甘氨酰胺磷酸核糖转移酶,GART
人 GARS-AIRS-GART 基因座编码通过从头嘌呤途径将磷酸核糖焦磷酸转化为单磷酸肌苷所必需的 10 个酶促步骤中的 3 个。3 种酶活性在 GARS-AIRS-GART mRNA 上以线性、非重叠方式编码。从 cDNA 的 5'末端开始,3 种酶活性是甘氨酰胺核糖核苷酸合成酶(GARS,EC 6.3.4.13)、氨基咪唑核糖核苷酸合成酶(AIRS,EC 6.3.3.1)和甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰基转移酶(GART,EC 2.1)。 2.2 )。这些酶活性分别催化从头嘌呤途径的第二步、第五步和第三步。该途径中的第四种酶,磷酸核糖甲酰甘氨酰胺氨基转移酶(FGARAT; 602133),由 17 号染色体上的一个基因编码(Brodsky 等人的总结,1997 年)。由 PPAT 基因( 172450 ) 编码的谷氨酰胺磷酸核糖焦磷酸氨基转移酶催化第一步。
▼ 克隆与表达
Patterson(1974)通过营养缺陷型突变体(Ade-C)鉴定了甘氨酸酰胺磷酸核糖合成酶( EC 6.3.4.13 )。该酶是嘌呤从头生物合成途径中的第二种酶。
希尔德等人(1990)使用酵母突变的功能互补来分离编码 GART 基因的人类 cDNA。Gnirke 等人使用酵母人工染色体(YAC)(1991)克隆了人类 GART 基因。
布罗茨基等人(1997)产生了对由 GARS-AIRS-GART 基因编码的三功能蛋白的每个酶结构域特异的单克隆和/或多克隆抗体。使用这些抗体对转染该基因的中国仓鼠卵巢(CHO) 细胞进行蛋白质印迹,他们表明该基因实际上不仅编码 110 kD 的三功能蛋白,而且还编码 50 kD 的单功能 GARS 蛋白。这种 C 末端截短的人 GARS 蛋白是通过可变剪接产生的,导致在末端 GARS 和第一个 AIRS 外显子之间的内含子中使用多聚腺苷酸化位点。GARS 和 GARS-AIRS-GART 蛋白的表达在人类小脑发育过程中受到调节,而 FGARAT 的表达似乎是组成型的。发现所有 3 种蛋白质在小脑的正常产前发育过程中均以高水平表达,而 GARS 和 GARS-AIRS-GART 蛋白在出生后不久在小脑中变得无法检测到。相反,在唐氏综合症患者的小脑出生后发育过程中,这两种蛋白质都继续表达。
▼ 基因功能
帕特森等人(1980)指出,在唐氏综合症( 190685 )患者中观察到的血清嘌呤水平升高可能与这种多功能酶的基因在 21 号染色体上的位置有关。第三种酶功能,甘氨酰胺磷酸核糖基转移酶或 GART( EC 2.1 .2.2 ),是第一个在果蝇中被发现的。因此,这部分通常指的是整体——GART。在脊椎动物中,所有 3 种酶活性——GARS、GART 和 PAIS——都在 1 个多肽上。至少有 1 个仓鼠细胞系缺乏所有 3 种酶功能(Patterson,1986)。
GARS 基因座编码一种至少在果蝇中保守的多功能酶(O'Hare,1986)。它是一种“管家”基因,可能在所有分裂细胞中都有表达。
▼ 基因结构
斯拉沃夫等人(2000)确定 GART 基因包含 21 个外显子,跨越 35 kb。
▼ 测绘
在仓鼠-人混合细胞的研究中,Moore 等人(1977)表明编码甘氨酸酰胺磷酸核糖合成酶的基因座与可溶性超氧化物歧化酶(SOD-S; 147450 ) 同线并位于 21 号染色体上。
通过研究涉及缺乏这种酶功能的细胞系的人仓鼠体细胞杂交体,Patterson 等人(1980)表明磷酸核糖氨基咪唑合成酶(PAIS;EC 6.3.3.1 ) 是嘌呤从头生物合成途径中的第五种酶,由 21 号染色体上的一个基因编码。它是多功能酶的一部分,该酶还具有 PRGS 和 GARS活动。
考克斯等人(1982)证实了 PRGS 基因分配给 21 号染色体。Cox 等人(1981)表明 Prgs 在小鼠的 16 号染色体上,从而进一步证明了小鼠 16 号染色体与人类 21 号染色体的同源性。
从 21 号染色体部分单体或部分三体情况下的剂量研究,Chadefaux 等人(1984)得出结论,GARS 基因座位于 21q22.1 区域。
通过对人仓鼠杂交细胞系的研究,Hards 等人(1986)将编码甘氨酰胺核糖核苷酸转化酶的基因定位到 21q11.2-q22.2。人和仓鼠酶的区分是通过使用针对人酶产生的多克隆抗体的免疫沉淀测定来完成的。
通过荧光原位杂交,Gnirke 等人(1991)证明含有 GART 基因的 YAC 对应到染色体 21q22.1。
▼ 动物模型
甘氨酰胺核糖核苷酸转化酶是嘌呤从头生物合成途径的第三种酶。它最初被认为是中国仓鼠细胞 ade(-)E 营养缺陷型突变中缺乏的酶。ade(-)E 缺乏 GAR 转化酶活性的鉴定是基于酶底物 GAR 的积累(见172460)。赫尼科夫等人(1986)通过对突变细胞提取物的直接分析表明,GAR 转化酶水平正常,但 5,10-甲基四氢叶酸环化水解酶水平大大降低。环水解酶活性是参与合成 10-甲基四氢叶酸的三功能蛋白的一部分,10-甲基四氢叶酸是 GAR 转化酶所需的叶酸辅因子。缺乏 10-甲酰基四氢叶酸,就像缺乏 GAR 转化酶一样,会导致 GAR 的积累。