铁蛋白重链 1

铁储存蛋白铁蛋白是 24 个铁蛋白轻链（FTL; 134790 ）和铁蛋白重链（FTH1）亚基的复合物，其比例因不同细胞类型而异。FTH 亚基表现出氧化铁酶活性，将 Fe（2+）转化为 Fe（3+），因此铁可以储存在铁蛋白矿物核心中，从而防止 Fe（2+）与氧气发生不良反应。FTL 亚基没有催化活性，但被认为有助于铁中心的成核和矿化（Sammarco 等人的总结，2008 年）。

▼ 克隆与表达

默里等人（1987）证明大鼠具有单个 H 亚基基因。在 5 元非翻译区的帽区域附近，该亚基显示出 28 个核苷酸序列，该序列在人、牛蛙和鸡 H mRNA 中几乎完全保守，并且在大鼠和人 L 亚基 mRNA 中也忠实地呈现。该序列是参与已知的铁对两个亚基的翻译调节的主要候选者，铁通过使存在于胞质溶胶中的潜在 mRNA 变得与多核糖体相关并具有翻译活性来诱导亚基的合成。

亨茨等人（1986）分离了一个基因组噬菌体克隆，其中包含铁蛋白重链基因的全长拷贝。该基因的功能性通过小鼠成纤维细胞的瞬时转染子和稳定的转染子都主动转录人铁蛋白重链mRNA的事实得到证实。

▼ 基因结构

亨茨等人（1986）确定 FTH1 基因由 4 个外显子组成，跨度约为 3 kb。

从基因组分析，使用 cDNA 克隆，Boyd 等人（1984）得出结论，铁蛋白重链要么由多基因家族编码，要么该基因具有异常大量的外显子。

法涅洛等人（2006）总结了 FTH1 基因的主要调控元件。他们注意到 FTH1 的启动子区域跨越转录起始位点上游约 150 bp。启动子在位置-132 有一个A 框，在位置-62 有一个B 框。A 框是 SP1（ 189906 ）识别的规范 GC 框。B 框是由 B 框结合因子（Bbf）识别的倒置 CAAT 框，B 框结合因子是一种包含三聚体转录因子 NFY（参见 NFYB，189904）、EP300（602700）和 P/CAF（KAT2B；602303 ）。

▼ 测绘

通过研究仓鼠-人类和小鼠-人类杂交细胞，其中一些易位涉及 19 号染色体，Worwood 等人（1985）得出结论，铁蛋白的轻亚基（富含人类脾脏铁蛋白）由 19q13.3-qter 片段中的一个基因编码，而重亚基（富含人类心脏铁蛋白）的基因位于 11 号染色体上。

通过研究从啮齿动物-人类细胞杂交体中提取的 DNA，Cragg 等人（1985）在至少 8 条染色体上发现了与人类铁蛋白 H 亚基探针同源的序列：1、2、3、6p21-6cen、11、14、20 和 Xq23-Xqter。只有 11 号染色体上的基因似乎在这些杂种中表达。

亨茨等人（1986）通过分析啮齿动物-人类细胞杂交体的基因组 DNA，将人类 FTH1 基因分配给 11 号染色体。

加蒂等人（1987）得出结论，重亚基家族包括 15 到 20 个基因或假基因，轻亚基家族至少包括 3 个基因。他们证实并将重亚基“基因”的染色体定位扩展到染色体 1-6、8、9、11、13、14、17 和 X。他们鉴定并表征了位于 3 号染色体上的 FTH 的 BamHI RFLP。鉴定出两个等位基因，计算多态信息含量为0.34。加蒂等人（1987）讨论了与分散基因家族的许多离散成员杂交的基因家族探针与脉冲或反向场凝胶一起用于筛选大量特定基因组区域的微缺失的可能性。

Yachou 等人使用原位杂交（1991）证明小鼠铁蛋白 H 相关序列对应到小鼠染色体 3、6 和 19。同线性同源性表明 19 号染色体序列对应于结构 H 基因。亚周等人（1991）证明铁蛋白 H 代表一个多基因家族，它是多态性的，并且在小鼠 19 号染色体上与人类 11q 号染色体保守同线性的区域中存在单个多等位基因功能基因。理查德等人（1991）描述了 11q12-q13 的高分辨率辐射混合图，将 FTH1 置于 PGA 簇（见169710）和 COX8（123870）之间。在脉冲场凝胶电泳研究中，盖拉尼等人（1991）发现 C1NH（ 606860 ）和 FTH1 位于相同的小于或等于 48 kb 的 DNA 片段中。帕帕多普洛斯等人（1992）鉴定了第 11 号染色体上的第二个铁蛋白重链基因，FTH2，原位杂交表明它靠近 FTH1。这是否是一个功能基因仍有待确定。

Courseaux 等人（1996）使用多种方法来细化 11q13 大约 5-Mb 区域的地图。他们提出了如下基因顺序：cen--PGA--FTH1--UGB--AHNAK--ROM1--MDU1--CHRM1--COX8--EMK1--FKBP2--PLCB3--[PYGM, ZFM1]-- FAU--CAPN1--[MLK3，RELA]--FOSL1--SEA--CFL1--tel。

▼ 基因功能

吴等人（1999）证明 c-myc（ 190080 ）抑制铁蛋白-H 的表达。

范等人（2004）确定 FTH1，主要铁储存因子，作为核因子 kappa-B（ NFKB；参见164011 ）的抗氧化和保护活性的重要介质。他们确定 FTH1 在 NFκB 下游被诱导，并且是防止持续的 JNK（见601158）激活和因此由肿瘤坏死因子（TNF；191160）触发的细胞凋亡所必需的。FTH1 介导的 JNK 信号抑制依赖于抑制活性氧的积累，并通过铁螯合来实现。

在酵母中表达的人铁蛋白通常含有很少的铁，这导致Shi 等人（2008）假设不表达铁蛋白的酵母也可能缺乏将铁传递给铁蛋白所需的铁伴侣。Shi 等人在基因筛选中鉴定了在酵母中表达的人类基因，这些基因可以增加铁蛋白中的铁含量（2008）确定了 poly（rC）结合蛋白-1（PCBP1; 601209 ）。PCBP1 在体内与铁蛋白结合并结合铁并促进铁在体外加载到铁蛋白中。人体细胞中 PCBP1 的消耗抑制了铁蛋白铁的负载并增加了细胞溶质铁池。因此，Shi 等人（2008）得出结论，PCBP1 可以作为胞质铁伴侣在将铁输送到铁蛋白中发挥作用。

仅由 FHC 组成的铁蛋白可以循环并与各种细胞类型特异性且饱和地结合。Li 等人使用表达克隆和蛋白质相互作用分析（2010）发现转铁蛋白受体 1（TFR1; 190010 ）直接与 FHC 结合，但不与 FTL 结合。FHC 与细胞表面上的 TFR1 结合导致内吞作用和 FHC 转移到内体和溶酶体。FHC-TFR1 相互作用被二铁转铁蛋白部分抑制，但不受 HFE 抑制（ 613609 ）。阻断 FHC 与 TFR1 结合的抑制性抗体显示，TFR1 是 FHC 与细胞结合的主要原因，包括丝裂原活化淋巴细胞和循环视网膜细胞。

曼西亚斯等人（2014）使用定量蛋白质组学来鉴定人类细胞中一组新的和已知的富含自噬体的蛋白质，包括货物受体。与已知的货物受体一样，核受体共激活因子 4（NCOA4；601984 ）在自噬体中高度富集，并与自噬 8（ATG8）相关蛋白相关，这些蛋白将货物受体复合物募集到自噬体中（参见，例如，GABARAPL2, 607452） . 对 NCOA4 相关蛋白的无偏鉴定揭示了 FTH1 和铁蛋白轻链（FTL; 134790 ），它们是填充铁的笼状结构的组成部分，可保护细胞免受活性铁物质的侵害，但通过自噬降解以释放铁。曼西亚斯等人（2014）发现将铁蛋白输送到溶酶体需要 NCOA4，而 NCOA4 缺陷细胞无法降解铁蛋白导致细胞内生物可利用铁减少。曼西亚斯等人（2014 年）得出结论，他们的工作将 NCOA4 确定为铁蛋白自噬转换（ferritinophagy）的选择性货物受体，这对铁稳态至关重要，并为进一步剖析自噬体货物受体连接提供了资源。

有关铁蛋白的综述，包括它们的分子特性、铁储存功能和细胞调节，请参见Harrison 和 Arosio（1996）。

▼ 分子遗传学

H- 和 L- 铁蛋白亚基的合成由一种常见的胞质蛋白铁调节蛋白（IRP）控制，该蛋白与 H- 和 L 的 5 素非翻译区中的铁反应元件（IRE）结合-铁蛋白 mRNA（Leibold 和 Munro，1988 年；Eisenstein，2000 年）。在受显性遗传铁超载影响的日本家庭的 7 名成员中，有 4 名是Kato 等人（2001）发现了一个单点突变（ 134770.0001）在 H-铁蛋白 mRNA 的 IRE 基序中。凝胶迁移率测定和 Scatchard 图分析表明，突变的 IRE 探针对 IRP 的结合亲和力高于野生型探针。当突变的 H 亚基在 COS-1 细胞中过表达时，观察到 H 亚基合成的抑制和放射性标记的铁摄取的增加。这些数据表明，H 亚基 IRE 中的点突变是组织铁沉积的原因，并且是遗传性铁过载的新原因，最可能与 H 亚基产生的亚铁氧化物酶活性受损有关。

使用单链构象多态性分析，Faniello 等人（2006）分析了来自 100 名意大利南部健康个体的 FTH1 基因启动子区域的外周血淋巴细胞 DNA 片段。他们确定了 3 个无关个体携带 1 个 -69G-T SNP 等位基因。其中两个人已婚，他们的后代在两个等位基因上都带有 T。报告基因分析显示，与 G 等位基因相比，具有 T 等位基因的样品中铁蛋白启动子的表达减少。-69G 等位基因在与 -69T 等位基因竞争结合 Bbf 复合物的交叉竞争分析中明显更有效。-69TT、-69GT 和 -69GG 样品的实时 PCR 分析显示，随着 T 等位基因剂量的增加，H-铁蛋白 mRNA 的稳态量呈剂量依赖性降低。

▼ 动物模型

费雷拉等人（2000）通过同源重组破坏了小鼠中的 H-铁蛋白基因。杂合子小鼠是健康的、可生育的，并且与它们的对照同窝小鼠没有显着差异。然而，Fth -/- 胚胎在发育 3.5 到 9.5 天之间死亡，这表明 2 个铁蛋白亚基之间没有功能冗余，并且在没有 H 亚基的情况下，L-铁蛋白均聚物不能在生物可利用且无毒的形式。野生型 Fth 基因在 9.5 天胚胎中的表达模式仅限于发育中的心脏和中枢神经系统。

Ferreira 等人对 H-铁蛋白敲除小鼠的分析结果（2001）提出了一种可能性，即 H-铁蛋白表达降低可能是在没有铁过载的情况下导致无法解释的人类高铁蛋白血症病例的可能性，其中遗传性高铁蛋白血症-白内障综合征（ 600886 ）已被排除在外。杂合 H-铁蛋白敲除小鼠的组织 L-铁蛋白含量略有升高，血清中的 L-铁蛋白比正常小鼠高 7 至 10 倍，但其血清铁保持不变。来自剩余等位基因的 H-铁蛋白合成没有上调。

长谷川等人（2013）创造了表达人类 H-铁蛋白（HF-tg）的转基因小鼠。HF-tg 小鼠存活并正常繁殖，但它们表现出生长迟缓和暂时无毛表型。HF-tg 小鼠最终达到正常体重，其血清铁浓度和血液参数，如血红蛋白和红细胞计数，与野生型相当。HF-tg 小鼠在 3 至 5 周龄时开始出现暂时性脱发，躯干脱毛，但头部或面部没有脱毛。虽然最初的毛发发育正常，表皮分化基本未改变，但 HF-tg 皮肤在无毛期表现为增生伴角化过度、毛囊扩张、毛干弯曲和角质碎屑，持续约 1 至 2 周。

▼ 历史

肝脾铁蛋白主要含有L亚基。肝脏或脾脏铁蛋白的抗体不可能检测到仅含有 H 亚基的铁蛋白。这可以解释Caskey 等人的结论（1983）这两个亚基都由 19 号染色体编码。心脏铁蛋白含有大量的 H 亚基（根据Costanzo 等人（1986）的说法，两种类型的脱铁铁蛋白亚基分别被指定为心脏和肝脏的 H 和 L。）与铁蛋白的重链和轻链均由 19 号染色体编码的早期印象相反，麦吉尔等人（1984）通过原位杂交将 L 基因定位到 19（如前所述）和 H 基因定位到 1p。

使用Boyd 等人的重链探针（1984），优素福等人（1988）得出结论，一个 FTH 基因位于 1q32.3-q42.3 片段中。在该片段缺失的患者中，观察到与 FTH 探针的杂交信号减弱。该基因可能是无功能的（即，假基因）。

▼ 等位基因变体（ 1 示例）：

.0001 血色病，5 型（1 个家族）
FTH1, +49A-T, 5-PRIME UTR
加藤等人（2001）研究了一个日本家庭分离常染色体显性原发性铁过载（HFE5; 615517 ）。先证者是一名 56 岁的女性，她偶然发现铁超负荷。一名兄弟、2 名姐妹和其中 1 名姐妹的女儿受到影响。3 名受影响同胞的父亲已去世；母亲显然没有受到影响。在排除了铁过载的其他原因后，他们对 H- 和 L- 铁蛋白 cDNA 进行了测序。在 H 亚基 mRNA 序列中，他们在 5 碱基 IRE 环序列的第二个残基中，从转录起始位点的第 49 位发现了一个杂合的单 A 到 U 转换。在 4 名受影响的家庭成员的基因组 DNA 中发现了突变，但在 42 名无关的正常受试者中没有发现。