聚合酶，金伯利型脊椎骨骺发育不良

蛋白聚糖是软骨细胞外基质的主要成分。聚集蛋白聚糖中糖胺聚糖侧链取代的程度和由此产生的固定电荷密度吸引反离子和水，从而产生对软骨的生物力学特性至关重要的膨胀压力（Day 等，2004）。

▼ 克隆与表达

Baldwin 等人使用基于大鼠和鸡 Acan 的引物对人胎儿软骨 cDNA 文库进行 PCR（1989）获得了部分 ACAN 克隆。推导的蛋白质包含一个 EGF（ 131530 ） 样序列，后跟一个 C 端凝集素样结构域。ACAN 还包含许多 ser-gly 对，它们是 O-连接糖附着的潜在位点。C-末端凝集素样结构域在人类、鸡和大鼠之间高度保守，但其他元素在物种之间存在显着差异。鲍德温等人（1989）还鉴定了一种 ACAN 剪接变体，它编码缺乏 EGF 样序列的同种型。

多格等人（1990）克隆了硫酸软骨素蛋白聚糖核心蛋白或聚集蛋白聚糖的 cDNA，并对 2 个不同的亚克隆进行了测序。

Doege 等人使用大鼠 Acan 筛选人肋软骨软骨细胞 cDNA 文库，然后对距骨关节软骨软骨细胞 mRNA 进行 RT-PCR（1991）获得了全长 ACAN 克隆。推导的 2,316 个氨基酸蛋白具有 N 端信号序列、2 个球状结构域（G1 和 G2）由球状结构域分隔、推定的硫酸角质素附着结构域（KS）、2 个硫酸软骨素附着区域（CS1 和 CS2）包含许多 ser-gly 对和一个 C 末端球状结构域（G3）。人 ACAN 包含 2 个在大鼠 Acan 中未发现的重复区域：KS 结构域中有 11 个 6 氨基酸序列重复，CS1 结构域中有 19 个 19 氨基酸序列重复。多格等人（1991）注意到选择性剪接在 ACAN 蛋白的 G3 结构域内引入了编码 EGF 样结构域和/或补体调节蛋白（CRP） 样结构域的区域。这两个区域都存在于Baldwin 等人报道的部分 ACAN 克隆中（1989），但它们在Doege 等人报道的克隆中不存在（1991 年）。Doege 等人对胎儿和幼年人软骨的 PCR 分析（1991）表明大多数 ACAN 转录物缺乏 EGF 样结构域和 CRP 样结构域的编码区。

天等人（2004）注意到全长 ACAN 的 G3 结构域包含一个 EGF 模块，然后是一个钙结合 EGF 模块（EGF2）、一个 C 型凝集素模块和一个 CRP 样模块（SCR）。编码 C 型凝集素模块的序列存在于所有 ACAN 变体中，而编码 EGF1、EGF2 和 SCR 的序列是交替剪接的。天等人（2004）指出，无论年龄大小，SCR 通常存在于人类中，而 EGF1 和 EGF2 的表达程度较低。

▼ 基因结构

ACAN 基因包含 19 个外显子，第一个是非编码外显子，通过一个 13 kb 的内含子与外显子 2 到 19 分开（Valhmu 等，1995）。

▼ 测绘

通过荧光原位杂交，Korenberg 等人（1993）将 ACAN 基因定位到染色体 15q26，最有可能位于 15q26.1 的亚区。他们预测小鼠同源物可能位于小鼠 7 号染色体的中间部分，并指出隐性小鼠突变体 skt（“小尾巴”）映射在该区域内（Lane，1988 年）。这种突变导致体积小和骨骼异常；聚集蛋白聚糖基因可能是突变位点的候选者。

只是等人（1993）同样通过原位杂交将人聚集蛋白聚糖基因定位到 15q25-q26.2。在常染色体隐性基因 cmd（软骨基质缺陷）纯合子小鼠的软骨中观察到大蛋白多糖核心蛋白的缺失（Kimata 等，1981）。该突变定位于小鼠第 7 号染色体，靠近线粒体异柠檬酸脱氢酶（Idh2） 基因，其同源物 IDH2（ 147650 ） 在 15q 上。因此，聚集蛋白聚糖可能是受 cmd 突变影响的基因，并且可能是人类骨骼发育不良中突变位点的候选者。

▼ 基因功能

Day 等人在固相结合分析中使用重组人聚集蛋白聚糖 G3 结构域的不同剪接变体与几种聚集蛋白聚糖配体（2004）发现所有含有 C 型凝集素结构域的 G3 同种型都显示出与啮齿动物或人生腱蛋白 C（TNC; 187380 ）、生腱蛋白 R（TNR; 601995 ） 和 fibulin-2（FBLN2; 135821 ） 的钙依赖性结合，尽管它们的结合亲和力不同。缺乏凝集素样结构域的异构体不结合任何配体。包括 EGF 基序和 SCR 模块的同工型也结合 fibulin-1（FBLN1; 135820 ） 并显示出对其他配体的显着更高的结合亲和力。

伊利奇等人（2007）表明，视黄酸和 IL1-α（ 147760 ） 刺激了培养的小鼠软骨中聚集蛋白聚糖的损失，随后在培养基中检测到聚集蛋白聚糖片段。Adamts5（ 605007 ） 是负责释放聚集蛋白聚糖片段的主要聚集蛋白聚糖酶，Adamts4（ 603876 ）也可能产生较弱的活性。用视黄酸而不是 IL1-α 刺激缺乏活性 Adamts5 和 Adamts4 的突变软骨导致完整的蛋白聚糖和加工不良的蛋白聚糖片段分泌到培养基中。伊利奇等人（2007）得出结论，软骨细胞具有非蛋白水解和蛋白水解机制来控制聚集蛋白聚糖水平和维持软骨稳态。

科尔斯等人（2011）报道 RPTP-σ，也称为 PTPRS（ 601576 ），在感觉神经元延伸中双峰作用，介导 CSPG 抑制和 HSPG（ 142460 ） 生长促进。共享 HSPG-CSPG 结合位点的晶体学分析揭示了一种构象可塑性，可容纳具有相似亲和力的多种糖胺聚糖。硫酸乙酰肝素和类似物在溶液中诱导 RPTP-σ 胞外域寡聚化，而硫酸软骨素可抑制这种寡聚化。RPTP-σ 和 HSPGs 共定位于培养中感觉神经元的斑点中，而 CSPGs 占据细胞外基质。科尔斯等人（2011） 得出的结论是，他们的结果导致了一个模型，其中蛋白聚糖可以通过竞争控制共同受体的寡聚化对神经元延伸产生相反的影响。

▼ 分子遗传学

脊椎骨骺发育不良，金伯利型

脊椎骨骺发育不良包括一组异质的骨骼发育不良，其特征是躯干和四肢的缩短。常染色体显性遗传的金伯利型 SED（SEDK; 608361 ），在一个多代的南非英国血统家庭中发现，与过早退行性关节病有关。安德森等人（1990）排除了 SEDK 与 COL2A1 基因座（ 120140 ） 的联系，COL2A1 基因座是引起其他几种 SED 形式的突变位点。ACAN 基因被认为是 SEDK 的强候选基因，因为它对应到相同的区域，并且因为 ACAN 突变导致小鼠和小鸡出现软骨发育不良。在Anderson 等人报道的 SEDK 家族中（1990） ,格莱霍恩等人（2005）筛选了 ACAN 的突变，并确定了受影响个体中外显子 12（ 155760.0001 ）可变重复区域内单碱基对插入的杂合性。插入引入了 212 个氨基酸的移码，包括 22 个半胱氨酸残基，随后是过早终止密码子。这一发现代表了对导致人类疾病的 ACAN 突变的首次鉴定，并扩展了可能导致 SED 的突变基因谱。

脊柱骨骺端发育不良，聚集蛋白聚糖型

在 3 名患有蛋白聚糖型常染色体隐性遗传性脊柱骨骺端发育不良的同胞中（SEMDAG; 612813 ），汤普森等人（2009）确定了 ACAN 基因中 6799G-A 转换的纯合性，导致聚集蛋白聚糖 G3 结构域内的 C 型凝集素结构域中的 asp2267 到 asn（D2267N） 取代（ 155760.0002 ）。该突变与家族中的表型分离。

在一名 45 岁的 SEMDAG 男性中，Fukuhara 等人出生于非近亲父母（2019 年）确定了影响硫酸软骨素结构域的 ACAN 基因（S1687R、155760.0014和 V1380F、155760.0015）错义突变的复合杂合性。没有来自他父母的样本可用于分离分析。通过外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 ESP6500 或 1000 Genomes Project 数据库中不存在。

身材矮小和骨龄高，伴有或不伴有早发性骨关节炎和/或剥脱性骨软骨炎

在一个瑞典家庭分离常染色体显性遗传身材矮小，早发性关节炎，和剥脱性骨软骨炎（SSOAOD; 165800），最初由报道Stougaard（1964年），Stattin等（2010）在所有 19 个受影响的成员中发现了聚集蛋白聚糖 G3 结构域内的 C 型凝集素结构域中的杂合突变（V2303M; 155760.0003 ）。

Nilsson 等人在 3 个身材矮小和骨龄高的家庭中，患有多变的早发性骨关节炎（OA） 和剥脱性骨软骨炎（2014）确定了 ACAN 基因（ 155760.0004 - 155760.0006 ）中的杂合突变，这些突变与每个家族的疾病分离。作者指出，所有报道的杂合 ACAN 突变都导致相似严重程度的身材矮小，表明它们以相似的方式影响生长板软骨。然而，似乎只有一些突变会影响关节软骨并导致早发性 OA。他们注意到，在他们的一个家庭和Stattin 等人分析的家庭中（2010），其中 SSOAOD 与早发性 OA 相关，ACAN 变体是 C 型凝集素结构域中的错义突变（分别为 L2355P，155760.0006和 V2303M，155760.0003）。

Quintos 等人对一名 5.5 岁的亚裔/非裔美国男孩、他的母亲和他的外祖父进行了研究，他们身材矮小、骨龄提前和过早生长停止（2015）确定了 1-bp 缺失的杂合性（ 155760.0007 ）。在未受影响的父亲或兄弟或公共变异数据库中未发现该突变。

Gkourogianni 等人（2017）研究了来自 20 个家庭的 103 名患者的国际队列，包括最初由Stougaard（1964）、Nilsson 等人报道的家庭（2014）和Quintos 等人（2015 年），他们表现出身材矮小和过早生长停止，伴有或不伴有可变的早发性骨关节炎和剥脱性骨软骨炎，以及 ACAN 基因杂合突变（参见，例如，155760.0003 - 155760.0011） 已被识别。成人身高变异不大于一般人群，提示不同突变对最终身高的影响相似，早发性骨关节炎没有明显的基因型/表型相关性，提示额外的遗传和环境因素可能会改变对 OA 的易感性。

van der Steen 等人对来自 26 个身材矮小和骨龄高的家庭的 29 名荷兰儿童进行了队列研究（2017）对 ACAN 基因进行了测序，并确定了 3 个受累成员携带杂合突变的家族，其中包括 1 个家族，其中先证者表现出剥脱性骨软骨炎（见155760.0012）。ACAN 突变与其他特征相关，包括中面发育不全（p = 0.003）、关节问题（p = 0.010） 和宽大脚趾（p = 0.003）。

在一个身材矮小、骨龄高、面部中部轻度发育不全以及 1 名患者患有短指和另一名患者早发性腰椎间盘突出症的日本家庭中，Dateki 等人（2017）确定了 ACAN 基因中 1-bp 缺失的杂合性（ 155760.0013 ）。

腰椎间盘退变的易感性

川口等人（1999）证明了在 ACAN 外显子 12 内的硫酸软骨素附着结构域中较短的可变数量串联重复（VNTR） 区域与腰椎间盘退变之间存在关联（参见603932）。

▼ 动物模型

小鼠中的 cmd 突变是在哺乳动物中发现的第一个已知的蛋白多糖遗传疾病。渡边等人（1994）证明了聚集蛋白聚糖基因第 5 外显子中的 7-bp 缺失导致外显子 6 中的过早终止密码子是小鼠 cmd 的原因。cmd 突变的杂合子在出生时显然是正常的。然而，渡边等人（1997）发现杂合子表现出 2 种特征性表型：轻微侏儒症和与年龄相关的过度前凸，脊柱弯曲的前凹。在 19 个月大时，这些动物表现出因颈椎错位导致的痉挛步态，并因饥饿而死亡。组织学检查显示椎间盘突出和退变的发生率很高。电子显微镜显示杂合子中的椎间盘软骨细胞退化。渡边等人（1997）提出聚集蛋白聚糖的突变可能在患有脊柱退化的人类身上得到证实。

德克斯特牛的斗牛犬侏儒症由于软骨发育不良导致不成比例的侏儒症。纯合子胎儿脊柱短，显着的小畸形，大腹疝，头部相对较大，口吻后缩，腭裂，舌头突出。斗牛犬胎儿在妊娠中期死亡并被流产。杂合子表现出较温和的侏儒症，最明显的是腿较短。卡瓦纳等人（2007）鉴定了 Acan 基因的外显子 11 中的 4-bp 插入和与斗牛犬侏儒症共同分离的 Acan 基因的外显子 1 中的第二个更罕见的转变。在来自牛杂合插入的软骨细胞中，突变的 mRNA 受到无义介导的衰减，仅显示 8% 的正常表达。全世界 Dexter 家系的基因分型显示该基因座的基因型和表型之间存在 1 对 1 的对应关系。

▼ 等位基因变体（ 15个精选示例）：

.0001 脊柱骨骺发育不良，KIMBERLEY 型（1 个家族）
ACAN，1-BP INS
在具有 SED 型金伯利（SEDK; 608361 ）的多代亲属的受影响成员中，Gleghorn 等人（2005）发现在 ACAN 基因外显子 12 的可变重复区域中插入单个 C 的杂合性。这种突变的预测效果将是移码，改变随后的 212 个氨基酸的序列（包括引入 21 个半胱氨酸残基），然后是过早的终止密码子。

.0002 脊柱外延发育不良，聚集蛋白聚糖型
ACAN, ASP2267ASN
在 3 名患有脊柱骨骺端发育不良型聚集蛋白聚糖（SEMDAG; 612813 ） 的墨西哥同胞中，汤普森等人（2009）鉴定了 ACAN 基因中 6799G-A 转换的纯合性，导致聚集蛋白聚糖 G3 结构域内的 C 型凝集素结构域中的 asp2267 到 asn 取代（D2267N）。未受影响的父母和未受影响的同胞是该突变的杂合子，在未受影响的半同胞或 240 个种族匹配的对照染色体中未发现该突变。哺乳动物细胞中正常和突变 G3 结构域的表达表明该突变产生了一个功能性 N-糖基化位点，但不会对蛋白质转移和分泌产生不利影响。表面等离子体共振研究表明，该突变影响了聚集蛋白聚糖 G3 结构域和生腱蛋白-C 之间相互作用的结合和动力学。

.0003 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎和骨软骨剥脱症
ACAN, VAL2417MET
在5代家族分离的常染色体显性身材矮小，早发骨关节炎，和剥脱性骨软骨炎（SSOAOD; 19名受影响的成员165800），最初由报道Stougaard（1964） ，Stattin等（2010 年）在 ACAN 基因（异构体 2）的第 17 外显子中发现了一个杂合的 6907G-A 转换（c.6907G-A，NM_013227.2），导致 val2303-to-met（VAL2303MET，V2303M）替代。所有未受影响的家庭成员和来自无关健康瑞典人的 230 条对照染色体均不存在该突变。突变发生在聚集蛋白聚糖 G3 结构域的 C 型凝集素结构域，它介导与软骨细胞外基质（ECM） 中其他蛋白质的相互作用。Stattin 等人（2010）表明突变蛋白中 G3 相互作用的丧失可能导致生长板中的 ECM 杂乱无章，从而导致受影响个体的长骨生长减少。

Gkourogianni 等人在患有 SSOAOD 的 6 代瑞典大家庭（6 号家庭）的受影响成员中（2017）确定了Stattin 等人先前检测到的 ACAN 基因中相同突变的杂合性（2010）在Stougaard（1964）描述的瑞典家庭中。Gkourogianni 等人（2017）将该突变指定为 c.7429G-A 转换（c.7429G-A, NM_013227.3），导致 val2417-to-met（V2417M） 替代，并指出该突变不存在于 ExAC数据库。他们表示，这第二个家庭可能代表了原始家庭的一个分支，因为他们来自瑞典北部的同一地区。

.0004 身材矮小和骨龄提前
ACAN，1-BP DEL，272A
在母亲和两个儿子（家族1）谁了身材矮小，显着先进的骨龄（SSOAOD; 165800），尼尔森等人（2014）确定了 ACAN 基因外显子 3 中 1 bp 缺失（c.272delA, NM_001135.3） 的杂合性，导致移码预测会导致密码子提前终止（Arg93AlafsTer41）。该突变与家族中的疾病分离。

.0005 身材矮小和骨龄提前
ACAN，IVS10，GA，+1
在一个14岁的女孩和她的母亲和外祖母（家庭2）谁了身材矮小和骨龄超前（SSOAOD; 165800），尼尔森等人（2014）确定了 ACAN 基因内含子 10 中剪接供体位点突变（c.2026+1G-A, NM_001135.3） 的杂合性。该突变与家族中的疾病分离。

.0006 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎和骨软骨剥脱症
ACAN, LEU2355PRO
在超过3代家族的（家族3）与身材矮小和先进的骨龄，早发骨关节炎和软骨炎5个受影响的成员（SSOAOD; 165800），Nilsson等（2014）确定了 ACAN 基因外显子 14 中 c.7064T-C 转换（c.7064T-C, NM_001135.3） 的杂合性，导致 leu2355-to-pro（L2355P） 取代在高度保守的残基处C 型凝集素结构域（CLD）。该突变与家族中的疾病分离。

.0007 身材矮小和骨龄提前
ACAN，1-BP DEL，5391G
在5.5岁的亚洲/非洲裔美国人的男孩，他的母亲和他的外祖父谁了身材矮小，明显骨龄超前，过早停止生长（SSOAOD; 165800），QUINTOS等（2015 年）确定了 ACAN 基因外显子 12 中 1 bp 缺失（c.5391delG，NM_013227.3）的杂合性，导致预计会导致蛋白质过早终止的移码（Gly1797GlyfsTer52）。在他未受影响的父亲或兄弟中，或在 1000 Genomes Project 或 NHLBI ESP6500 Exome Variant Server 数据库中未发现该突变。尽管受影响的母亲否认有关节炎病史，但她的膝关节内有“骨碎片”，通过关节镜检查切除，并表现出骶髂关节炎症。

.0008 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎
ACAN, GLU1553TER
在4代家族（家庭9）谁了身材矮小和骨龄超前，早发性关节炎和轻度面部畸形的受影响的成员（SSOAOD; 165800），Gkourogianni等（2017）确定了 ACAN 基因中 c.4657G-T 颠换（c.4657G-T, NM_013227.3） 的杂合性，导致糖胺聚糖附着区的 CS1 结构域内出现 glu1553-to-ter（E1553X） 取代.该突变与家族中的疾病分离，在 ExAC 数据库中未发现。

.0009 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎
ACAN, TRP75ARG
在母亲和她的儿子和女儿（12家）谁了身材矮小，显着先进的骨龄，早发性关节炎和椎间盘疾病（SSOAOD; 165800），Gkourogianni等（2017）确定了 ACAN 基因中 c.223T-C 转换（c.223T-C, NM_013227.3） 的杂合性，导致 G1 球状结构域内的 trp75 到 arg（W75R） 取代。该突变与家族中的疾病分离，在 ExAC 数据库中未发现。

.0010 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎
ACAN，1-BP DEL，1425A
在一个父亲，2个儿子，和2个孙子（家族14）与身材矮小，先进骨龄，和早发性关节炎（SSOAOD; 165800），Gkourogianni等（2017）确定了 ACAN 基因中 1 bp 缺失（c.1425delA, NM_013227.3） 的杂合性，导致移码预测会导致 G2 球状结构域内的过早终止密码子（Val478SerfsTer）。该突变与家族中的疾病分离，在 ExAC 数据库中未发现。

.0011 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎
ACAN, TRP2401TER
在一个父亲和2个女儿（家族19）与身材矮小，先进骨龄，和早发性关节炎（SSOAOD; 165800），Gkourogianni等（2017）确定了 ACAN 基因中 c.7203G-A 转换（c.7203G-A, NM_013227.3） 的杂合性，导致 C 型凝集素结合域内的 trp2401-to-ter（W2401X） 取代（CLD） G3 球状结构域。该突变与家族中的疾病分离，在 ExAC 数据库中未发现。

.0012 身材矮小和骨龄提前，伴有早发性骨关节炎和骨软骨剥脱症
ACAN，GLN2364TER
在14岁的荷兰男孩（系列B）与身材矮小，骨龄超前，和剥脱性骨软骨炎在两个膝盖（SSOAOD; 165800），以及他的受影响的母亲，舅舅和外婆，谁短展出身材和骨关节炎，van der Steen 等人（2017）确定了 ACAN 基因中 c.7090C-T 转换的杂合性。范德斯蒂恩等人（2017）指出，先证者的母亲和舅舅携带 2 个额外的 ACAN 突变，N658S 和 G1807R。然而，错义突变无法在外祖父身上进行测试，外祖父也有身材矮小（-4.1 SDS）和颈部和脊椎骨关节炎，因为他已经死了。

达基等人（2017）将此无义突变指定为 c.7090T-C（c.7090T-C, NM_013227.3），导致 gln2364-to-ter（Q2364X） 替换。

.0013 身材矮小和骨龄提前
ACAN，1-BP DEL，1744T
在超过2代日本家族矮小身材，先进的骨龄和轻度面中部发育不全的4个受影响的成员（SSOAOD; 165800），Dateki等（2017 年）确定了 ACAN 基因外显子 10 中 1 bp 缺失（c.1744delT，NM_013227.3）的杂合性，导致预计会导致过早终止密码子（Phe582fsTer69）的移码。受影响的母亲有严重的腰痛，并在 10 岁时被诊断出患有多发性腰椎间盘突出症，但在其他关节内或周围没有任何症状。

.0014 脊柱外延发育不良，聚集蛋白聚糖型
ACAN, VAL1380PHE
Fukuhara 等人的研究是一名 45 岁男性，患有聚集型脊柱骨骺端发育不良（SEMDAG; 612813 ），他是非近亲父母所生（2019）确定了 ACAN 基因错义突变的复合杂合性：c.4138G-T 颠换导致 val1380-to-phe（V1380F） 替换，以及 c.5061T-A 颠换导致 ser1687-to- arg（S1687R; 155760.0015 ） 替换。两种突变都发生在硫酸软骨素结构域的保守残基上。他父母的 DNA 无法用于分离分析。通过外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 ESP6500 或 1000 Genomes Project 数据库中不存在。

.0015 脊椎外延发育不良，聚集蛋白聚糖型
ACAN，SER1687ARG
讨论 ACAN 基因中的 c.5061T-A 颠换，导致 ser1687 到 arg（S1687R） 取代，这在患有 aggregan 型脊椎上端干骺端发育不良（SEMDAG; 612813 ）的患者中以复合杂合状态发现由福原等人（2019），见155760.0014。