组氨酰-tRNA合成酶1

作为蛋白质生物合成的早期步骤，HARS 催化组氨酸与其同源 tRNA 的共价连接（O'Hanlon 和 Miller，2002）。

▼ 克隆与表达

奥汉隆等人（1995）指出，他们称为 HO3 的 HARS 和 HARS2（ 600783 ）以头对头配置定向并共享双向启动子。他们报告说，推导出的 509 个氨基酸的 HARS 蛋白与 HARS2 具有 72% 的氨基酸同一性。两种蛋白质都含有 3 个在 II 类氨酰-tRNA 合成酶中保守的基序和 2 个组氨酰-tRNA 合成酶的特征区域。然而，HARS 和 HARS2 具有不同的 N 端结构域，由每个基因的前 2 个外显子编码。HARS 的计算分子量为 57.4 kD。Northern印迹分析检测到在心脏、大脑、肝脏和肾脏中高度表达的2.0-kb HARS转录本。

O'Hanlon 和 Miller（2002）将 5 素 RACE 与人类肾脏 cDNA 文库结合使用，鉴定了几个仅在 5 素 UTR 长度上不同的 HARS 转录本。O'Hanlon 和 Miller（2002）指出，河豚和人类 HARS 蛋白具有 84% 的氨基酸同源性，表明高度保守。

罗等人（2014 年）报道了每种人氨酰 tRNA 合成酶的大量天然催化无效值的发现。剪接事件保留非催化结构域，同时消融催化结构域以产生具有多种功能的催化无效。每种合成酶都被转化为几种新的信号蛋白，其生物学活性与催化亲本的生物学活性“正交”。重组氨酰 tRNA 合成酶变体在一系列基于细胞的测定中具有特定的生物学活性：所有物种中约 46% 影响转录调节，22% 细胞分化，10% 免疫调节，10% 细胞保护，以及增殖、脂肪生成各 4% /胆固醇转运和炎症反应。罗等人（2014）鉴定了细胞质氨酰tRNA合成酶的框内剪接变体。他们确定了 HisRS 的 8 个无催化剪接变体。

▼ 基因结构

O'Hanlon 和 Miller（2002）确定 HARS 基因包含 13 个外显子并且跨度约为 17.4 kb。HARS 和 HARS2 基因共享一个缺乏 TATA 和 CAAT 框的双向启动子。两个基因都使用多个转录起始位点。HARS 还使用与 HARS2 基因的第一个外显子重叠的第二个更远端的启动子。

▼ 测绘

卡洛克等人（1985）在种间细胞杂交实验中，使用在 3 个基因 HARS、RPS14（ 130620 ）和 CHR（ 118840 ）中发生突变的中国仓鼠卵巢（CHO）细胞系，将 HARS 基因分配给染色体 5。Wasmuth 和 Carlock（ 1986）通过使用人-中国仓鼠卵巢细胞杂交体将HARS基因分配给5号染色体。

通过基因组序列分析，O'Hanlon 和 Miller（2002）将 HARS 和 HARS2 基因定位到染色体 5q31.3。HARS 和 HARS2 呈现出头对头的方向，它们的 ORF 之间有 344 bp 的距离。

▼ 分子遗传学

Usher 综合征 III 型

Puffenberger 等人在宾夕法尼亚州 Old Order Amish 家庭的 2 名患有 Usher 综合征 III 型定位到染色体 5q（USH3B; 614504 ）的患者中（2012 年）确定了 HARS 基因（Y454S；142810.0001）中错义突变的纯合性，这在 dbSNP 129 或 1000 基因组计划中未发现。此外，来自加拿大安大略省一个不相关族群的一名 Old Order Amish 患者具有相同的表型，并且是相同突变的纯合子。

Charcot-Marie-Tooth 病 2W 型

Vester 等人在一名 64 岁男性中，有 15 年的下肢感觉受损病史，电生理学研究符合 2W 型轴索 Charcot-Marie-Tooth 病（CMT2W; 616625 ）（2013）鉴定了 HARS 基因中的杂合错义突变（R137Q; 142810.0002）。该患者是从更大的 363 名周围神经病变患者队列中确定的。Hts1 基因（HARS 的直系同源物）缺失的酵母菌株的产生表明 R137Q 变体不能补充 Hts1 缺失，表明它是功能丧失的等位基因。R137Q 变体特别是在秀丽隐杆线虫的 GABA 运动神经中的表达导致连合轴突的严重形态学缺陷，无法到达背神经索、轴突串珠、去束和神经索断裂。具有该变体的动物也表现出运动缺陷。

在 4 个 CMT2W 无关家庭的受影响成员中，Safka Brozkova 等人（2015）在 HARS 基因中发现了 4 种不同的杂合错义突变（ 142810.0003 - 142810.0006 ）。通过连锁分析和全外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。所有突变都导致酵母互补测定中的功能丧失，其中一种突变在秀丽隐杆线虫模型中主要具有神经毒性。

▼ 等位基因变体（ 6个精选示例）：

.0001 USHER 综合征，IIIB 型
HARS1, TYR454SER
Puffenberger 等人对来自宾夕法尼亚州 Old Order Amish 家庭的 2 名 Usher 综合征 IIIB 型（USH3B; 614504 ）患者进行了研究（2012）确定了 HARS 基因中 1361A-C 颠换的纯合性，导致催化结构域和反密码子结合结构域之间的界面发生 tyr454-to-ser（Y454S）取代。来自加拿大安大略省一个无关的旧秩序阿米什族群的一名具有相同表型的患者也是 Y454S 突变的纯合子。在 dbSNP（build 129）或 1000 Genomes Project 数据库中未发现该变体；然而，它在 406 个 Old Order Amish 等位基因中的 7 个中检测到，人群特异性等位基因频率为 1.72%（普芬伯格（2012）表示正确的人群特异性等位基因频率数据出现在表 4 中；文中对应数据不正确。）

.0002 CHARCOT-MARIE-TOOTH 病，轴突，2W 型
HARS1，ARG137GLN（rs191391414）
Vester 等人在一名 64 岁男性中，有 15 年的下肢感觉受损病史，电生理学研究符合 2W 型轴索 Charcot-Marie-Tooth 病（CMT2W; 616625 ）（2013）确定了一个杂合的 410G-A 转换（ rs191391414）在 HARS 基因中，导致酶催化核心中高度保守的残基发生 arg137 到 gln（R137Q）取代。该患者是从更大的 363 名周围神经病变患者队列中确定的。在超过 13,000 条对照染色体中的 3 条中也发现了 R137Q 变体。其中一名对照携带者在 57 岁时没有神经病变的证据。Hts1 基因（HARS 的直系同源物）缺失的酵母菌株的产生表明 R137Q 变体不能补充 Hts1 缺失，表明它是功能丧失的等位基因。R137Q 变体特别是在秀丽隐杆线虫的 GABA 运动神经中的表达导致连合轴突的严重形态学缺陷，无法到达背神经索、轴突串珠、去束和神经索断裂。韦斯特等人（2013 年）得出结论，HARS R137Q 变异可能是一种致病等位基因，与其他 ARS 突变相似（参见，例如，GARS, 600287 ），它可能是易患周围神经病变的致病等位基因，但指出因果关系仍不清楚。

.0003 CHARCOT-MARIE-TOOTH 病，轴突，2W 型
HARS1，THR132ILE
在患有 Charcot-Marie-Tooth 病 2W 型（CMT2W; 616625 ）的大型多代家庭（家庭 A）的受影响成员中，Safka Brozkova 等人（2015）确定了 HARS 基因中的杂合 c.395C-T 转换，导致 thr132-to-ile（T132I）取代。通过连锁分析和候选基因测序发现的突变与家族中的疾病分离，在 dbSNP、Exome Variant Server 或 1000 Genomes Project 数据库中未发现。体外研究表明，该突变无法挽救缺乏直系同源物 Hts1 的酵母的生长缺陷，这与完全丧失功能一致。

.0004 CHARCOT-MARIE-TOOTH 病，轴突，2W 型
HARS1、PRO134HIS
Safka Brozkova 等人在患有常染色体显性 Charcot-Marie-Tooth 病 2W 型（CMT2W; 616625 ）的家族（B 家族）的受影响成员中（2015）鉴定了 HARS 基因中的杂合 c.401C-A 颠换，导致 pro134 到他（P134H）取代。该突变是通过连锁分析和全外显子组测序结合发现并通过 Sanger 测序确认的，与家族中的疾病分离，在 dbSNP、Exome Variant Server 或 1000 Genomes Project 数据库中未发现。体外研究表明，该突变无法挽救缺乏直系同源物 Hts1 的酵母的生长缺陷，这与完全丧失功能一致。

.0005 CHARCOT-MARIE-TOOTH 病，轴突，2W 型
HARS1、ASP175GLU
Safka Brozkova 等人在患有2W 型常染色体显性 Charcot-Marie-Tooth 病（CMT2W; 616625 ）的 3 代家族（C 家族）的受影响成员中（2015）鉴定了 HARS 基因中的杂合 c.525T-G 颠换，导致 asp175-to-glu（D175E）取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变与家族中的疾病分离，在 dbSNP、Exome Variant Server 或 1000 Genomes Project 数据库中未发现。体外研究表明，该突变只能部分挽救缺乏直系同源物 Hts1 的酵母的生长缺陷，这与部分功能丧失一致。

.0006 CHARCOT-MARIE-TOOTH 病，轴突，2W 型
HARS1, ASP364TYR
Safka Brozkova 等人在患有常染色体显性 Charcot-Marie-Tooth 病 2W 型（CMT2W; 616625 ）的多代家族（D 家族）的受影响成员中（2015）鉴定了HARS基因中的杂合c.1090G-T颠换，导致asp364-to-tyr（D364Y）取代。该突变是通过连锁分析和全外显子组测序结合发现并通过 Sanger 测序确认的，与家族中的疾病分离，在 dbSNP、Exome Variant Server 或 1000 Genomes Project 数据库中未发现。体外研究表明，该突变无法挽救缺乏直系同源物 Hts1 的酵母的生长缺陷，这与完全丧失功能一致。D364Y 突变在秀丽隐杆线虫中的表达导致形态神经毒性，包括背侧和腹侧神经间隙、轴突起泡和严重异常的轴突过程。具有该突变的动物也表现出逐渐受损的运动能力。