谷胱甘肽过氧化物酶 4

GPX4 可减少膜和脂蛋白内的磷脂氢过氧化物，并与 α-生育酚共同作用以抑制脂质过氧化。脂质过氧化与许多病理生理过程有关，包括炎症和动脉粥样硬化。GPX4 是一种硒蛋白，其产生和活性对硒（Se）敏感，硒以硒代半胱氨酸的形式结合到硒蛋白中（Sneddon 等人总结，2003 年）。

▼ 克隆与表达

使用猪 Phgpx 筛选睾丸 cDNA 文库，Esworthy 等人（1994）克隆了人类 GPX4，他们称之为 PHGPX。3 元 UTR 包含在蛋白石密码子（UGA）处插入硒代半胱氨酸所需的硒代半胱氨酸插入序列（SECIS）。推导出的 197 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 19 kD。它具有预计与硒代半胱氨酸相互作用的假定活性位点色氨酸和谷氨酸残基，以及在猪蛋白中被磷酸化的酪氨酸残基。

Januel 等人通过对静息人类血小板进行分级分离和免疫荧光显微镜检查（2006）表明 GPX4 与膜、细胞质和线粒体相关，并且 GPX4 活性显示出相同的分布。蛋白质印迹分析检测到 GPX4 的表观分子量为 20 至 21 kD。

罗维里等人（1992）发现大鼠 Gpx4 主要存在于睾丸中。贾努埃尔等人（2006）指出大鼠具有线粒体和非线粒体形式的 Gpx4。

Borchert 等人（2003）表征了 Gpx4 的 2 种主要同种型在小鼠组织中的表达。他们命名为磷脂（phGpx）形式的一种异构体在许多组织中表达。另一种称为精子核（snGpx）异构体，在小鼠睾丸和肾脏以及人类胚胎肾细胞系中检测到。亚细胞分离和免疫电子显微镜显示细胞溶质定位。小鼠肾脏的免疫组织化学染色显示皮质和髓质间质细胞中的 snGpx 染色。对两种异构体共有的 5 素数侧翼区域的分析揭示了强烈的启动子活性。包含 334 bp 内含子序列的 snGpx4 启动子抑制了共同启动子的活性。

托波等人（2008）确定人类 GPX4 可能作为四聚体发挥作用。

▼ 生化特征

为了克服重组系统中低效的硒代半胱氨酸结合机制，Scheerer 等人（2007）在大肠杆菌中表达含有 sec46-to-cys（U46C）突变的重组人细胞溶质 GPX4，该突变保留了残留的催化活性。他们将这种分子的晶体结构解析为 1.55 埃的分辨率。X 射线数据表明单体蛋白由 4 个 α 螺旋和 7 个 β 链组成。催化三联体（cys46、gln81 和 trp136）定位于蛋白质表面的平坦压痕处，延伸到表面暴露的碱性氨基酸（lys48、lys135 和 arg152）小片中，其中也含有极性 thr139。突变分析证实了催化三联体的功能重要性。与野生型酶一样，U46C 突变体表现出强烈的聚合倾向，而这被还原剂阻止了。定点诱变表明催化 cys46 和表面暴露的 cys10 和 cys66 参与聚合物形成。在 GPX4 晶体中，这些残基与相邻的蛋白质单体接触。

▼ 基因结构

Kelner 和 Montoya（1998）确定人类 GPX4 基因跨越 2.8 kb 并包含 7 个外显子。基因序列分析确定了一个潜在的替代组织特异性第一外显子。

▼ 测绘

通过对人/仓鼠体细胞杂交体的基因组 DNA 进行 Southern 分析，Chu（1994）表明 GPX4 基因位于 19 号染色体上。通过荧光原位杂交，Kelner 和 Montoya（1998）将该基因分配给染色体 19p13.3。

▼ 基因功能

在人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中，Sneddon 等人（2003）观察到 GPX4 mRNA 和蛋白质水平随着硒浓度的增加呈剂量依赖性增加，直到硒浓度达到 76 nM。GPX4 酶活性在更高的硒浓度下是最佳的。斯内登等人（2003）指出，这些发现与其他组织和细胞类型的发现形成对比，表明硒以组织和细胞类型特异性的方式调节 GPX4，可能反映了 GPX4 在个体组织中的相对重要性。他们还发现，除了硒，脂肪酸、细胞因子和氧化还原状态还调节 GPX4 的表达和活性，但有时以不同和相反的方式。

凝血酶（F2; 176930 ）等激动剂对血小板的激活导致细胞表面几种受体表达的显着增加，以及血小板形状的变化、花生四烯酸从磷脂的释放和过氧化物水平的增加。Januel 等人使用分馏的人类血小板和共聚焦免疫荧光显微镜（2006）发现 GPX4 蛋白和酶活性在血小板活化后从细胞质重新分布到膜上。他们假设 GPX4 向细胞膜移动可以保护血小板免受脂质氢过氧化物的爆发并限制活化阶段。

通过对小鼠睾丸 cDNA 文库进行酵母 3 杂交筛选，然后进行 RNA 迁移凝胶位移测定，Ufer 等人（2008）发现 RNA 结合蛋白 Grsf1（ 604851）在线粒体 Gpx4 的 5 素 UTR 中结合了一个 AGGGGA 基序。Grsf1 上调 Gpx4 UTR 依赖性报告基因表达，将线粒体 Gpx4 mRNA 募集到翻译活性多核糖体中，并与 Gpx4 mRNA 共免疫沉淀。在胚胎小鼠大脑发育过程中，Grsf1 和线粒体 Gpx4 共表达，通过小干扰 RNA 敲低 Grsf1 可阻止胚胎 Gpx4 表达。与模拟对照相比，Grsf1 敲低胚胎表现出发育迟缓，与细胞凋亡增加和大量脂质过氧化平行。线粒体 Gpx4 的过表达阻止了 Grsf1 敲低胚胎的凋亡变化并挽救了发育。乌弗等人（2008）得出结论，GRSF1 上调 GPX4 mRNA 的翻译，并且这两种蛋白质都是胚胎大脑发育所必需的。

在人类肿瘤和癌细胞系中观察到的高间充质蜂窝状态与不同癌症谱系对多种治疗方式的耐药性有关。维斯瓦纳坦等人（2017）对人类癌细胞系和类器官中这种抗治疗的高间充质蜂窝状态进行分子表征，并表明它依赖于一种可药用的脂质过氧化物酶途径，可防止铁死亡，这是一种由积聚诱导的非凋亡性细胞死亡形式有毒脂质过氧化物。维斯瓦纳坦等人（2017）表明这种蜂窝状态的特征在于促进多不饱和脂质合成的酶的活性。这些脂质是脂氧合酶进行脂质过氧化的底物。这种脂质代谢产生了对汇聚在磷脂谷胱甘肽过氧化物酶（GPX4）上的途径的依赖性，GPX4 是一种含硒半胱氨酸的酶，可消散脂质过氧化物，从而防止铁介导的过氧化物反应导致铁死亡细胞死亡。发现对 GPX4 的依赖性存在于以 ZEB1（ 189909 ）高表达为特征的多种治疗抵抗状态中，包括上皮源性癌中的上皮间质转化、TGF-β（ 190180））介导的黑色素瘤治疗抵抗、治疗诱导的前列腺癌神经内分泌转分化和肉瘤，由于它们的细胞来源，它们被固定在间充质状态。维斯瓦纳坦等人（2017 年）确定了通过抑制脂质过氧化物酶途径诱导的铁视细胞死亡的脆弱性，这是跨不同间充质蜂窝状态环境的抗治疗癌细胞的一个特征。

汉高尔等人（2017）发现源自各种癌症和药物治疗的癌症持续细胞依赖于脂质氢过氧化物酶 GPX4 生存，并且这种依赖性是获得性的。GPX4 功能的丧失导致体外选择性持久性细胞铁死亡并防止小鼠肿瘤复发。

▼ 分子遗传学

维莱特等人（2002 年）检查了 66 名健康苏格兰志愿者的 GPX4 基因的 3 素 UTR，并在预测的 SECIS 元素附近的 718 位发现了一个 TC SNP。该 SNP 的分布处于 Hardy-Weinberg 平衡，CC 纯合子占 34%，TT 纯合子占 25%，TC 杂合子占 41%。不同基因型个体的淋巴细胞 5-脂氧合酶总产物水平存在显着差异，CC 纯合子比 TT 纯合子和 TC 杂合子分别多出 36% 和 44% 的产物。维莱特等人（2002）得出结论，GPX4 在白三烯生物合成中具有调节作用，并且 718T-C SNP 具有功能效应。

脊椎骨骺发育不良，Sedaghatian 型

在一名患有 Sedaghatian 型脊柱干骺端发育不良（SMDS; 250220 ）的已故女婴中，Smith 等人（2014）确定了 GPX4 基因突变的复合杂合性（ 138322.0001和138322.0002 ）。此外，先前由Aygun 等人研究过的已故男性 SMDS 的未受影响的第一代表亲土耳其父母（2012），他们检测到无义突变的杂合性（Y127X; 138322.0003 ）。受影响儿童无法获得 DNA。

▼ 动物模型

冉等人（2004）指出，小鼠中的 Gpx4 缺失是胚胎致死的，并且来自 Gpx4 +/- 小鼠的胚胎成纤维细胞表现出增加的脂质过氧化，暴露于氧化剂后更多的细胞死亡，以及高氧水平下的生长迟缓。他们发现人类 GPX4 的表达挽救了 Gpx4 -/- 小鼠的致命表型。过表达人 GPX4 的转基因小鼠在氧化应激后表现出减少的氧化损伤。

▼ 等位基因变体（ 3 精选示例）：

.0001 脊椎骨骺端发育不良，Sedaghatian 型
GPX4、IVS4、GA、+5
在一名患有 Sedaghatian 型脊柱干骺端发育不良（SMDS; 250220 ）的已故女婴中，Smith 等人（2014）确定了 GPX4 基因中 2 个突变的复合杂合性：第一个是内含子 4（c.587+5G-A）中的 G 到 A 转变，遗传自她未受影响的母亲，第二个是从头内含子 4 中的 5 bp 缺失（c.588-8_588-4del）。在 HEK 细胞中使用小基因系统进行功能分析表明，第一个突变导致外显子 4 的部分剪接，而缺失导致外显子 5 的跳过；这两种突变都会导致预计会导致蛋白质过早终止的移码。

.0002 脊椎骨骺端发育不良，Sedaghatian 型
GPX4、IVS4、5-BP DEL、-8
讨论 GPX4 基因（c.588-8_588-4del）中的 5 bp 缺失，该缺失在已故女婴的复合杂合状态下发现，Sedaghatian 型脊柱干骺端发育不良（SMDS; 250220 ）由Smith 等人撰写（2014），见138322.0001。

.0003 脊椎骨骺端发育不良，Sedaghatian 型
GPX4、TYR127TER
Aygun 等人最初报道的 Sedaghatian 型脊柱干骺端发育不良（SMDS; 250220 ）男婴的未受影响的第一代表亲土耳其父母（2012 年），由于呼吸功能不全，在 4 个月大时死亡，Smith 等人（2014）确定了 GPX4 基因外显子 3 中 c.381C-A 颠换的杂合性，导致 tyr127 到 ter（Y127X）取代。没有从受影响的孩子身上获得 DNA。