身材矮小，小头畸形和内分泌功能障碍

真核生物利用至少两种途径修复DNA双链断裂：同源重组和非同源末端连接（NHEJ）。NHEJ的核心机制包括XRCC4，DNA连接酶IV（LIG4; 601837）和DNA依赖性蛋白激酶复合物，该复合物由DNA末端结合Ku70（G22P1; 152690）/ Ku80（XRCC5; 194364）异二聚体和亚基PRKDC（600899）（Mari等，2006）。

细胞遗传学位置：5q14.2
基因座标（GRCh38）：5：83,077,408-83,370,332

▼ 克隆和表达
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XR-1是中国仓鼠卵巢细胞突变体，对细胞周期的G1部分中的伽玛射线杀死异常敏感，但在S期后期对伽玛射线的伤害具有几乎正常的抵抗力。这种细胞周期敏感性与突变体无法修复由电离辐射（IR）和限制酶产生的DNA双链断裂有关。Giaccia等（1990）鉴定了一个人基因在5号染色体上生化恢复仓鼠缺陷到伽马射线和博来霉素抵抗的野生型水平，以及恢复它的能力来修复DNA双链断裂。他们将基因命名为XRCC4。

▼ 测绘
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在研究XR-1与人类成纤维细胞之间形成的体细胞杂种时，Giaccia等人（J.Med.Chem.Soc。，2006，53，1937）（1990）通过染色体分离分析将人类互补基因XRCC4定位于5号染色体。Otevrel和Stamato（1995）通过基于含有人染色体5片段的伽玛射线抗性人：XR-1仓鼠杂交细胞系的研究，将XRCC4基因定位于5q13-q14，该细胞系与伽玛射线敏感的XR-1突变细胞融合。在用氨基糖苷G418进行选择后，总共76个杂种中有2个保留了野生型伽马射线抗性。使用来自2种抗性杂种的DNA作为探针，对正常人淋巴细胞进行荧光原位杂交分析产生了一个常见的5q13-q14杂交区域。该基因在物理上位于D5S427和D5S401微卫星标记之间，并且使用仓鼠/人杂种在人类5号染色体中包含已知的缺失来确认细胞学分配。

▼ 基因功能
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Li等（1995）证明人XRCC4基因恢复DNA双链断裂修理和支持在XR-1 CHO细胞系中瞬时引入的底物的V（D）J重组的能力。他们显示相应的基因在XR-1细胞中缺失。XRCC4编码普遍表达的产物。

Mari等人使用仓鼠细胞（2006年）表明，DNA末端的Ku异二聚体与溶液中的Ku70 / Ku80处于动态平衡状态，这表明NHEJ复合物的形成是可逆的。DNA双链断裂上XRCC4的积累取决于Ku70 / Ku80的存在，而不取决于PRKDC。Mari等（2006年）发现XRCC4与Ku70直接相互作用，他们假设XRCC4是Ku70 / Ku80与LIG4之间的柔性连接。

严等（2007年）评估了经典的NHEJ途径是否对类开关重组（CSR）至关重要，方法是分析Xrcc4或Lig4（601837）缺陷的小鼠B细胞中的CSR 。经典NHEJ确实催化了CSR的加入，因为经典NHEJ缺陷的B细胞具有降低的CSR和大量IgH基因座（147100）染色体断裂。但是，另一种明显偏向微同源连接的末端连接途径在经典的NHEJ缺陷B细胞中以出乎意料的健壮水平支持CSR。在没有经典NHEJ的情况下，这种替代的末端连接途径也经常将IgH基因座断裂连接至其他染色体以产生易位。

Guirouilh-Barbat等（2007）研究了Xrcc4-和Ku80-null XR-1 CHO细胞中的NHEJ，并显示了这些突变的作用差异。由于使用双链断裂远端的微同源性，Xrcc4-null细胞中存在显着的末端连接，但NHEJ的效率却降低了。相反，敲除Ku80几乎不会影响末端连接的效率。然而，在两种突变细胞系中，末端连接的准确性均降低。Guirouilh-Barbat等（2007年）得出结论，KU80 / XRCC4途径是保守的，可以容纳有限互补的末端，但诱变作用有限。

Brouwer等人使用双阱和四阱光镊与荧光显微镜相结合（2016）证明了人类XRCC4，XLF（611290）和XRCC4-XLF复合物如何与DNA实时相互作用。Brouwer等（2016）发现XLF刺激XRCC4与DNA结合，形成异聚复合物，沿DNA迅速扩散。此外，作者发现XRCC4-XLF复合物牢固地桥接2个孤立的DNA分子，并且这些桥能够沿着DNA滑动。这些观察结果表明，XRCC4-XLF复合物在DNA周围形成可移动的套筒状结构，可以非常快速地重新连接断裂的末端并将其固定在一起。Brouwer等（2016年） 得出的结论是，了解这种机制的动力学和调控机制将有助于弄清NHEJ蛋白如何参与产生染色体易位。

▼ 分子遗传学
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Shaheen等人在一个身高矮小且头畸形的4岁沙特阿拉伯女孩中（SSMED; 616541）（2014）确定了XRCC4基因错义突变的纯合性（W43R; 194363.0001）。

Murray等（2015年）分析了一组208名被诊断为小头原发性侏儒症的患者的外显子组测序数据，并确定了沙特阿拉伯矮小，小头畸形和淋巴细胞减少症男孩的XRCC4 W43R突变纯合性。在该队列确定的化合物的杂合基因XRCC4的重新测序从4个科（在5名患者截断突变194363.0002 - 194363.0006）。所有突变在各自家族中均与疾病隔离。

Bee等人在身高矮小，认知障碍，性腺功能亢进，性腺机能减退，共济失调和扩张型心肌病的50岁意大利双胞胎中，Bee等人（2015年）进行了全外显子组测序，并确定了以前报道的XRCC4基因中的R225X突变的纯合性（194363.0005）。

de Bruin等人在智利乡村的一个身材矮小，小头畸形，性腺功能亢进的性腺机能减退和早发代谢综合征的兄弟姐妹中（2015年）确定了XRCC4基因错义突变的纯合性（D82E；194363.0007），与家庭中的疾病隔离。

Rosin等在3个身材矮小，小头畸形和轻度发育迟缓的土耳其兄弟中（2015）确定XRCC4（R161Q; 194363.0008）的一个错义突变的纯合性，该突变被发现导致剪接缺陷。在一个受类似影响的瑞士女孩中，他们确定了两个以前报道的XRCC4突变，一个1 bp的缺失（c.25delC; 194363.0002）和一个无意义的突变（R275X; 194363.0003）的复合杂合性。

郭等人在一个身材矮小，小头畸形，甲状腺功能低下，糖尿病和进行性共济失调的女性中（2015）在XRCC4中确定了R225X突变（194363.0005）和1 bp缺失（c.760delG; 194363.0009）的化合物杂合性。患者细胞中的功能分析表明双链断裂修复存在明显缺陷，但有效的V（D）J重组。郭等（2015年）得出的结论是，这代表了一种影响表型的分离，其中辐射诱导的双链断裂修复的明显缺陷可以与有缺陷的V（D）J重组脱钩。

▼ 动物模型
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为了表征XRCC4的体内作用，Gao等（1998）通过基因靶向突变使小鼠的XRCC4基因失活。他们表明，原代鼠细胞中的XRCC4缺乏会导致生长缺陷，过早衰老，IR敏感性以及无法支持V（D）J重组。在小鼠中，XRCC4缺乏会导致晚期胚胎致死性，并伴有淋巴生成不良和神经生成不良，表现为新生的有丝分裂后神经元细胞广泛的凋亡死亡。他们还发现了缺乏DNA连接酶IV（601837）（一种与XRCC4相关的蛋白）的胚胎中类似的神经元发育缺陷。这些发现表明，分化淋巴细胞和神经元严格需要XRCC4和DNA连接酶IV末端连接蛋白。

高等（2000）繁殖纯合p53（191170）缺乏症的小鼠和杂合子XRCC4缺乏症的纯合小鼠，以产生双重纯合小鼠。p53缺乏症拯救了XRCC4缺乏表型的几个方面，包括胚胎致死率，神经元凋亡和受损的细胞增殖。但是，没有明显的挽救受损的V（D）J重组或淋巴细胞发育。尽管p53缺乏症使XRCC4缺乏症小鼠的出生后存活，但它们通常会屈服于前B细胞淋巴瘤，后者的染色体易位与扩增的c-myc癌基因（190080）和IgH基因座相关（见147100））序列。而且，即使缺乏XRCC4的胚胎成纤维细胞也表现出明显的基因组不稳定性，包括染色体易位。高等（2000年）得出结论，他们的发现支持非同源末端连接途径作为哺乳动物基因组的看守者，这是正常发育和抑制肿瘤所必需的作用。XRCC4-/-p53-/-小鼠的肿瘤易感性表型与p53-/-小鼠的肿瘤易感性表型相反，后者发展为在以后生命中缺乏易位的前T细胞淋巴瘤。

Wang等（2008年）发现在p53基因缺陷的外周血B细胞中Xrcc4的条件缺失导致表面Ig阴性的B细胞淋巴瘤。这些淋巴瘤经常带有将IgH融合到Myc上的相互染色体易位，以及涉及IgK或IgL的大染色体缺失或易位，而后者将IgL融合到癌基因或IgH上。Wang等（2008年）得出结论，XRCC4和p53缺陷型pro-B淋巴瘤通常通过基因扩增激活MYC，而XRCC4和p53缺陷型外周B细胞淋巴瘤通常异位激活MYC的单个拷贝。

▼ 等位基因变异体（9个示例）：
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.0001身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，TRP43ARG
Shaheen等在一个4岁的沙特阿拉伯女孩中，该女孩身材矮小，头畸形（SSMED; 616541）（2014年）确定了XRCC4基因中c.127T-C过渡（c.127T-C，NM_003401.3）的纯合性，导致在高度保守的残基处出现trp43-arg（W43R）取代。XRCC4缺乏的成纤维细胞的功能分析表明，电离辐射后DNA损伤修复受到严重损害。

Murray等在一个身材矮小，极端小头畸形和淋巴细胞减少症的沙特阿拉伯男孩中（2015年）确定了W43R突变的纯合性，该突变位于XRCC4基因的头部结构域内。据报道，该突变与家族中的疾病隔离，在对照组中等位基因频率为3.3 x 10（-5），在ExAC数据库中未检测到纯合子。重组XRCC4在大肠杆菌细胞中的表达和纯化表明，与野生型相比，W43R取代大大降低了蛋白质溶解度，并且XRCC4突变体更易于降解。圆二色性光谱分析表明，尽管突变蛋白被折叠，但它与野生型不同。然而，由于与野生型相比，体外连接试验未发现该突变体的连接效率有任何显着降低，Murray等人（2015年）结论是W43R取代比直接影响XRCC4功能更可能影响蛋白质稳定性。患者成纤维细胞的免疫印迹显示XRCC4以及XLF（NHEJ1; 611290）和LIG4（601837）的水平大大降低，这表明XRCC4的降低影响了整个复合物的稳定性。

在涉及各种XRCC4突变对双链断裂修复的影响的互补实验中，Guo等（2015年）观察到W43R突变体与c.760delG突变体（194363.0009）表达时几乎没有互补。他们得出结论，W43R突变会损害XRCC4功能。

.0002身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，1-BP DEL，25℃
在来自3个身材矮小和小头畸形（SSMED; 616541）的家庭的4个孩子中，Murray等人（2015年）确定了XRCC4基因2个突变的化合物杂合性：1 bp缺失（c.25delC，NM_022550.2），预计会导致过早的终止密码子（His9ThrfsTer8），以及另一个截短的突变。两个意大利兄弟和一个9岁的法国男孩在第二个等位基因上进行了c.823C-T转换，导致arg275-to-ter（R275X; 194363.0003）取代，而一个21个月大的男孩来自。英国在第二个等位基因的外显子2（194363.0004）中涉及一个剪接受体的c.-10-1G-T 转化。英国患者的成纤维细胞免疫印迹显示XRCC4和LIG4显着降低（601837）级别。

Rosin等人在一个身高矮小，头畸形的14岁瑞士女孩中（2015年）确定了XRCC4基因中c.25delC和R275X突变的化合物杂合性。她的父母每个都是1个突变的杂合子。

.0003身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，ARG275TER
为了讨论XRCC4基因中的c.823C-T过渡（c.823C-T，NM_022550.2），导致arg275-to-ter（R275X）取代，这在SSMED患者中以复合杂合状态存在（616541）由Murray等人（2015）和Rosin等（2015），请参阅194363.0002。

.0004身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，IVS1AS，GT，-1
为了讨论XRCC4基因第2外显子中c.-10-1G-T的颠换（c.-10-1G-T，NM_022550.2），该基因在一个21个月大的男孩中以复合杂合状态发现英国人，身材矮小，小头畸形（SSMD; 616541）（2015），请参阅194363.0002。

.0005身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，ARG225TER
在一个4岁的摩洛哥男孩中，他身材矮小，小头畸形（SSMED; 616541），Murray等人（2015年）确定了XRCC4基因中2个无义突变的化合物杂合性：c.673C-T过渡（c.673C-T，NM_022550.2），导致C-中的arg225-to-ter（R225X）取代末端结构域和c.481C-T跃迁，导致在卷曲螺旋结构域内进行arg161-ter-ter（R161X; 194363.0006）取代。

Bee等人在50岁的意大利双胞胎兄弟中出生，他们是表兄妹，身材矮小，认知障碍，性腺功能亢进性性腺机能减退，轴突感觉神经病和扩张型心肌病（2015年）确定了XRCC4基因中R225X突变的纯合性，预计会导致C端蛋白质损失三分之一。他们未受影响的父亲和妹妹是R225X的杂合子。他们的母亲无法获得DNA。通过定量PCR分析患者成纤维细胞显示，与对照组相比，XRCC4转录水平显着降低。通过Western印迹分析无法检测到从患者成纤维细胞获得的总裂解物中的XRCC4蛋白，这一结果得到了免疫荧光研究的支持。Bee等（2015）指出LIG4（601837）明显存在于患者的裂解物中，尽管明显减少（占对照平均值的40％）。伽马射线照射的突变细胞表现出双链断裂修复的减少，但没有废除。

一名身材矮小，小头畸形，甲状腺功能减退，糖尿病，进行性共济失调和低度丘脑神经胶质瘤的妇女（患者CSL16NG），最初由Neilan等人报告为患者3（2008），Guo等（2015）确定了XRCC4基因突变的化合物杂合性：R225X和1 bp缺失（c.760delG; 194363.0009），导致预期导致提前终止密码子（Asp254fsTer68）的移码。等位基因特异性定量PCR显示R225X等位基因极低的表达，与强烈的无义介导的mRNA衰变相一致，而其他等位基因则显示了总XRCC4表达水平的大约30％（而不是预期的50％，如果从1个等位基因完全表达）。患者成纤维细胞的免疫印迹显示未检测到XRCC4，而免疫荧光显示在细胞质和细胞核中均检测到低XRCC4信号。对照成纤维细胞的稀释度研究表明，患者细胞中XRCC4的正常水平不到10％。免疫印迹还显示患者成纤维细胞中的LIG4明显降低，估计残留水平为正常值的5％至15％。与对照组相比，患者的成纤维细胞对放射线显着敏感，双链断裂修复减少。野生型XRCC4既可以保护辐射后合成DNA的能力，又可以修复双链断裂。质粒双链断裂重新连接测定法表明，患者细胞几乎不存在正常的直接末端连接，而是在连接处使用了6 bp的微同源性，这与有效的非同源末端连接（NHEJ）的丧失相一致。与对照组相比，患者细胞中V（D）J重组的分析显示保真度提高；然而，还观察到免疫球蛋白类别转换重组的改变模式，这表明尽管患者的IgA水平正常，但重组过程仍存在缺陷，这依赖于经典的NHEJ。在HEK293细胞中的共表达研究表明，c.760delG突变体与LIG4形成了复合物，表明C末端对于复合物的形成是可有可无的。在存在环己酰胺的情况下，与野生型相比，c.760delG突变体明显降解，并且通过添加蛋白酶体抑制剂抑制了降解。作者得出结论，c.760delG突变的主要作用是大大降低了由蛋白酶体降解引起的蛋白质稳定性。

.0006身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，ARG161TER
为了讨论XRCC4基因中的c.481C-T过渡（c.481C-T，NM_022550.02），导致arg161-ter-R（R161X）取代，该取代在摩洛哥男孩中以复合杂合状态存在与Murray等人的 SSMED（616541）合作（2015），请参阅194363.0005。

.0007身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，ASP82GLU
de Bruin等人在智利乡村的一个身材矮小，小头畸形，促性腺功能低下性腺功能减退症，多结节性甲状腺肿和早发代谢综合征（SSMED；616541）的兄弟姐妹中（2015年）确定XRCC4基因第3外显子中c.246T-G转化的纯合性，导致将asp82转化为glu（D82E），预计将产生一个新的5素供体剪接位点，该位点将引起异常剪接，并且23个氨基酸（Val83_Ser105del）的框架丢失。突变与家庭疾病分开。对患者cDNA的RT-PCR分析证实生成了大约900 bp的产物，但没有发现野生型XRCC4产生的大约980 bp的产物。在患者成纤维细胞中进行转染研究表明，与野生型成纤维细胞相比，正常的非同源末端连接DNA损伤修复过程受到了严重损害，几乎只使用了另一种微同源性介导的末端连接过程。

.0008身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，ARG161GLN
Rosin等在3个身材矮小，明显的小头畸形和轻度精神运动迟缓的土耳其兄弟中（SSMED; 616541）（2015年）鉴定出涉及XRCC4基因第4外显子的最后一个核苷酸的c.482G-A过渡（c.482G-A，NM_022406）的纯合性，导致arg161-gln（R161Q）取代，但也预计会破坏邻近内含子4的供体剪接位点。他们的第一代表亲是突变的杂合子，在1000个基因组计划，Exome变异服务器或ExAC数据库中找不到。所有家庭成员中微卫星标记的分析证实了所有受影响个体中5号染色体上XRCC4区的纯合单倍型。通过对患者cDNA进行RT-PCR，然后进行Sanger测序，观察到3种不同的转录本：通过完全跳过外显子4产生的主要转录本，预计会引起移码和过早终止（Phe106IlefsTer1），由于完全跳过外显子3和4而导致的次要转录本，也导致过早终止（Val47AspfsTer5），以及带有R161Q错义突变的正确剪接的次要转录本。患者成纤维细胞的蛋白质印迹分析表明，与对照相比，全长XRCC4蛋白严重降低，与RT-PCR结果一致；但是，检测到一条微弱的野生型大小的XRCC4条带，认为该条带代表携带R161Q突变的全长XRCC4。在患者成纤维细胞或转染的HEK293细胞中未观察到截短的XRCC4蛋白的表达，这意味着截短的变异体蛋白不稳定且功能完全丧失。通过MTT分析，患者成纤维细胞的蛋白质印迹分析表明，与对照相比，全长XRCC4蛋白严重降低，与RT-PCR结果一致；但是，检测到一条微弱的野生型大小的XRCC4条带，认为该条带代表携带R161Q突变的全长XRCC4。在患者成纤维细胞或转染的HEK293细胞中未观察到截短的XRCC4蛋白的表达，这表明截短的变异体蛋白不稳定且功能完全丧失。通过MTT分析，患者成纤维细胞的蛋白质印迹分析表明，与对照相比，全长XRCC4蛋白严重降低，与RT-PCR结果一致；但是，检测到一条微弱的野生型大小XRCC4条带，据信该条带代表携带R161Q突变的全长XRCC4。在患者成纤维细胞或转染的HEK293细胞中未观察到截短的XRCC4蛋白的表达，这表明截短的变异体蛋白不稳定且功能完全丧失。通过MTT分析，在患者成纤维细胞或转染的HEK293细胞中未观察到截短的XRCC4蛋白表达，这表明截短的变异体蛋白不稳定且功能完全丧失。通过MTT分析，在患者成纤维细胞或转染的HEK293细胞中未观察到截短的XRCC4蛋白的表达，这表明截短的变异体蛋白不稳定且功能完全丧失。通过MTT分析，Rosin等（2015年）观察到患者成纤维细胞的细胞毒性显着高于对照组，这表明XRCC4的功能损伤不仅直接影响双链断裂修复，而且如果DNA损伤仍未修复，也会导致细胞死亡。

.0009身材矮小，微头皮毛病和内分泌功能障碍
XRCC4，1-BP DEL，760G
为了讨论XRCC4基因中的c.760delG突变，由Guo等人在具有SSMED的女性中以复合杂合状态发现（616541）（2015），请参阅194363.0005。