发育性和癫痫性脑病 50

CAD 基因编码一种三功能蛋白，该蛋白与嘧啶生物合成 6 步途径中的前 3 种酶的酶活性相关：氨基甲酰磷酸合成酶（ EC 6.3.5.5 ）、天冬氨酸转氨甲酰酶（ EC 2.1.3.2 ）和二氢乳清酸酶（ EC 3.5.2.3 ）（Simmer 等人的总结，1990 年）。

CAD 三功能蛋白的氨基甲酰磷酸合成酶活性被命名为 CPS II（CPS2）。CPS I 由 CPS1 基因（ 608307 ）编码，该基因对应到 2q。

▼ 基因功能
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哺乳动物细胞增殖需要嘧啶核苷酸的从头合成。该途径中的限速步骤由氨基甲酰磷酸合成酶（CPS II）催化，该酶是多功能酶 CAD 的一部分。格雷夫斯等人（2000）描述了丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应对 CAD 的调节（参见602425）。在体外被 MAPK1（ 176948 ）磷酸化或被表皮生长因子（ 131530 ）激活时）在体内，CAD 失去了依赖于尿苷三磷酸的反馈抑制，并且对依赖于磷酸核糖焦磷酸的激活变得更加敏感。这两种变构调节变化都有利于嘧啶的生物合成以促进生长。它们伴随着体内 CAD 表皮生长因子依赖性磷酸化的增加，并通过抑制 MAPK1 来阻止。共有 MAP 激酶磷酸化位点的突变消除了由生长因子刺激的 CAD 变构调节的变化。最后，与 MAP 激酶信号传导对 CPS II 活性的影响一致，表皮生长因子增加了细胞三磷酸尿苷，并且这种增加被抑制 MAPK1 逆转。因此，格雷夫斯等人（2000）得出的结论是，他们的研究可能表明 MAP 激酶级联的激活与嘧啶核苷酸的从头生物合成之间存在直接联系。

陈等人（2001）发现，与错配修复熟练的对照细胞相比，在 MLH1（ 120436 ）或 MSH6（ 600678 ）缺陷的人类细胞系中，CAD 基因扩增的速率提高了 50 到 100 倍。荧光原位杂交表明，这些扩增事件可能是涉及 2 号染色体的不等姐妹染色单体交换以及涉及其他染色体的易位事件的可能结果。这些结果暗示 MLH1 和 MSH6 基因的产物抑制基因扩增，并表明这种遗传稳定功能的缺陷可能导致与错配修复缺陷相关的癌症易感性。

Robitaille 等人（2013）发现，mTOR复合物-1（mTORC1的;参见601231）间接磷酸化CAD残余物通过S1859 S6激酶（S6K;参见RPSKB1，608938）。CAD-S1859 磷酸化促进了 CAD 寡聚化，从而刺激了嘧啶的从头合成和哺乳动物细胞通过细胞周期 S 期的进展。本-萨赫拉等人（2013）孤立表明 mTORC1 的激活导致通过从头嘧啶合成途径的代谢通量的急性刺激。mTORC1 信号转译后通过其下游靶标 S6K1 调节该代谢途径，S6K1 直接磷酸化 CAD 上的 S1859。因此，通过 mTORC1 的生长信号刺激了新核苷酸的产生，以适应核糖体生物发生和合成代谢生长所需的 RNA 和 DNA 合成的增加。

▼ 测绘
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陈等人（ 1987 , 1989 ）通过原位杂交、通过对体细胞杂交体的 DNA 的 Southern 分析以及在含有减少的人类染色体数量的仓鼠/人类体细胞杂交体中进行营养互补测试，将 CAD 基因定位到 2p22-p21。

通过对 2 名全前脑畸形和 2p 间质缺失患者的细胞的研究，Muenke 等人（1989）从段 2p23.3-p21.01 中排除了 CAD。

伯托尼等人（1993）使用荧光原位杂交将中国仓鼠 CAD 基因定位到 7 号染色体的一个区域，该区域与人类染色体 2p 上的基因同源的其他基因已被定位。

▼ 分子遗传学
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在一个患有发育性和癫痫性脑病的男孩中 - 50（DEE50; 616457 ），Ng 等人（2015）鉴定了 CAD 基因中的复合杂合突变（114010.0001和114010.0002）。通过外显子组测序发现的突变与家族中的疾病隔离。对患者细胞的代谢通量研究表明，天冬氨酸通过从头合成途径掺入 RNA 和 DNA 受损。此外，CTP、UTP 和几乎所有用作糖基化供体的 UDP 活化糖都减少了。补充尿苷挽救了这些异常，表明这种糖基化障碍的潜在疗法。

在来自 3 个无关家庭的 4 名 DEE50 患者中，Koch 等人（2017）鉴定了 CAD 基因中的纯合或复合杂合突变（ 114010.0003 - 114010.0005 ）。通过外显子组测序发现并通过 Sanger 测序证实的突变与家族中的疾病隔离。没有进行变体的功能研究，但预测突变会导致功能丧失。来自 1 名患者的成纤维细胞显示 UDP、UDP-葡萄糖、UDP-GlcNac、CTP 和 UTP 水平降低，所有这些都可以通过补充尿苷来挽救。2 名患者的口服尿苷治疗导致显着的临床改善。

▼ 进化
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西默等人（1990）建议所有二氢乳清酶（DHOase）都是共同祖先的后代。在一些生物体中，酶仍然是单功能的。西默等人（1990）建议在哺乳动物中发生 DHOase 基因复制和插入祖先双功能基因座。

▼ 等位基因变体（ 5 精选示例）：
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.0001 发育和癫痫性脑病 50
CAD、IVS12AS、GA、-1
在一个 4 岁男孩（UDP4003）中，父母无关，患有发育性和癫痫性脑病 - 50（DEE50; 616457 ），Ng 等人（2015）确定了 CAD 基因中的复合杂合突变：外显子 13（c.1843-1G-A）上游的 G-to-A 转换和外显子 39 中的 c.6071G-A 转换，导致 arg2024- to-gln（R2024Q; 114010.0002）在 ATCase 结构域中高度保守的残基处进行替换。通过外显子组测序发现的突变在 dbSNP、1000 Genomes Project 或 Exome Variant Server 数据库中未发现，并且与家族中的疾病隔离。每个变体在 ExAC 数据库中报告一次。对患者细胞的分析表明，c.1843-1G-A 剪接位点变异导致外显子 13 的框内缺失和 CPS2 域中的 63 个残基缺失。剪接位点突变的过度表达表明它不如野生型稳定，并且无法挽救 cad-null CHO 细胞中的缺陷生长表型。R2024Q 变体显示部分拯救 cad 无效 CHO 细胞。患者成纤维细胞显示 UDP-GlcNAc、UPD-GalNAc、UPD-Glc 和 UDP-Gal 的量减少，以及核苷酸 UTP 和 CTP 的量减少，与在缺乏 cad 的 CHO 细胞系中观察到的相似；这种缺陷可以用尿苷来挽救。患者细胞还显示出进入 RNA 和 DNA 的天冬氨酸通量减少。然而，患者的血清糖基化转铁蛋白是正常的，并且患者成纤维细胞或血清中的 O-或 N-连接糖基化没有显着变化。患者在 17 个月大时开始癫痫发作。

.0002 发育和癫痫性脑病 50
CAD, ARG2024GLN
讨论 CAD 基因中的 c.6071G-A 转换，导致 arg2024 到 gln（R2024Q）取代，这是在发育性和癫痫性脑病患者的复合杂合状态中发现的 - 50（DEE50; 616457 ）由Ng 等人撰写（2015），见114010.0001。

.0003 发育和癫痫性脑病 50
CAD、MET33ARG
在来自 2 个不相关的塞尔维亚罗马血统家族（F1 和 F3）的 3 名患有发育性和癫痫性脑病 50（DEE50；616457）的患者中，Koch 等人（2017）在 CAD 基因的外显子 2 中发现了纯合的 c.98T-G 颠换（c.98T-G，NM_004341.3），导致在高度保守的残基处发生了met33 到 arg（M33R）的替换。通过外显子组测序发现并通过 Sanger 测序证实的突变在两个家族中都与疾病分离。在 8,000 个内部对照外显子组中未发现该突变，并且在 ExAC 数据库中仅在杂合状态下发现了一次。单倍型分析表明家族之间有共同的祖先。未进行该变体的功能研究，但来自 1 名患者的成纤维细胞显示 UDP、UDP-葡萄糖、UDP-GlcNac、CTP 和 UTP 水平降低，所有这些都可以通过补充尿苷来挽救。患者在大约 2 岁时出现了与发育退化相关的难治性癫痫发作。

.0004 发育和癫痫性脑病 50
CAD、IVS12AS、CT、-3
在一个 5.4 岁的女孩中，出生于无关的德国父母（家庭 F2），患有发育性和癫痫性脑病-50（DEE50；616457），Koch 等人（2017）确定了 CAD 基因中的复合杂合突变：内含子 12 中的 C 到 T 转换（c.1843-3C-T，NM_004341.3），预计会导致剪接位点突变，以及 c.5365C -T 在外显子 34 中发生转变，导致 arg1789 到 ter（R1789X；114010.0005）代换。通过外显子组测序发现并通过 Sanger 测序证实的突变与家族中的疾病隔离。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。患者在 6 个月大时出现难治性癫痫发作。她严重残疾，处于最低意识状态，并接受管饲。

.0005 发育和癫痫性脑病 50
CAD, ARG1789TER
讨论 CAD 基因中的 c.5365C-T 转换（c.5365C-T，NM_004341.3），导致 arg1789-to-ter（R1789X）取代，在患有以下疾病的患者中发现其处于复合杂合状态Koch 等人的发育性和癫痫性脑病-50（DEE50; 616457 ）（2017），见114010.0004。