β-1,4-半乳糖基转移酶 1

半乳糖基转移酶（ EC 2.4.1.38 ） 催化涉及 UDP-半乳糖和 N-乙酰氨基葡糖的反应，以产生半乳糖 β-1,4-N-乙酰氨基葡糖。半乳糖基转移酶还可以与调节蛋白α-乳清蛋白形成异二聚体以形成乳糖合成酶（EC 2.4.1.22）。除了生物合成作用外，半乳糖基转移酶可能是质膜的组成部分，它们可能在细胞间识别和/或粘附中起作用。马斯里等人（1988）注意到半乳糖基转移酶，他们称之为 β-1,4-半乳糖基转移酶，主要位于高尔基复合体的反式池中，并以膜结合和可溶形式存在。

▼ 克隆与表达

阿佩特等人（1986）通过使用基于纯化蛋白质序列的探针筛选人肝脏 cDNA 文库，克隆了半乳糖基转移酶 cDNA。部分 cDNA 不包括推定的 N 末端膜结合区。通过用Appert 等人分离的部分半乳糖基转移酶 cDNA 筛选人胎盘 cDNA 文库（1986），马斯里等人（1988）克隆了一个全长的 β-1,4-半乳糖基转移酶 cDNA。它编码具有 N 端膜锚定域的预测 400 个氨基酸蛋白质。酶的可溶形式似乎是由于膜结合形式在精氨酸 77 处的蛋白水解切割产生的。

通过 Northern 印迹分析，Mengle-Gaw 等人（1991）确定 B4GALT1 在所有检查的细胞系中表达为 4.2-kb mRNA；细胞系之间的表达水平存在高度变异性。

通过人脐静脉内皮细胞的免疫定位，Schnyder-Candrian 等人（2000）用岩藻糖基转移酶 6（FUT6; 136836 ） 将 B4GALT1 定位在高尔基体典型的紧凑近核结构中。他们注意到染色不完全重叠。

▼ 基因结构

梦乐高等人（1991）报道称，他们称为 GalTase 的半乳糖基转移酶基因包含 6 个外显子，长度超过 50 kb。

▼ 测绘

阿佩特等人（1986）将半乳糖基转移酶基因对应到 9 号染色体。Shaper 等人（1986）使用克隆的牛 cDNA 探针通过原位杂交将半乳糖基转移酶的结构基因定位到 9p13。在剂量效应的基础上，Furukawa 等人（1986）提出几个半乳糖基转移酶基因可能位于小鼠的 17 号染色体上；17 三体胚胎的酶活性几乎是二倍体胚胎的 1.5 倍。古川等人（1986）提出了这些半乳糖基转移酶与主要组织相容性复合体之间的关系。

▼ 基因功能

李等人（2009）指出 B3GNT1（ 605517 ） 和 B4GALT1 分别交替聚合 N-乙酰氨基葡糖和半乳糖残基，以形成聚-N-乙酰乳糖胺，这是一种可以掺入 N-或 O-连接聚糖中的线性碳水化合物。分别使用转染的 HeLa 和 COS-1 细胞进行免疫荧光和免疫共沉淀分析，他们发现 B3GNT1 和 B4GALT1 直接相互作用并共定位于高尔基体。向任一酶的 C 末端添加内质网（ER） 保留信号会导致两者重新定位到 ER。

▼ 分子遗传学

在患有先天性糖基化疾病 IId 型（CDG2D; 607091 ） 的患者中，这是一种以脑积水、肌病和凝血缺陷为特征的严重神经系统疾病，Hansske 等人（2002）发现 B4GALT1 缺乏。来自血清转铁蛋白的寡糖分析显示唾液酸和半乳糖残基的损失。在皮肤成纤维细胞和白细胞中，半乳糖基转移酶活性降低至对照的 5%，并且在成纤维细胞中检测到比野生型 B4GALT1 小约 12 kD 的截短多肽。该蛋白质也未能定位到高尔基体。cDNA 测序揭示了一个单核苷酸插入（1031insC；137060.0001），导致翻译过早停止和 C 末端 50 个氨基酸的丢失。COS-7 细胞中突变 cDNA 的表达导致了一种截短的、无活性的多肽的合成，该多肽定位于内质网。

Staretz-Chacham 等人（2020 年）在 B4GALT1 基因（R21W; 137060.0003 ） 中发现了一个具有 CDG2D 的近亲贝都因以色列家庭的 3 名成员中的纯合错义突变。通过纯合子图谱和全外显子组测序鉴定的突变与家族中的疾病分离。2 名受影响个体血清中的糖基化分析显示 Man3GlcNAc4Fuc1 中度升高。

▼ 动物模型

罗等人（1998）分析了 B4GALT 半乳糖基转移酶家族的 6 个成员。Northern印迹分析显示，在这些同源物中，只有B4GALT1在小鼠泌乳乳腺中表达。他们表示，B4galt1-null 小鼠无法产生乳糖。因此，B4GALT1 似乎是哺乳动物进化过程中为乳糖生物合成募集的基因。

浅野等人（1997）通过基因靶向产生了 GalT 敲除小鼠。GalT 缺陷小鼠出生正常且有生育能力，但表现出生长迟缓和半致死性。皮肤和小肠上皮细胞增殖增强，肠绒毛细胞分化异常。作者得出结论，GalT 在胚胎发育过程中是可有可无的，但在调节出生后上皮细胞的增殖和分化方面很重要。

小谷等人（2001）研究了 B4GALT1 基因敲除小鼠合成的糖蛋白。他们观察到半乳糖键从野生型小鼠中与 GlcNAc 的主要β-1,4 键向基因敲除小鼠中的β-1,3 键转变。这种变化导致主链结构从 2 型链转变为 1 型链。血浆糖蛋白的 N-聚糖分析揭示了唾液酸连接和过度唾液酸化的 1 型链的转变。这些结果表明，β-1,3-半乳糖基转移酶（参见 B3GALT1, 603093）补偿了 B4GALT1 缺乏，导致主链结构发生改变或外链上的唾液酸键发生改变，这取决于唾液酸转移酶的受体特异性。

▼ 历史

汉弗莱斯-贝赫等人（1986）从人类肝脏表达文库中分离出他们认为是人类 4-β-半乳糖基转移酶的 cDNA 克隆，并通过体细胞杂交组的 Southern 分析将基因（GGTB1） 定位到 4 号染色体。在勘误表中，作者报告说用于分离 cDNA 克隆的抗体不是单特异性的。对完整核苷酸序列和cDNA克隆表达的分析表明它不是催化酶。

▼ 等位基因变体（ 3 精选示例）：

.0001 先天性糖基化障碍，IId 型
B4GALT1，1-BP INS，1031C
在患有先天性 IId 型糖基化障碍（CDG2D; 607091 ） 的患者中，Hansske 等人（2002）在 B4GALT1 基因的位置 1031（1031insC） 确定了一个单核苷酸插入，导致翻译过早停止并在 C 末端丢失 50 个氨基酸。所得无活性蛋白质保留在内质网中。患者是纯合子，他的父母是突变杂合子。

.0002 先天性糖基化障碍，IId 型
B4GALT1，TYR193TER
在一名患有先天性糖基化障碍 IId 型（CDG2D; 607091 ）的 4 岁女孩中， Medrano 等人（2019 年）在 B4GALT1 基因中鉴定出纯合 c.579C-G 颠换（c.579C-G，NM_001497），导致 tyr193 到 ter（Y193X）取代。分离分析显示，患者的母亲携带该突变，而她的父亲没有。家族微卫星标记分离分析证实了9号染色体母体同源性的存在，导致突变的纯合性。

.0003 先天性糖基化障碍，IId 型
B4GALT1、ARG21TRP
Staretz-Chacham 等人在患有先天性 IId 型糖基化障碍（CDG2D; 607091 ）的贝都因以色列近亲家庭的 3 名成员中（2020 年）在 B4GALT1 基因中鉴定出纯合的 c.61C-T 转换（c.61C-T，NM_001497.3），导致跨膜结构域中的 arg21 到 trp（R21W）取代。通过纯合子图谱和全外显子组测序鉴定的突变与家族中的疾病分离。该变体存在于 gnomAD 数据库中 253,694 个等位基因中的 3 个，没有报告纯合子，并且在 236 个种族匹配的对照中未发现。预计该突变会影响蛋白质的结构和功能（在Staretz-Chacham 等人的文章中（2020 年）, 突变在图 1（E, F, G） 中指定为 R21W，但在图例中指定为 R185W。Staretz-Chacham（2021）证实 R21W 是正确的。）