Fanconi 贫血

核苷酸切除修复（NER）是色素性干皮病的缺陷（见278700），涉及在病变的每一侧切开一条 DNA 链。有证据表明，在 NER 期间进行的 2 个切口由单独的 DNA 核酸内切酶催化（Sijbers 等人，1996 年）。在人类中，XPG 核酸内切酶（ 133530 ）会形成相对于病灶的 3-prime 切口。ERCC4 基因编码的蛋白质与 ERCC1（ 126380 ）一起构成 ERCC1-XPF 5' 内切核酸酶。XPF/ERCC1 核酸内切酶还在链间交联（ICL） DNA 修复中发挥作用（Gregg 等人总结，2011和Bogliolo 等人，2013）。

▼ 克隆与表达

Sijbers 等人（1996）分离出与酵母 Rad1 同源的人类基因，发现它可以纠正 F 组（XPF；278760）以及啮齿动物组 4 和 11的修复缺陷。基因 ERCC4 编码一个 905 个氨基酸与RAD1（ 603153 ）和 RAD16具有显着同源性的多肽。

▼ 基因功能

Sijbers 等人（1996）从哺乳动物细胞中纯化 ERCC4 或 XPF 蛋白，与 ERCC1（ 126380 ）形成紧密复合物。该复合物是一种结构特异性核酸内切酶，负责修复过程中的 5 引物切口。

通过 Northern 印迹分析，Brookman 等人（1996）检测到人类 ERCC4 表达为大约 7-kb、3.8-kb 和 2.4-kb mRNA。狒狒 ERCC4 普遍表达。预测的人类 ERCC4 蛋白在 N 末端区域具有 2 个亮氨酸拉链结构域。通过蛋白质印迹分析，在哺乳动物细胞中表达的 ERCC4 蛋白的分子量为 110-kD。在 XPF 患者的细胞中，ERCC4 蛋白水平低于正常值的 5%。布鲁克曼等人（1996）还鉴定了一种普遍的 ERCC4 转录物，该转录物在 HeLa 细胞中编码截短的蛋白质。

为了研究核苷酸切除修复的核组织和动力学，Houtsmuller 等人（1999）用绿色荧光蛋白标记 ERCC1/XPF 核酸内切酶的 ERCC1 亚基，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，复合物在细胞核中自由移动，扩散系数（每秒 15 +/- 5 平方微米）与其分子大小一致。紫外线诱导的 DNA 损伤导致 ERCC1/XPF 的瞬时剂量依赖性固定，可能是由于复合物在单个修复事件中的参与。4 分钟后，复合体恢复了活动性。这些结果表明，核苷酸切除修复通过在 DNA 损伤部位组装单个核苷酸切除修复因子而不是通过全复合物的预组装来起作用，

沃尔克等人（2001 年）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- HR23B（ 613208 , 600062 ）似乎对于在切口前复合物中募集所有后续 NER 因子至关重要，包括转录修复因子 TFIIH（参见189972 ）。沃尔克等人（2001）发现 XPA 基因（ 611153）关联相对较晚，是锚定 ERCC1-XPF 所必需的，并且可能对激活 XPG 的核酸内切酶活性至关重要。这些发现将 XPC 确定为反应机制中已知最早的 NER 因子，深入了解后续 NER 组分的顺序，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，而不是而不是一个预组装的修复体。

▼ 基因结构

布鲁克曼等人（1996）报道 ERCC4 基因包含 11 个外显子，跨度为 28.2 kb。

▼ 测绘

通过对体细胞杂种的研究，Siciliano 等人（1987）将 ERCC4 基因对应到 16 号染色体。Liu 等人（1989）改进了 ERCC4 对 16p13.3-p13.13 的分配，基于保留了含有不同人类染色体 16 片段的体细胞杂交体中的表型。Liu等人（1993）将 ERCC4 基因的位置进一步细化为 16p13.2-p13.13。通过荧光原位杂交，Sijbers 等人（1996）将 ERCC4 基因对应到 16p13.2-p13.1。

由于 ERCC4 已被分配到 16 号染色体，并且该染色体的粘粒文库可用，Thompson 等人（1994）选择了一种克隆策略，其中 UV41 NER 突变体首先通过转染该文库进行校正。他们成功地分离出功能性粘粒克隆，这些克隆对应到先前指定的 ERCC4 染色体区域（16p13.2-p13.13）并部分恢复了紫外线抗性。通过荧光原位杂交进行染色体定位。

▼ 分子遗传学

Xeroderma Pigmentosum、互补组 F 和 Cockayne 综合征

Sijbers 等人（1996 年）确定了 ERCC4 基因的致病突变（见133520.0001和133520.0002），并在 F 组色素性干皮病（XPF；278760）患者中显着降低了编码蛋白的水平。编码XPA（基因611153），XPB（133510），XPC（613208），XPD（278730，126340），和XPG（278780）的蛋白质原先被分离并引起XP突变每个识别的。XPF 是要表征的最后一个 NER 缺陷 XP 组。至少在某些 XPE 单元中存在缺陷（278740）已被识别，尽管核心 NER 系统不需要它。Sijbers 等人的工作（1996）证明 XPF 基因等同于 ERCC4 和 ERCC11 基因，它们分别在啮齿动物第 4 组和第 11 组细胞中存在缺陷。

在 2 名无关的 XPF/Cockayne 综合征患者中（见278760），Kashiyama 等人（2013）鉴定了 ERCC4 基因中的复合杂合突变（ 133520.0008 - 133520.0010 ）。其中一名患者还具有范可尼贫血的特征（FANQ；615272）。与对照组相比，两名患者的真皮成纤维细胞显示 RNA 合成活性显着降低，表明转录偶联 NER（TC-NER）缺乏，正如 Cockayne 综合征细胞所预期的那样，以及计划外 DNA 合成减少，表明存在缺陷。全球基因组 NER（GG-NER）。补充研究表明，这 2 名患者可以被分配到 XPF 组。两种细胞系也对交联剂丝裂霉素-C 敏感，表明 DNA ICL 的修复存在缺陷。两名患者携带的共同突变（C236R；133520.0008）显示针对茎环 DNA 结构的内切核酸酶切口活性降低，表明蛋白质功能障碍。

XFE 早衰症候群

Niedernhofer 等人（2006）确定了 ERCC4（R153P; 133520.0003 ）中的纯合点突变，导致 XFE 早衰综合征（XFEPS; 610965 ）。来自患者的 XPF-ERCC1（XFE）成纤维细胞的 ERCC4 和 ERCC1 水平低于来自 XPF 患者的细胞。 XFE 成纤维细胞对 ICL 损伤非常敏感，证实了 XPF-ERCC1 在 ICL 抗性中的作用，与核苷酸切除修复不同。

Niedernhofer 等人（2006 年）注意到 Ercc1 缺失小鼠的表型之间存在显着的相关性（见126380）和人类 XFE 早衰综合征。他们观察到这些小鼠的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。XPF 的不同突变导致不同的临床结果：癌症，如色素性干皮病，或早衰症状，如 XFE 综合征。一种解释是，R153 XFE 突变会损害核苷酸切除修复（NER）和 ICL 修复，主要导致细胞死亡和衰老以响应 DNA 损伤。这会抑制致癌作用，但会加速衰老。相比之下，经典 XPF 患者中较轻微的 NER 缺陷导致较少的细胞死亡，从而导致突变积累并因此导致癌症。XPF-ERRC1 缺陷细胞对交联损伤的特异性敏感性使 ICL 成为促成 XPE 早衰综合征独特表型的可能候选者。有趣的是，IGFBP1（146730）在 Ercc1 缺失小鼠肝脏中极度升高，在暴露于交联剂顺铂或喂食富含多不饱和脂肪酸的饮食（促进脂质过氧化）的啮齿动物中强烈诱导。Niedernhofer 等人（2006）得出结论，核 DNA 损伤的积累会导致许多与衰老相关的病理生理和代谢变化，可能是通过增加细胞死亡或衰老，而没有突变和端粒损失。这与衰老的损伤累积理论一致，并预测癌症辅助化疗中使用的细胞毒性基因毒素可能会促进衰老。Niedernhofer 等人提出的模型（2006）调和了两个明显不同的衰老假设：衰老受基因调控，衰老是随机损伤累积的结果。事实上，两者都是正确的。损伤会导致与衰老相关的功能衰退；然而，由 IGF1/胰岛素通路介导的高度保守的长寿保证机制会影响损伤积累和功能丧失的速度。

Mori 等人通过对来自 Werner 综合征国际登记处的 18 名患者进行外显子组测序，排除了其他基因突变导致过早衰老（WRN，604611；LMNA，150330；和POLD1，174761）（2018）确定了一名患者（MME1010）的 ERCC4 基因（G496H 和 A860D）有 2 个突变，这些突变被发现是顺式的。通过在另外 24 名遗传未确诊的非典型 Werner 综合征患者中筛选 ERCC4 基因，Mori 等人（2018）确定了一名患者（CALIF1010），他是错义突变（R799W; 133520.0011 ）和移码突变（ 133520.0012 ）的复合杂合子）。在患者 CALIF1010 中，ERCC4 的表达显着降低至对照的约 6%，但在患者 MME1010 中未观察到与对照的差异。在丝裂霉素 C 存在下（测试突变对链间交联修复的影响），患者 CALIF1010 中细胞的存活率约为对照的 59%，但在患者 MME1010 中并未降低。这些数据表明，在复合杂合性中发现的 ERCC4 变体是导致患者早衰特征的原因，但在患者 MME1010 中发现的顺式 ERCC4 变体不太可能是致病性的。

范可尼贫血，补体组 Q

通过对 Fanconi 贫血女孩的外显子组测序，互补组 Q（FANCQ; 615272 ），Bogliolo 等人（2013）鉴定了 ERCC4 基因中的复合杂合突变（133520.0004和133520.0005）。在 18 名未分类范可尼贫血患者中对该基因的直接测序显示 1 名患者具有复合杂合突变（133520.0006和133520.0007）。每位患者携带 1 个截短突变和 1 个错义突变。两名患者均具有与范可尼贫血一致的可变特征，包括拇指缺失、食管闭锁、心脏缺陷和骨髓衰竭，但均未出现 XP 中表明紫外线敏感性的皮肤损伤。实验室研究表明，患者细胞对某些交联剂（如丝裂霉素-C 和美法仑）的反应增加了染色体断裂，但对紫外线的敏感性并未增加。野生型 ERCC4 转导到患者细胞中补充了丝裂霉素-C 的敏感性。详细的细胞研究表明，具有 ERCC4 突变的范可尼贫血细胞完全缺乏链间交联（ICL）修复，正如 XFE R153P 突变所观察到的（ 133520.0003），但保留了显着水平的核苷酸切除修复（NER）活性，以防止紫外线损伤对皮肤的光敏性。Fanconi 贫血相关的错义突变能够转移到细胞核，与 ERCC1 和 SLX4（ 613278 ）相互作用，并定位到活跃的 NER 位点。体外研究表明，突变 ERCC4 R689S（ 133520.0005 ）在茎环 DNA 底物上的核酸酶切口活性受损。L230P 突变（ 133520.0007 ）不太稳定，可能有在细胞质中聚集的趋势。两种错义突变都恢复了 Ercc4-null 小鼠细胞的切口缺陷，但这些细胞仍然对 ICL 敏感，这表明 ICL 敏感性与核酸酶活性的缺失没有直接关系。

博廖洛等人（2013）在生化水平上区分 ERCC4 突变体表型。XP-F（一种相对温和的 XP 形式）个体的细胞在细胞核中的 ERCC4 水平降低，因为突变的 ERCC4 倾向于在细胞质中聚集。这种降低的 ERCC4 水平不足以介导完全 NER，但仍具有足够的 ICL 修复特异性功能来预防范可尼贫血的临床表现。导致范可尼贫血的突变允许蛋白质定位到细胞核，在那里它发挥一定水平的 NER 活性，但完全缺乏 ICL 修复。导致 XFE 早衰综合征的 ERCC4 突变导致核 ERCC4 水平非常低，不足以支持 NER 或 ICL 修复。

▼ 等位基因变体（ 12个精选示例）：

.0001 干皮病，F型
ERCC4、4-BP DEL、2281TCTC
在患有 XPF（ 278760 ）的患者 XP126LO 中（Norris 等人，1988 年），Sijbers 等人（1996）证明了 XPF 基因第 2281 位重复序列中的 4 个核苷酸缺失 TCTC。病变可能是由复制滑移引起的，并导致移码和 803 个氨基酸的截断蛋白质（fs803ter）。另一个等位基因在核苷酸 2377（ 133520.0002 ）处进行 C 到 T 转换，可能是由于 CpG 位点甲基化胞嘧啶脱氨，将精氨酸 788（在粟酒链霉菌、果蝇和人类中保守）变成色氨酸（R788W）。该患者为复合杂合子，父母非近亲，非日本血统。

.0002 干皮病，F型
ERCC4、ARG788TRP
讨论Sijbers 等人在患有 F 型色素性干皮病（XPF; 278760 ）的患者中以复合杂合状态发现的 ERCC4 基因中的 arg788 到 trp（R788W）突变（1996），见133520.0001。

Sijbers 等人（1998）在第二名患有 XPF 的高加索患者中发现了纯合状态的 R788W 突变。从儿童时期就存在轻度的眼部畏光，暴露在阳光下时会发生急性皮肤反应。基底细胞癌和鳞状细胞癌在他 27 岁后发展。在他四十多岁的时候，出现了进行性神经系统症状，包括智力下降、轻度舞蹈症和共济失调，以及明显的大脑和小脑萎缩。Sijbers 等人（1998）指出这种神经系统异常在 XPF 中是不寻常的，在其他 17 名 XPF 个体中只有 1 人被描述。患者在培养细胞中的核苷酸切除修复活性降低了 5 倍，加上紫外线照射后细胞存活和 DNA 复制受到中度影响，是 XPF 的典型特征。生化、遗传和临床数据表明存在相当大的残留修复活性，强烈表明 R788W 突变是渗漏的。携带这种突变的 2 名高加索患者不知道是否相关。

.0003 XFE PROGEROID 综合征
ERCC4、ARG153PRO
Niedernhofer 等人对一名患有新的早衰综合征（XFEPS; 610965 ）的近亲阿富汗男性进行了研究（2006）确定了 ERCC4 基因第 458 位 G 到 C 颠换的纯合性，导致第 153 位高度保守的精氨酸被脯氨酸非保守取代为脯氨酸（R153P）。R153 位于一个含有解旋酶基序的结构域和一个经常参与蛋白质相互作用的富含亮氨酸的区域。

.0004 FANCONI 贫血症，补充组 Q
ERCC4、5-BP DEL、1484CTCAA
在患有 Fanconi 贫血互补组 Q（FANCQ; 615272 ）的西班牙女孩中，Bogliolo 等人（2013）确定了 ERCC4 基因中的复合杂合突变：外显子 8 中的 5-bp 缺失（c.1484_1488delCTCAA），预计会导致移码和提前终止（Thr495AsnfsTer6），以及外显子 11 中的 c.2065C-A 颠换，导致在核酸酶活性位点的高度保守残基处发生 arg689 到 ser（R689S; 133520.0005 ）取代。通过外显子组测序鉴定并通过 Sanger 测序确认的突变与疾病分离。来自 Ercc4 缺失小鼠的胚胎成纤维细胞中 R689S 的异位表达不能补充丝裂霉素 C 的敏感性，从而证实了突变的致病性。

.0005 FANCONI 贫血症，补充组 Q
ERCC4、ARG689SER
讨论Bogliolo 等人在范可尼贫血互补组 Q（FANCQ; 615272 ）患者中发现的复合杂合状态下的 ERCC4 基因中的 arg689-to-ser（R689S）突变（2013），见133520.0004。

.0006 FANCONI 贫血症，补充组 Q
ERCC4、28-BP DUP、NT2371
Bogliolo 等人在患有 Fanconi 贫血补充组 Q（FANCQ; 615272 ）的德国患者中（2013）鉴定了 ERCC4 基因中的复合杂合突变：母体等位基因第 11 外显子中的 28 bp 重复（c.2371_2398dup28），预计会导致缺乏双螺旋-发夹-螺旋的截短蛋白（Ile800ThrfsTer24）（ HhH2）结构域涉及与 ERCC1 和 DNA 结合的异二聚化，以及父系等位基因上的 c.689T-C 转换，导致解旋酶样结构域中高度保守残基的 leu230-to-pro（L230P; 133520.0007 ）取代. 来自 Ercc4 缺失小鼠的胚胎成纤维细胞中 L230P 的异位表达不能补充丝裂霉素 C 的敏感性，从而证实了突变的致病性。

.0007 FANCONI 贫血症，补充组 Q
ERCC4、LEU230PRO
讨论Bogliolo 等人在范可尼贫血互补组 Q（FANCQ; 615272 ）患者中发现的复合杂合状态下 ERCC4 基因中的 leu230-to-pro（L230P）突变（2013），见133520.0006。

.0008 色素性干皮病，F 型/COCKAYNE 综合征
ERCC4, CYS236ARG
在患有 XPF/Cockayne 综合征的 16 岁男孩中（见278760），Kashiyama 等人（2013）鉴定了 ERCC4 基因中的复合杂合突变：外显子 4 中的 c.706T-C 转换，导致 N 端大 SF2 解旋酶结构域中的 cys236-to-arg（C236R）取代，以及 1-bp插入外显子 8（c.1730_1731insA; 133520.0009 ），导致移码和过早终止（Tyr577Ter）。C236R 突变被表达，而 1-bp 插入受到无义介导的 mRNA 衰减。免疫共沉淀研究表明，C236R 突变蛋白仍与 ERCC1 相互作用，但与 TFIIH 的 p89 亚基的亲和力降低（参见189972）。纯化的 C236R 还显示出针对茎环 DNA 结构的内切核酸酶切口活性降低，表明蛋白质功能障碍。患者有跖疣、不寻常的雀斑和阳光敏感性、生长不良、小头畸形和挛缩。神经系统受累包括听力障碍、学习障碍、注意力缺陷多动障碍、偏头痛和喂养困难。脑部 MRI 显示髓鞘形成延迟和基底节缩短。在具有范可尼贫血症某些特征的第二名患者的复合杂合性中也发现了 C236R 突变（见133520.0010）。

.0009 色素性干皮病，F 型/COCKAYNE 综合征
ERCC4、1-BP INS、1730A
Kashiyama 等人讨论了 ERCC4 基因中的 1-bp 插入（1730_1731insA），该基因在患有 XPF/Cockayne 综合征的 16 岁男孩（见278760）中以复合杂合状态发现（2013），见133520.0008。

.0010 色素性干皮病，F 型/COCKAYNE 综合征
ERCC4、ARG589TRP
在患有 XPF/Cockayne 综合征（见278760）以及符合范可尼贫血特征的骨髓衰竭和肾损伤（见 FANCQ；615272）的女孩中，Kashiyama 等人（2013）鉴定了 ERCC4 基因中的复合杂合突变：c.1765C-T 转换，导致 SF2 域中的 arg589-to-trp（R589W）取代，以及 C236R（ 133520.0008）。患者出现宫内生长障碍，后来出现身材矮小和小头畸形。发展在全球范围内被推迟。她有阳光敏感性和听力损失，随后出现进行性共济失调、震颤、虚弱、眼球震颤、骨髓衰竭和肾衰竭。R589W 突变与另一种致病性 ERCC4 等位基因相结合，已在几名 XPF 患者中报告，包括至少 2 名有神经系统体征的患者（Gregg 等人总结，2011）。

.0011 XFE PROGEROID 综合征
ERCC4、ARG799TRP
在一名患有 XFE 早衰综合征（XFEPS; 610965 ）的 35 岁女性中，Mori 等人（2018）确定了 ERCC4 基因中 2 个突变的复合杂合性：c.2395C-T 转换（c.2395C-T，NM_005236.2），导致 arg799 到 trp（R799W）取代，以及 5,656- bp 缺失（c.388+1164_792+795del；133520.0012），导致移码和提前终止密码子（Gly130AspfsTer18）。

.0012 XFE PROGEROID 综合征
ERCC4, 5,656-BP DEL
讨论 ERCC4 基因中的 5,656-bp 缺失（c.388+1164_792+795del, NM_005236.2），导致移码和过早终止密码子（Gly130AspfsTer18），在一名患有Mori 等人的XFE 早衰综合征（XFEPS; 610965 ）（2018），见133520.0011。