肌萎缩侧索硬化症 22 伴或不伴额颞叶痴呆 微管蛋白，α-1

有关α-微管蛋白基因家族的一般信息，请参阅602529 。维拉桑特等人（1986）注意到睾丸特异性 α-微管蛋白同种型（另见 TUBA，602528）在人和小鼠中构成一个单独的亚家族。他们说这个亚科的成员有第四个内含子，它位于相同的位置。

▼ 命名法

见Khodiyar 等人（2007 年）修订了 α-微管蛋白基因家族的命名法。

▼ 克隆与表达

Wilde 等人使用鸡 α-微管蛋白 cDNA 筛选人类基因组文库（1982）克隆了 H2-α 基因。

维拉桑特等人（1986）报道 H2-α 的氨基酸序列与小鼠睾丸特异性 α-微管蛋白 M-α-3 和 M-α-7 的氨基酸序列相同。此外，H2-α 基因的 3 素非翻译区与小鼠基因的 58% 相同。通过 Northern 印迹分析，作者确定 M-α-3 和 M-α-7 基因仅在睾丸中表达。

▼ 基因结构

通过异源双链分析，Wilde 等人（1982）表明人类 H2-α 基因有 4 个外显子，跨越 5 kb。Todd 和 Naylor（1991）发现睾丸特异性 α-微管蛋白基因包含一个多态的 GT 重复序列。

▼ 生化特征

晶体结构

拉维利等人（2004 年）以 3.5 埃的分辨率确定了微管蛋白与秋水仙碱和 RB3 的 stathmin 样结构域（RB3-SLD）复合的晶体结构。它显示了 RB3-SLD 与 2 个微管蛋白异二聚体在由 SLD 氨基末端结构域覆盖的弯曲复合物中的相互作用，这阻止了复合微管蛋白掺入微管中。与原丝中微管蛋白结构的比较表明，当微管蛋白从其直线构象转变为弯曲构象时，其亚基发生了变化。这些变化与横向接触的丧失相关，并为动态不稳定性的快速微管解聚特性提供了基本原理。此外，拉维利等人（2004）得出的结论是微管蛋白-秋水仙碱复合物的结构揭示了秋水仙碱的活性机制；他们证明秋水仙碱结合在一个位置，它阻止弯曲的微管蛋白采用直线结构，从而抑制组装。

▼ 测绘

通过体细胞杂交分析，Gerhard 等人（1985）发现睾丸特异性 α-微管蛋白基因与2 号染色体标记IDH1（ 147700 ） 完全坐标分离。由于 22 例中有 4 例与 2p 标记 MDH1（ 154200 ） 不一致，他们得出结论，该基因可能在 2q 上。

科迪亚尔等人（2007）指出，TUBA4A 基因定位于染色体 2q35，而小鼠同源基因定位于染色体 1C3。

▼ 分子遗传学

史密斯等人（2014）在肌萎缩侧索硬化症（ALS22; 616208 ）患者中检测到 TUBA4A 基因（ 191110.0001 - 191110.0006 ） 外显子 4 的杂合突变。在功能研究中，Smith 等人（2014）发现 W407X 突变蛋白（ 191110.0003 ） 没有整合到微管网络中，并在约 40% 的转染初级运动神经元（PMN） 和约 85% 的转染 HEK293 细胞中形成小的泛素化细胞质包涵体。史密斯等人（2014）还研究了突变 TUBA4A 使用无细胞系统有效形成微管的能力，以量化其与 α/β-微管蛋白二聚体的结合。他们发现 TUBA4A-W407X 没有产生明显的二聚体，而 A383T（ 191110.0005 ） 和两个 R320 突变体（ 191110.0001和191110.0002 ） 相对于野生型蛋白质显示出显着较低的组装水平。其他变体与对照没有区别，除了 TUBA4A-R215C（ 191110.0004 ） 的微小但可重复的迁移差异。总体而言，史密斯等人（2014）发现与 FALS 相关的变体在体外无法有效地形成 α/β-微管蛋白二聚体，在培养细胞中显示出掺入微管的减少，并抑制微管网络组装并降低结构稳定性。基于这些数据，Smith 等人（2014）得出结论，TUBA4A 错义突变似乎通过显性负机制破坏微管动力学和稳定性。针对 W407X 突变提出了不同的机制。

▼ 等位基因变体（ 6个精选示例）：

.0001 肌萎缩侧索硬化 22 无额颞叶痴呆
TUBA4A、ARG320CYS
在患有肌萎缩侧索硬化症 22（ALS22; 616208 ） 的患者中，Smith 等人（2014）确定了 TUBA4A 基因外显子 4 中的 G 到 A 转换，导致 arg320 到 cys（R320C） 突变。发病年龄为 64 岁。患者或家属均无痴呆病史。没有患者的亲属可用于测试隔离；然而，在 13,023 个对照样本中没有观察到这种突变。R320C 突变发生在斑马鱼中完全保守的精氨酸上，功能研究表明，与野生型蛋白相比，R320C 突变蛋白的二聚体组装水平显着降低。

.0002 肌萎缩侧索硬化 22 无额颞叶痴呆
TUBA4A, ARG320HIS
Smith 等人从总共 363 例家族性 ALS 指示病例中发现了1 例 ALS22（ 616208 ） 患者（2014）检测到 TUBA4A 基因外显子 4 中的 C 到 T 转换，导致 arg320 到他（R320H） 突变。发病年龄为 41 岁。患者或家属均无痴呆病史。没有患者的亲属可用于测试隔离；然而，在 13,023 个对照样本中没有观察到这种突变。R320H 突变发生在斑马鱼中完全保守的精氨酸上，功能研究表明，与野生型蛋白相比，R320H 突变蛋白的二聚体组装水平显着降低。

.0003 肌萎缩侧索硬化 22 无额颞叶痴呆
TUBA4A、TRP407TER
Smith 等人从总共 363 例家族性 ALS 指示病例中发现了一名ALS22（ 616208 ）患者（2014）检测到 TUBA4A 基因的外显子 4 中的 C 到 T 转换，导致 trp407 到 ter（W407X） 取代和随后删除蛋白质的最后 41 个氨基酸。发病年龄为66岁。患者或家属均无痴呆病史。没有患者的亲属可用于测试隔离；然而，在 13,023 个对照样本中没有观察到这种突变。W407X 突变体中截断的 C 末端区域与 β-微管蛋白亚基（ 191130） 以及驱动蛋白和其他微管相关蛋白的运动结构域。功能研究表明，W407X 突变蛋白缺乏形成二聚体或整合到微管网络中。多个聚集体状夹杂物也有所增加。虽然研究的错义突变似乎通过显性负机制起作用，但Smith 等人（2014）提出，由于 W407X 显示出类似于其他 ALS 相关突变蛋白的聚集倾向，其有害作用可能是通过不同的机制，例如将微管蛋白结合蛋白捕获到聚集体中或通过使泛素蛋白酶体系统过载。

.0004 肌萎缩侧索硬化 22 伴额颞叶痴呆
TUBA4A、ARG215CYS
Smith 等人从总共 363 例家族性 ALS 指示病例中确定了一名患有 ALS22（ 616208 ） 和额颞叶痴呆（FTD; 600274 ） 的患者（2014）检测到 TUBA4A 基因外显子 4 中的 G 到 A 转换，导致 arg215 到 cys（R215C） 突变。发病年龄为78岁。患者的母亲也患有 FTD。就掺入微管而言，该突变相对于野生型蛋白质显示出显着不同的分布。没有患者的亲属可用于测试隔离；然而，在 13,023 个对照样本中没有观察到这种突变。

.0005 肌萎缩侧索硬化 22 无额颞叶痴呆
TUBA4A, ALA383THR
Smith 等人在从总共 363 例家族性 ALS 指示病例中确定的ALS22（ 616208 ）个体中（2014）检测到 TUBA4A 基因外显子 4 中的 C 到 T 转换，导致 ala383 到 thr（A383T） 突变。发病年龄为71岁。患者或患者家属均无痴呆病史。在 Exome Variant Server 数据库的 13,023 个总样本中，2,200 名非洲人后裔中有 1 人发现了这种突变。与野生型蛋白质相比，携带这种突变的蛋白质显示出显着降低的二聚体组装水平，以及在整个细胞中的不同分布。该突变还显示出使微管网络不稳定。

.0006 肌萎缩侧索硬化 22 无额颞叶痴呆
TUBA4A、THR145PRO
在患有 ALS22（ 616208 ） 的先证者中，Smith 等人（2014）确定了 TUBA4A 基因外显子 4 中的 C 到 T 转换，导致 thr145 到 pro（T145P） 取代。该变体与先证者家族中的疾病分离。先证者的发病年龄为48岁。报告了额颞叶痴呆家族史（FTD；600274）。