甘油醛-3-磷酸脱氢酶

3-磷酸甘油醛脱氢酶（ EC 1.2.1.12 ）催化碳水化合物代谢中的重要能量产生步骤，即在无机磷酸盐和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）存在下 3-磷酸甘油醛的可逆氧化磷酸化（ Dayhoff, 1972）。

▼ 克隆与表达

GAPD 的序列数据发表在Dayhoff（1972）的图集上。该酶以人、龙虾和大肠杆菌等广泛分离的形式存在。它的进化变化率是已知最慢的之一。在细胞质中，GAPDH 主要作为由 4 个相同的 37-kD 亚基组成的四聚体异构体存在。GAPDH 也存在于颗粒部分，例如细胞核、线粒体和小泡状部分（Tristan 等人的评论，2011 年）。

已经在许多种系不同的生物体中发现了变异体（Lebherz 和 Rutter，1967 年）。如乳酸脱氢酶。Charlesworth（1972）在人类中发现了变异。

▼ 基因功能

伯克等人（1996）证明来自具有正常大小的聚谷氨酰胺束的未受影响个体的合成聚谷氨酰胺肽、DRPLA 蛋白（ 607462 ）和亨廷顿蛋白（HTT; 613004 ）与 GAPD 结合。他们指出，GAPD 也已显示与 RNA、ATP、钙周期蛋白（ 114110 ）、肌节蛋白（见102610 ）、微管蛋白（见191130 ）和淀粉样前体蛋白（ 104760 ）结合。根据他们的发现，Burke 等人（1996）假设以存在扩展的 CAG 重复序列为特征的疾病可能具有共同的代谢发病机制，其中 GAPD 作为功能成分。玫瑰（1996）和Barinaga（1996）回顾了研究结果。

Bae 等人使用人胚肾和小鼠神经母细胞瘤细胞系（2006）表明突变亨廷顿蛋白的核转位和相关的神经毒性是由亨廷顿蛋白、GAPDH 和 SIAH1（ 602212 ）的三元复合物介导的，这是一种提供核转位信号的泛素 E3 连接酶。GAPDH 或 SIAH1 的过表达增强了突变亨廷顿蛋白的核转位和细胞毒性，而不能结合 SIAH1 的 GAPDH 突变体阻止了易位。RNA 干扰对 GAPDH 或 SIAH1 的消耗减少了突变亨廷顿蛋白的核转位。

郑等人（2003）分离并在功能上表征了多组分 OCT1（ 164175 ）共激活因子 OCAS，它对 S 期依赖性组蛋白 H2B（参见609904）转录至关重要。OCAS 的 p38 成分（作者将其鉴定为 GADPH）直接与 OCT1 结合，表现出强大的反式激活潜力，在 S 期选择性地募集到 H2B 启动子，并且对于体内和体外 S 期特异性 H2B 转录至关重要。与 OCT1 的结合以及 OCAS 功能受 NAD+ 刺激，但受 NADH 抑制。OCAS 还与 NPAT（ 601448 ）、cyclin E（ 123837 ）/CDK2（ 116953 ）相互作用）广泛参与组蛋白基因转录的底物。这些研究将 H2B 转录机制与细胞周期调节剂联系起来，并可能与细胞代谢状态（氧化还原状态）联系起来，并为研究协调组蛋白基因表达和与 DNA 复制偶联的潜在机制和基础奠定了基础。

迈耶-西格勒等人（1991）分离出尿嘧啶-DNA 糖基化酶的 cDNA（见 UNG；191525），令他们惊讶的是，它与 GAPD 的 37-kD 亚基完全同源。他们表明，商业获得的红细胞 GAPD 的 37 kD 亚基具有与纯化的人胎盘酶相当的尿嘧啶-DNA 糖基化酶活性。然而，Caradonna 等人（1996）无法复制Meyer-Siegler 等人的工作（1991 年）。他们发现市售的人类红细胞 GAPDH 没有显示出尿嘧啶-DNA 糖基化酶活性。

拉舍特等人（2007）表明 GAPDH 还作为激酶参与 GABA-A 受体（GABRA1; 137160 ）的 α-1 亚基的糖酵解依赖性内源性磷酸化，这是维持 GABA-A 受体功能所必需的机制。

在凋亡细胞中，线粒体外膜透化（MOMP）之后是释放的细胞色素 c 促进的半胱天冬酶活化（参见 CYCS；123970）。半胱天冬酶抑制通常不足以在 MOMP 后存活，而是细胞经历半胱天冬酶非依赖性细胞死亡（CICD）。科莱尔等人（2007 年）发现，如果半胱天冬酶激活也被阻断，表达 GAPDH 的细胞在 MOMP 后保留其克隆形成潜力。GAPDH 介导的 CICD 保护伴随着糖酵解升高和 ATG12 增加（ 609608）表达。电子和共聚焦显微镜以及流式细胞术分析表明，对 CICD 的保护与自噬的增加和依赖性以及线粒体质量的短暂减少有关。科莱尔等人（2007 年）得出结论，GAPDH 介导糖酵解的升高和增强的自噬，它们协同保护细胞免受 CICD 的侵害。

Mookherjee 等人使用蛋白质组学技术、ELISA 和蛋白质印迹分析（2009）将 GAPDH 鉴定为人单核细胞中 LL37（CAMP; 600474 ）的直接结合伙伴，这是一种阳离子宿主防御肽。酶动力学和迁移率变化研究还表明，LL37 及其合成对应物 IDR1 与 GAPDH 结合。GAPDH 的沉默损害了 p38 MAPK（MAPK14; 600289 ）信号和 p38 MAPK 依赖性趋化因子和细胞因子反应。穆克吉等人（2009）得出结论，GAPDH 是 LL37 的单核细胞受体，并参与阳离子宿主防御肽的功能。

N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）对啮齿动物小脑颗粒神经元的刺激引起一氧化氮的产生，然后是 Gapdh 的 S-亚硝基化、Gapdh 和 Siah 之间的结合、Siah 介导的 Gapdh 核易位和神经毒性。森等人（2009）发现大鼠福音（RILPL1; 614092）结合 Gapdh 的 N 端区域并与 Siah 竞争 Gapdh 结合，从而防止 Gapdh 核易位。福音的 S-亚硝基化是与 Gapdh 结合所必需的，因为不能被 S-亚硝基化的福音突变体没有神经保护作用。Gospel 的过表达减少了 HEK293 和小鼠皮质神经元培养物中 Gapdh 的核积累，并降低了 NMDA-谷氨酸神经元兴奋性毒性。相反，通过 RNA 干扰消除福音会增强原代神经元培养物中的 Gapdh 核积累和细胞死亡。

IFN-γ（IFNG; 147570 ）诱导核糖体释放 RPL13A（ 619225 ）并将 RPL13A 组装成 IFN-γ 激活的翻译抑制剂（GAIT）复合物，该复合物介导炎症相关蛋白子集的翻译控制。贾等人（2012）发现氧化修饰的低密度脂蛋白（LDLox）通过选择性降解 RPL13A 并阻止人骨髓细胞中活性成熟 GAIT 复合物的形成来抑制 GAIT 介导的翻译控制。RPL13A 的磷酸化是其被泛素化系统识别和降解所必需的。GAPDH 作为新释放的磷酸化 RPL13A 的伴侣，通过结合它并保护它免受蛋白酶体降解。然而，LDLox S-亚硝基化的 GAPDH 使 GAPDH 的保护功能失活，导致磷酸化的 RPL13A 泛素化和降解以及 GAIT 复合物活性丧失。

激活的免疫细胞经历类似于 Warburg 效应的有氧糖酵解代谢转换，从而为自身免疫性疾病提供了潜在的治疗靶点。富马酸二甲酯（DMF）是三羧酸循环中间体富马酸的衍生物，是一种用于治疗多发性硬化症和银屑病的免疫调节药物。DMF 在称为琥珀酸化的过程中共价修饰半胱氨酸残基。科恩伯格等人（2018 年）发现 DMF 在体外和体内都使小鼠和人类中的糖酵解酶 GAPDH 的催化半胱氨酸琥珀酸化并失活。因此，它下调活化的骨髓和淋巴细胞中的有氧糖酵解，从而介导其抗炎作用。科恩伯格等人（2018）得出的结论是，他们的结果提供了对 DMF 免疫调节的机制洞察，并代表了有氧糖酵解是自身免疫治疗靶点的概念证明。

杨等人（2018）表明 GAPDH通过将 GTP 酶激活蛋白靶向 ADP-核糖基化因子-1（ARF1; 103180 ）抑制外壳蛋白 I（COPI; 见601924 ）的转运，以抑制 COPI 囊泡分裂。GAPDH 还通过靶向 ARF GAP 抑制了多种其他转移途径。进一步的表征表明，这种广泛的抑制作用在饥饿期间被细胞激活以减少能量消耗。杨等人（2018 年）得出的结论是，他们的研究结果揭示了细胞内转移途径之间的显着协调水平，这是细胞能量稳态的关键机制的基础。

▼ 分子遗传学

几个小组，包括迈尔斯等人（2002）报道了迟发性阿尔茨海默病（LOAD; 104300 ）家族中 12 号染色体上的连锁。为了跟进这些结果，Li 等人（2004）在他们的小组之前确定的连锁峰下对 282 个单核苷酸多态性（SNP）进行了基因分型，研究了一个多病例对照系列，总共 1,089 名 AD 受试者和 1,196 名非痴呆对照。在包含 GAPD 基因的小区域 12 号染色体中观察到了强烈的关联，这导致他们检查了该基因及其在其他染色体上的旁系同源物。这些研究显示与其他 2 个旁系同源物相关：19 号染色体上的 GAPD2（ 609169），以及染色体 12q 上的一个 GAPD 假基因。在所有 3 个样本集中观察到 LOAD 与 3 个 GAPD 基因的复合基因型之间的显着关联。在每个病例对照系列中，这些 SNP 对疾病风险的贡献不同，这表明功能相似基因中的变异可能导致疾病风险的系列间异质性。总的来说，观察结果提出了 GAPD 基因是 AD 风险因素的可能性，这一假设与 GAPD 在神经元凋亡中的作用一致。

林等人（2006）在 235 个 AD 家族中发现 GAPD 基因中的 12 个 SNP 与其旁系同源物和基于家族的阿尔茨海默病之间没有关联。

▼ 测绘

通过对体细胞杂交体的研究，Bruns 和 Gerald（1976）表明，指定 GAPD 的基因与指定 TPI（ 190450 ）和 LDHB（ 150100 ）的基因同线，因此位于 12 号染色体上。因此，3 个指定酶的基因参与了Embden-Meyerhof 糖酵解途径在同一条染色体上。该途径的其他六种酶已分配给其他染色体。爱德华兹等人（1976）讨论了关于 GAPD 的多个基因座的不确定证据。Rethore 等人研究了 2 例部分三体和 1 例 12 号染色体短臂部分单体的酶水平（1976）得出结论，GAPD位于12p的远端12p12.2和12pter之间，LDHB基因座位于12p12.1和12p12.2之间的中间三分之一。TPI 的结果与 GAPD 的结果相似，表明远端定位相同。

Serville 等人通过基因剂量效应（1978）将 TPI 和 GAPD 分配到 12p（12p13）的远端。Law 和 Kao（1978）总结的数据表明，12 号染色体上的顺序为 12pter--TPI--GAPD--SHMT。SHMT 位于着丝粒和 PEPB 之间的 12q 的近端部分。通过删除情况下的剂量效应，Rivas 等人（1985）将分配范围缩小到 12p13.1-12p13.31。Benham 和 Povey（1989）证实了这种主要糖酵解酶在 12p13 上存在单个表达基因座。他们还证实了 Xp21-p11 的假基因定位的存在，并通过使用降低的严格性确定了 15 个 GAPD 样基因座。

假基因

与 GLUDP1（见138130）一样，为 3-磷酸甘油醛脱氢酶（符号 GAPDP1）分离的第一个探针代表 X 染色体上的假基因。功能基因 GAPD 位于带 12p13。在 HGM8 中，基于几个实验室的原位杂交研究，假基因被指定为 Xp21-p11（Goodfellow 等，1985）。

李等人（2004）在染色体 12q 上定位了一个 GAPD 假基因。