有高水平 BCAT1（BCAT1-high）的 AML 显示出与携带突变异柠檬酸脱氢酶（ 147700 ）（IDH-mut）的病例相似的 DNA 高甲基化表型，其中 TET2（ 612839）被癌代谢物 2-羟基戊二酸抑制。高水平的 BCAT1 与 IDH-wildtype-TET2-wildtype 中较短的总生存期密切相关，但与 IDH-mut 或 TET2-mut，AML 无关。BCAT1-high AML 显示出对白血病干细胞特征的强烈富集，配对样本分析显示疾病复发后 BCAT1 水平显着增加。总之，通过限制细胞内 α-酮戊二酸，BCAT1 将 BCAA 分解代谢与 HIF1-α 稳定性和表观基因组景观的调节联系起来，模仿 IDH 突变的影响。

▼ 测绘
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Jones 和 Moore（1979）暂时将 BCT1 基因分配给 12pter-q12。Naylor 和 Shows（1979 年，1980 年）也将 BCT1 分配给了 12 号染色体，将 BCT2 分配给了 19 号染色体。

为了确定 Bcat1 在小鼠中的染色体定位，Ben-Yosef 等人（1998）使用 Jackson Laboratory BSS backcross panel。他们发现 Bcat1 定位到小鼠 6 号染色体的远端。基于保守的同线性，他们建议人类 BCAT1 基因定位到 12p12。通过相同的方法，Ben-Yosef 等人（1998）将小鼠 Bcat2 基因定位到小鼠 7 号染色体和人类 19q13。