脑面部骨骼综合征 4

ERCC1 基因编码一种参与 DNA 核苷酸切除修复（NER） 和链间交联（ICL） 修复的蛋白质。ERCC1 与 ERCC4（ 133520 ）相互作用形成核酸内切酶，可切除DNA 以进行后续修复。ERCC1 是稳定和增强 ERCC4 活性所必需的（Gregg 等人，2011 年和Kashiyama 等人，2013 年的总结）。

▼ 克隆与表达

在将 DNA 介导的基因转移到中国仓鼠卵巢（CHO） 突变细胞后，这些细胞与色素性干皮病（见278700）细胞一样，对各种 DNA 损伤剂敏感，并且在 DNA 修复的初始切口步骤中存在缺陷，Rubin 等人.（1983）鉴定了人类 DNA 修复基因 ERCC1。由此产生的转化体对 DNA 损伤剂表现出正常的抵抗力，孤立的转化体表现出一组与人类 DNA 修复基因相关的共同人类 DNA 序列。因此，提供了 DNA 介导的将人类 DNA 修复基因转移到修复缺陷仓鼠突变体中的直接生物学和分子证据。

▼ 基因功能

李等人（1994）证明修复蛋白 XPA（ 611153 ） 是一个与 ERCC1 相关的因子。他们的结果表明，XPA 的一个可能功能是将含有 ERCC1 和其他修复因子的切口复合物加载到 DNA 损伤部位并可能定位。Park 和 Sancar（1994）展示的研究结果使他们得出结论，XPA、ERCC1 和 ERCC4（ 133520 ） 蛋白形成三元复合物，参与损伤识别和切口活动。

西伯斯等人（1996）对 ERCC1 进行了突变分析。他们发现保守性较差的 N 端 91 个氨基酸对其修复功能不是必需的，而 C 端对其酶活性是必需的，并被认为是一种结构特异性的核酸内切酶。中心区域的突变产生了不稳定的蛋白质，导致作者认为该区域参与蛋白质-蛋白质相互作用。西伯斯等人（1996）指出 ERCC1 参与紫外线交联修复和核苷酸切除修复（NER） 并提供证据表明交联修复需要的 ERCC1 量低于 NER，这可以解释为什么 F 组色素性干皮病（ 278760）） 患者表现出 NER 缺陷而不是交联修复缺陷。

为了研究核苷酸切除修复的核组织和动力学，Houtsmuller 等人（1999）标记了 ERCC1/XPF 的 ERCC1 亚基（ 278760） 内切核酸酶与绿色荧光蛋白，并监测其在活的中国仓鼠卵巢细胞中的迁移率。在没有 DNA 损伤的情况下，复合物可以自由地穿过细胞核，扩散系数（每秒 15 +/- 5 平方微米）与其分子大小一致。紫外光诱导的 DNA 损伤导致 ERCC1/XPF 的瞬时剂量依赖性固定，这可能是由于该复合物参与单一修复事件。4 分钟后，该综合体恢复了流动性。这些结果表明，核苷酸切除修复是通过在 DNA 损伤位点组装单个核苷酸切除修复因子而不是通过全复合体的预组装来进行的，并且 ERCC1/XPF 以分布方式参与 DNA 损伤修复，而不是通过对大基因组片段。

沃尔克等人（2001）通过采用局部紫外线照射结合荧光抗体标记的新技术，描述了 NER 复合物在正常和修复缺陷（色素性干皮病）人类细胞中的组装。损伤识别复合物 XPC（ 613208 ）-HR23B（ 600062 ） 似乎对于切口前复合物中所有后续 NER 因子的募集至关重要，包括转录修复因子 TFIIH（参见189972）。沃尔克等人（2001）发现 XPA 结合相对较晚，是锚定 ERCC1-XPF 所必需的，并且可能是激活 XPG 的核酸内切酶活性所必需的（ 133530）。这些发现将 XPC 确定为反应机制中最早已知的 NER 因子，深入了解后续 NER 组件的顺序，为 XPA 的双重作用提供证据，并支持在损伤部位顺序组装修复蛋白的概念，而不是而不是预组装的修复体。

通过范可尼贫血（FA; 227650 ） 途径修复 DNA 中的双链断裂需要 FANCD2（ 227646 ）的单泛素化，导致泛素化 FANCD2 在 DNA 损伤位点积累。McCabe 等人使用通过小干扰 RNA 耗尽 ERCC1 的正常人成纤维细胞和来自 FA 患者的成纤维细胞（2008）表明 ERCC1 是 FANCD2 的单泛素化和泛素化 FANCD2 在 DNA 损伤位点的积累所必需的。ERCC1 是 DNA 交联后 FANCD2 病灶形成所必需的，这可以在双链断裂形成后修复，复制叉停滞，包括双链断裂。麦凯布等人（2008） 得出结论，ERCC1 不是形成双链断裂所必需的，而是激活 FANCD2 以进行修复所必需的。

通过免疫共沉淀和酵母 2-杂交分析，Perez-Oliva 等人（2015）发现人类 USP45 的 N 端 61 个氨基酸（ 618439） 与 ERCC1 相互作用。USP45 在体外和体内都使 ERCC1 去泛素化，并且 USP45 与 ERCC1 的结合是 ERCC1 去泛素化所必需的。USP45 促进暴露于 DNA 损伤剂的 U2OS 骨肉瘤细胞的存活，并诱导由 ERCC1-XPF 核酸内切酶控制的 DNA 损伤反应。USP45 发挥其作用不是通过稳定 ERCC1 表达，而是通过调节 ERCC1 向 DNA 损伤位点的募集。USP45 定位于由 DNA 损伤剂和受控修复引起的 DNA 损伤。活细胞荧光分析表明，USP45 向损伤部位的募集是快速、短暂的，并且与 ERCC1-XPF 无关。

▼ 基因结构

ERCC1 基因由分布在大约 14 kb 上的 10 个外显子组成（van Duin 等，1987）。

▼ 测绘

对于人类 19 号染色体，Siciliano 等人（1985）分配了 2 个基因来补充中国仓鼠卵巢（CHO） 细胞中单独的 DNA 修复突变。其中一个补充了称为 UV20 的 CHO DNA 修复缺陷突变体；人类基因座被称为 ERCC1（ Thompson et al., 1985 ）。另一种称为 EM9 的 CHO 修复突变体在其敏感的试剂方面有所不同，并且与Bloom 综合征（ 210900 ）一样，姐妹染色单体交换大大增加（ Thompson et al., 1982 ）；人类基因座被称为 ERCC2（ 126340 ）。人类 19 号染色体被认为与仓鼠 9 同源——两者都有 GPI（ 172400 ） 和 PEPD（ 613230 ））--在 CHO 细胞中，9 号染色体是半合子的。研究结果可能表明，仓鼠中的 2 个 DNA 修复基因也是同线的。

德威特等人（1985）还将人类 DNA 修复基因定位到 19 号染色体，该基因补充了修复缺陷型 CHO 细胞系中的缺陷。ERCC1 因“切除修复补充中国仓鼠的缺陷修复”而得名。德威特等人（1985）得出结论，这与Rubin 等人发现的基因相同（1985）。

通过体细胞杂交，布鲁克等人（1985）将 ERCC1 基因分配给染色体 19q13.3-q13.2。

ERCC1 与酵母切除修复蛋白 RAD10 具有显着的氨基酸序列同源性（ van Duin et al., 1986 ）。另一个参与 DNA 修复的基因 XRCC1（ 194360 ） 位于 19 号染色体的同一区域（ Carrano, 1988 ）。在表征 ERCC1 的过程中，Hoeijmakers 等人（1989）发现它的 3-prime 末端与另一个基因的 3-prime 末端重叠，称为 ASE1（反义 ERCC1；107325）。这种特殊类型的基因重叠在小鼠中是保守的，甚至在酵母 ERCC1 同源物 RAD10 中也是保守的，这表明具有重要的生物学功能。

Martin-Gallardo 等人使用基于荧光的自动序列（1992）对来自跨越 ERCC1 基因座的 3 个粘粒的总共 116,118 bp 进行了测序。通过聚合酶链反应（PCR） 扩增和计算机方法分析的组装序列总计 105,831 bp，除 ERCC1 基因外，还包含一个 FOSB 原癌基因（ 164772 ）、一个编码蛋白磷酸酶的基因和两个功能未知的基因。19q13.3 光带区域的平均密度很高，为每千碱基 1.4 个 Alu 重复序列。马丁-加拉多等人（1992）估计人类核型的光带可能包含多达 75,000 个基因和 150 万个 Alu 重复序列。根据几条证据（Langlois 等人，1982 年；McKusick, 1991 ），19 号染色体似乎异常密集的基因。

作为通过荧光原位杂交在 19 号染色体上绘制多个探针的一部分，Trask 等人（1993）将 ERCC1 基因定位到 19q13.2-q13.3。

▼ 分子遗传学

Jaspers 等人在一名患有脑面部骨骼综合征（COFS4; 610758 ）的患者中（2007）在 ERCC1 基因（Q158X, 126380.0001 ; F231L, 126380.0002 ） 中发现了复合杂合突变。Jaspers 等人报道的患者（2007）表现出相对轻微的 NER 损伤，类似于 XPF 病例中所见，但具有非常严重的临床表现，包括产前和产后发育障碍以及婴儿早期死亡。患者细胞对紫外线和丝裂霉素 C 表现出中度超敏反应。这一发现代表了一组具有缺陷 NER 的新患者。此外，临床严重程度加上相对轻微的修复缺陷，表明 ERCC1 具有新功能。尽管 ERCC1 是第一个被克隆的哺乳动物修复基因（Westerveld 等人，1984 年）并靶向小鼠（McWhir 等人，1993 年），但直到Jaspers 等人的报告才发现 ERCC1 缺陷病例（2007），尽管 3 十年来对光敏患者进行了详尽的筛查。

在一名严重生长和骨骼异常导致过早死亡并与 NER 缺陷相关的患者中，Kashiyama 等人（2013）确定了 ERCC1 基因中 F231L 突变的纯合性。患者细胞显示 ERCC1 和 ERCC4（ 133520 ） 的表达均降低。

伊本等人（2007）报道了一名患有色素性干皮病和神经系统特征的女性（XP202DC），她是 ERCC1 基因（K226X 和 IVS-26G-A）中 2 个突变的复合杂合子。除了对阳光敏感之外，她还在 15 岁时出现了痴呆症和全身性脑萎缩的进行性神经变性，并在 37 岁时去世。由于 ERCC4 基因（ 133520 ） 的突变，该表型与在 XPF 患者（ 278760 ）中报告的表型相似。在 DNA 核苷酸切除修复的后期阶段，ERCC1 和 ERCC4 形成具有内切核酸酶活性的复合物。

▼ 动物模型

麦克维尔等人（1993）通过靶向胚胎干细胞系中的 ERCC1 基因产生了具有缺陷 DNA 的小鼠。纯合突变小鼠在出生时就被淘汰，在断奶前死亡，肝功能衰竭。器官检查显示围产期肝脏多倍体，到 3 周龄发展为严重的非整倍体。在肝脏、大脑和肾脏中检测到p53（ 191170 ）水平升高，支持了 p53 作为 DNA 损伤监测器的假设作用。正如Cleaver（1994）所指出的那样，尚未发现 ERCC1 基因与任何特定的人类疾病有关，只是间接地假定它是必不可少的。McWhir 等人的研究结果（1993）可能表明人类中该基因突变的病理学意义。

Niedernhofer 等人（2006）研究了 Ercc1 缺陷小鼠。胚胎和出生后早期发育轻度迟缓，但生长在第二周急剧停滞，通常在 4 周时达到高潮。Ercc1-null 小鼠的皮肤、肝脏和骨髓异常与正常衰老时相似。Niedernhofer 等人（2006）还确定了肌张力障碍和进行性共济失调、肾功能不全、肌肉减少症、脊柱后凸，以及在细胞水平上过早的复制衰老和对氧化应激的敏感性——所有变化都与高龄有关。作者注意到 Ercc1 缺失小鼠的表型与人类 XFE 早衰综合征（ 610965 ）的表型之间存在显着相关性。此外，ERCC4（ 133520） 在 XFE 早衰综合征中存在缺陷，在 Ercc1 缺失的小鼠组织中检测不到，表明 ERCC4/ERRC1 复合物的不稳定。Niedernhofer 等人（2006）发现这些和其他变化与老年小鼠的变化相关，并开发了一个连接 DNA 损伤、生长激素轴和衰老的模型。

Vermeij 等人（2016）报告称，30% 的饮食限制使 Ercc1 δ/- progeroid 小鼠的中位数和最大剩余寿命增加了三倍，强烈延缓了加速衰老的许多方面。接受饮食限制的小鼠保留了 50% 以上的神经元并保持了完整的运动功能，远远超过了随意喂食的小鼠的寿命。Ercc5（ 133530 ） -/- 小鼠，另一种 DNA 修复缺陷型早衰小鼠，可模拟 Cockayne 综合征（见278780），类似的回应。Ercc1 δ/- 小鼠的饮食限制反应与野生型动物中饮食限制的影响非常相似。值得注意的是，来自随意喂养的 Ercc1 δ/- 小鼠的肝脏组织显示出长基因表达的优先灭绝，这种现象也在一些正常老化的组织中观察到。这与影响长基因多于短基因的随机、转录阻断损伤的积累一致。饮食限制在很大程度上防止了这种下降的转录输出并减少了 γ-H2AX（ 601772 ） DNA 损伤灶的数量，表明饮食限制通过减轻 DNA 损伤来保持基因组功能。Vermeij 等人（2016） 得出的结论是，他们的发现将 Ercc1 δ/- 小鼠确立为一种强大的健康维持干预模式生物，揭示了减少内源性 DNA 损伤的潜力，促进了对饮食限制的分子机制的更好理解，并提出了违反直觉的饮食限制的作用类人类早衰基因组不稳定综合征和一般神经退行性疾病的治疗。

▼ 等位基因变体（ 2 精选示例）：

.0001 脑循环面部骨骼综合征 4
ERCC1, GLN158TER
Jaspers 等人（165TOR） 患有严重疾病且诊断为 cerebrooculofacioskeletal 综合征（COFS4; 610758 ）（2007）发现 ERCC1 基因中 2 个突变的复合杂合性：预测将密码子 gln158 转化为琥珀翻译终止信号（CAG 到 TAG；Q158X）的 C 到 T 转换，从母亲那里继承，以及一个 C 到 T 转换-G 颠换预测将 phe231 改变为亮氨酸（F231L; 126380.0002），继承自父亲。phe231 残基位于 ERCC1 的 XPF 结合域内，在哺乳动物和爪蟾中完全保守。来自母体的等位基因编码一个截短的多肽，该多肽缺少完整的 C 端结构域，这对于与 XPF 的相互作用是必不可少的。ERCC1-XPF 的异二聚化是复合物稳定性及其核酸内切酶活性所必需的。因此，预计 Q158X 等位基因在功能上是无效的。

.0002 脑循环面部骨骼综合征 4
ERCC1, PHE231LEU
由Jaspers 等人讨论在 ERCC1 基因中的 phe231 到 leu（F231L） 突变，该突变在患有 cerebrooculofacioskeletal 综合征（COFS4; 610758 ）的患者中以复合杂合状态被发现（2007），见126380.0001。

在一个女孩（CS20LO） 中，父母无关，面部和骨骼异常（ 610758 ），Kashiyama 等人（2013）在 ERCC1 基因的外显子 7 中发现了纯合的 693C-G 颠换，导致 C 端 XPF 相互作用的螺旋-发夹-螺旋结构域中的 phe231 到 leu 取代。患者有小头畸形、小颌畸形、深陷眼、多处挛缩、眼球震颤和可能的多小脑回。由于紫外线照射后 RNA 合成受​​损，她被诊断为 Cockayne 综合征，表明 TC-NER 存在缺陷。患者细胞还显示出计划外 DNA 合成减少，表明全球基因组 NER（GG-NER） 存在缺陷。体外细胞表达研究表明 F231L 突变不会改变与 ERCC4 的结合（ 133520） 或 TFIIH（参见189972 ） 并且突变蛋白的过度表达能够恢复患者细胞中的 NER 活性。然而，患者细胞显示出非常低的突变等位基因表达（比对照少 50 倍），表明该患者的 ERCC1 无效表型是由于 mRNA 表达减弱所致。柏山等人（2013）指出Jaspers 等人报告的患者（2007） 的临床特征与 Cockayne 综合征重叠。