含有亮氨酸拉链和无菌 α 基序的激酶

ZAK 是一种丝氨酸-苏氨酸激酶，属于 MAPKKK 信号转导分子家族（ Gross et al., 2002 ）。

▼ 克隆与表达

通过搜索与酵母不育 20（Ste20） 相似的序列，然后筛选胎盘 cDNA 文库和 5-prime RACE，Liu 等人（2000）克隆了 ZAK。推导出的 800 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 91 kD。ZAK 包含一个 N 端激酶催化结构域，然后是一个亮氨酸拉链基序和一个不育-α 基序（SAM）。Northern 印迹分析检测到心脏、胎盘、肺、肝和胰腺中 3.0-kb ZAK 转录物的最高表达。

戈托等人（2001）克隆了 2 种可变剪接形式的小鼠 Zak，他们将其命名为 Mltk-α 和 Mltk-β。推导出的 803 和 454 氨基酸蛋白质的计算分子量分别为 91.7 和 51.3 kD。两种蛋白质都包含一个 N 末端激酶结构域，后跟一个亮氨酸拉链基序，并且都具有核输出信号。这两种蛋白质的 C 末端序列不同，Mltk-α 具有 SAM 结构域，Mltk-β 具有与 TAK1（MAP3K7; 602614 ） 的 C 末端区域相似的序列）。人体组织的 Northern 印迹分析检测到大约 7.7 kb 的转录本在心脏和骨骼肌中以最高水平表达。在心脏和骨骼肌中也检测到约 3.3 和 1.6 kb 的小转录本。在 COS-7 细胞中转染后，小鼠 Mltk-α 和 Mltk-β 定位于细胞质。核输出的抑制增加了两种蛋白质的核积累。

通过为 MAPK 级联成员筛选人类 Jurkat T 细胞 cDNA 表达文库，然后是 5-prime RACE，Gross 等人（2002）确定了 2 个 ZAK 剪接变体，MRK-α 和 MRK-β，它们的 3 素末端不同。推导出的 800 和 456 氨基酸蛋白质的计算分子量分别为 91.1 和 51.5 kD。人类 MRK-α 和 MRK-β 具有与小鼠 Mltk-α 和 Mltk-β 相同的蛋白质结构域结构。人类 MRK 亚型的共同激酶结构域与 MLK1（MAP3K9; 600136 ） 和 MLK2（MAP3K10 ; 600137 ）具有 52% 的相似性），它与 ​​TAK1 具有 47% 的同一性。Northern 印迹分析在所有检查的组织中检测到 7.5 kb 的显着转录物和 3.8 和 1.6 kb 的不太丰富的转录物。在骨骼肌和心脏中检测到最高表达，在脑和肾脏中检测到弱表达。转录物特异性探针将 3.8-kb 转录物鉴定为 MRK-α，将 7.5-kb 转录物鉴定为 MRK-β。

通过对小鼠胚胎进行整体原位杂交，Spielmann 等人（2016）展示了 Zak 在心脏和四肢发育中的表达。此外，作者指出，在人类胚胎后肢的 RNA-seq 数据集中，ZAK 在人类四肢中表达（Cotney 等人，2013 年）。

瓦斯利等人（2017）指出，较短的 ZAK 异构体（异构体 2）是骨骼肌和心脏中的主要异构体。RT-PCR 研究表明 Zak 在几种不同的小鼠组织中表达，特别是在 I 型骨骼肌中，如横膈膜和比目鱼肌。Zak 似乎在分裂成肌细胞中比在分化肌管中表达更多。总之，这些数据支持了 ZAK 异构体 2 在骨骼肌中的重要性。

▼ 基因结构

格罗斯等人（2002）确定 ZAK 基因包含 21 个外显子，跨度为 213 kb。

▼ 测绘

Gross（2015）基于 ZAK 序列（GenBank AB030034 ） 与基因组序列（GRCh38） 的比对，将 ZAK 基因对应到染色体 2q31.1。

▼ 基因功能

通过对转染的人肝癌细胞系进行免疫沉淀，Liu 等人（2000）确定 ZAK 可以形成低聚物。通过体外激酶测定，他们发现 ZAK 激活了 JNK/SAPK1（MAPL8；601158）和 NFKB（见164011）。ZAK的过表达导致细胞凋亡。

Gotoh 等人在 COS-7 细胞中使用共转染试验（2001）发现小鼠 Mltk-α 和 Mltk-β 均激活 Erk2（MAPK1; 176948 ）、Jnk、p38（MAPK14; 600289 ） 和 Erk5（MAPK7; 602521）。两种 Mltks 都激活了通过磷酸化和激活各自的 MAP 激酶激酶测试的所有 MAP 激酶途径。Mltk-α 和 Mltk-β 也被激活自磷酸化以响应高渗性介质的渗透性休克。Mltk-α，但不是 Mltk-β，在小鼠成纤维细胞中的表达导致肌节蛋白应力纤维的破坏和剧烈的形态变化。Mltk-α 的激酶死亡突变体不会引起这些变化，p38 通路的抑制显着阻止了 Mltk-α 诱导的应力纤维破坏和形态学变化。

格罗斯等人（2002）发现在转染的 COS-1 细胞中表达的 MRK-β 对通用测试底物表现出自磷酸化和激酶活性。关键赖氨酸（lys45） 突变为丙氨酸消除了这些活动。Gross 等人结合使用固相蛋白激酶测定、瞬时转染和分析转染的人 MRK-β 对转染的犬肾细胞内源性蛋白质的影响（2002）发现 MRK-β 通过 MKK3（MAP2K3; 602315 ）/MKK6（MAP2K6; 601254 ） 和 JNK 通过 MKK4（MAP2K4; 601335 ） /MKK7（MAP2K7; 603014 ） 优先激活 ERK5/p38-γ）。MRK 的表达增加了细胞周期 G2/M 期的细胞群，而显性阴性 MRK 减弱了由伽马辐射引起的 G2 停滞。此外，细胞暴露于伽马辐射会诱导 MRK 活性。格罗斯等人（2002）得出结论，MRK 可能介导导致细胞周期停滞的伽马辐射信号传导，并且 MRK 活性对于细胞中的细胞周期检查点调节是必需的。

Yang（2002）发现哺乳动物 ZAK 通过 Mkk7 激活 Jnk。激酶死亡 Zak 在小鼠成纤维细胞中的表达破坏了肌节蛋白应力纤维并引起形态学变化。野生型 Zak 的表达增加了细胞周期 G2/M 期的细胞数量。Yang（2002）得出结论，ZAK 活动可能参与调节肌节蛋白组织和 G2 阻滞。

通过共转染的人胚胎肾细胞的免疫沉淀，Yang（2003）发现了表位标记的 ZZAPK（ZNF33A; 194521 ） 和 ZAK之间的直接相互作用。突变分析表明 ZAK 的 SAM 结构域是结合 ZZAPK 所必需的。通过在大鼠成纤维细胞系中共表达，Yang（2003）发现 ZZAPK 可抵消 ZAK 对 G2/M 细胞周期停滞的影响。

Zak 是培养的大鼠心肌细胞中细胞肥大的阳性介质。黄等人（2004）发现显性阴性 Zak 蛋白的表达抑制了这些培养物中 TGF-β（ 190180 ） 诱导的心脏肥大的特征，包括细胞大小增加、心房利钠因子（ANF; 108780 ） 表达升高和增加肌节蛋白纤维的组织。此外，显性阴性 Mkk7 阻断了 Tgf-β 和 Zak 诱导的 Anf 表达。黄等人（2004）得出结论，ZAK 通过 TGF-β-ZAK-MKK7-ANF 信号通路介导 TGF-β 诱导的心脏肥大。

▼ 分子遗传学

中轴多指畸形的分足畸形

Spielmann 等人 在 2 个无关家族的受影响成员中，将分足畸形与中轴多指畸形（SFMMP; 616890） 隔离开来（2016）确定了错义突变（F368C; 609479.0001 ） 和基因内缺失（ 609479.0002 ） 的纯合性，它们在各自的家族中与疾病分离，在公共变异数据库中没有发现。瓦斯利等人（2017）注意到Spielmann 等人发现的突变（2016）发生在 ZAK 异构体 1 的 SAM 域，在肌肉中几乎不表达。

中枢性肌病 6 伴纤维型不均衡

Vasli 等人在来自 3 个不相关的近亲家族的 6 名患有中央核肌病 - 6 纤维型不均衡（CNM6; 617760 ） 的患者中（2017）在 ZAK 基因中发现了 3 个不同的纯合截断突变（ 609479.0003 - 609479.0005）。通过外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变与所有家族的疾病分离。所有突变都发生在 N 末端激酶结构域，对患者细胞的分析表明它们导致无义介导的 mRNA 衰变，与功能丧失一致。其中一名患者的肌肉组织显示出多个基因的差异表达，包括参与细胞粘附、细胞外基质、糖胺聚糖/碳水化合物结合和肌肉发育的基因上调，以及肌节基因和参与糖异生的基因下调。

▼ 动物模型

通过 CRISPR/Cas 介导的 2 个 Zak 异构体敲除，Spielmann 等人（2016）产生了 Zak-null 小鼠，并在胚胎第 9.5 天观察到由于严重的心脏水肿和生长迟缓而导致的完全外显性致死率。相比之下，杂合小鼠在形态上与它们的野生型同窝小鼠没有区别。

▼ 等位基因变体（ 5个精选示例）：

.0001 分足畸形伴中轴多指畸形
扎克，PHE368CYS
Spielmann 等人在一个近亲巴基斯坦家庭的受影响成员中将分裂足畸形与中轴多指畸形（SFMMP; 616890） 隔离开来（2016）确定了 ZAK 基因外显子 14 中 c.1103T-G 颠换（c.1103T-G，NM_016653.2）的纯合性，导致在高度保守的残基处发生 phe368-to-cys（F368C） 取代一个不育的 α 基序（SAM） 结构域。该突变与家族中的疾病分离，在 180 名巴基斯坦对照或 Exome Variant Server 或 ExAC 数据库中未发现。斯皮尔曼等人（2016）使用圆二色性分析了 SAM 结构域的二级结构，并观察到与野生型相比，突变体的 α-螺旋性损失约 30%。此外，热展开实验显示与突变体的协同展开过渡完全丧失。F268C 突变体还在天然凝胶测定中引起迁移延迟，表明它易于聚集。

.0002 中轴多指畸形的分足畸形
ZAK，14.7 KB 删除
Spielmann 等人在一名患有中轴多指畸形（SFMMP; 616890） 的突尼斯男孩中（2016）鉴定了 14.7-kb 基因内缺失（chr2.174,089,603-174,104,284del, GRCh37） 的纯合性，去除了 ZAK 基因不育 α 基序（SAM） 结构域中的外显子 12 至 16。Sanger测序显示缺失位点也发生了31 bp的插入。他未受影响的堂兄父母是杂合子的删除，这在内部或公共 CNV 数据库中没有发现。斯皮尔曼等人（2016）产生了缺失 SAM 结构域的突变小鼠，并观察到一系列具有低外显率的复杂后肢重复表型。此外，已知肢体发育基因 Trp63（TP63; 603273） 显示纯合子与野生型后肢的 Trp63 表达降低了 60%。

.0003 肌病，中心核，6 ，伴有纤维型不均衡
ZAK，2-BP DEL，490AT
在一名 27 岁的男性中，由近亲法国父母（家庭 1）出生，患有中央核肌病 6 并伴有纤维型不成比例（CNM6; 617760 ），Vasli 等人（2017）鉴定了 ZAK 基因中的纯合 2-bp 缺失（c.490_491delAT，NM_133646），导致激酶结构域中的移码和过早终止（Met164fsTer24）。该突变是通过纯合子图谱和外显子组测序相结合发现并通过 Sanger 测序确认的，与家族中的疾病分离。在 dbSNP、1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 ExAC 数据库或多个内部数据库中未发现该变体。对患者细胞的分析显示 ZAK 转录水平显着降低，这与无意义介导的 mRNA 衰变和功能丧失一致。

.0004 肌病，中心核，6 ，伴有纤维型分布不均
扎克，TRP172TER
Vasli 等人的 2 个姐妹，其父母为法裔加拿大血统（家庭 2），患有中央核肌病 6 并伴有纤维型不成比例（CNM6; 617760 ）（2017）鉴定了 ZAK 基因中的纯合 c.515G-A 转换（c.515G-A，NM_133646），导致激酶结构域中的 trp172-to-ter（W172X）取代。该突变是通过纯合子图谱和外显子组测序相结合发现并通过 Sanger 测序确认的，与家族中的疾病分离。在 dbSNP、1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 ExAC 数据库或多个内部数据库中未发现该变体。对患者细胞的分析显示 ZAK 转录水平显着降低，这与无意义介导的 mRNA 衰变和功能丧失一致。骨骼肌中没有 ZAK 同种型 2 的表达。Tetreault 等人最初将这些患者报告为 I 家庭（2006 年）。

.0005 肌病，中心核，6 ，伴有纤维型分布不均
ZAK，1-BP INS，280T
Vasli 等人在 3 名同胞中，由近亲巴基斯坦父母（家庭 3）出生，患有中央核肌病 6 并伴有纤维型不成比例（CNM6; 617760 ）（2017）鉴定了 ZAK 基因中的纯合 1-bp 插入（c.280_281insT，NM_133646），导致激酶结构域中的移码和过早终止（Asn95Ter）。通过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、1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 ExAC 数据库或多个内部数据库中未发现该变体。对患者细胞的分析显示 ZAK 转录水平显着降低，这与无意义介导的 mRNA 衰变和功能丧失一致。患者骨骼肌的蛋白质印迹分析显示 ZAK 同工型 2 显着减少且 ZAK 同工型 1 不存在。