苯丙氨酰-tRNA 合成酶 2，线粒体; FARS2

FARS1
线粒体PHERS

HGNC 批准的基因符号：FARS2

细胞遗传学定位：6p25.1 基因组坐标（GRCh38）：6:5,261,006-5,771,582（来自 NCBI）

▼ 描述

氨酰基-tRNA 合成酶是催化氨基酸与其同源 tRNA 结合的酶。苯丙氨酰-tRNA 合成酶（PheRS）是 II 类氨酰基-tRNA 合成酶的成员（Bullard 等，1999）。

▼ 克隆与表达

Bullard 等人通过使用源自细菌 PheRS α 和 β 亚基保守区域的共有序列筛选人类 EST 数据库（1999）鉴定了 2 个部分 FARS2 克隆。序列分析确定一个克隆是另一个克隆的截短形式，并且人 FARS2 由单条多肽链组成。推导的 451 个氨基酸的 FARS2 蛋白的预测分子量为 49.6 kD，并且具有 N 端线粒体靶向信号。FARS2 与酵母和果蝇线粒体 PheRS 分别具有 42% 和 52% 的氨基酸同一性，并且与真核细胞质形式没有显着的同源性（参见 FARSA；602918）。通过 SDS-PAGE，FARS2 迁移为 48 kD 带，凝胶过滤和速度沉降离心分析确定 FARS2 作为单体具有活性。

杨等人（2016）发现 FARS2 基因在大鼠小脑浦肯野细胞中表达，但在大脑皮层锥体细胞或脊髓运动神经元中不表达。在小脑中，FARS2 与线粒体标记物共定位。

▼ 基因功能

通过氨酰化试验分析大肠杆菌中表达的标记-FARS2，Bullard 等人（1999）表明 FARS2 可以给 tRNA 充电苯丙氨酸，但充电速率比酵母细胞质 PheRS 低 20 至 30 倍。通过分析不同浓度 ATP 下的 FARS2 活性，他们证明人类线粒体 PheRS 需要高浓度 ATP 才能发挥最大活性。

▼ 基因结构

Bonnefond 等人（2005）确定 FARS2 基因包含 6 个外显子，跨度 403 kb。

埃洛等人（2012）指出FARS2基因包含7个外显子，其中外显子2-7是蛋白质编码。

▼ Mapping

Gross（2018）根据 FARS2 序列（GenBank AF097441）与基因组序列（GRCh38）的比对，将 FARS2 基因对应到染色体 6p25.1。

▼ 分子遗传学

结合氧化磷酸化缺陷 14

Shamseldin 等人在 3 名同胞中，由近亲沙特阿拉伯父母所生，患有联合氧化磷酸化缺陷（COXPD14；614946）（2012）鉴定了 FARS2 基因中的纯合突变（Y144C; 611592.0001）。该突变通过外显子组测序进行鉴定，并通过桑格测序进行确认。

Elo 等人通过对 2 名合并氧化磷酸化缺陷的同胞进行外显子组测序，表现为致命性婴儿癫痫性线粒体脑病（2012）鉴定了 FARS2 基因中 2 个错义突变的复合杂合性（I329T, 611592.0002; D391V, 611592.0003）。体外功能表达研究表明这些突变以及 Shamseldin 等人报道的 Y144C 突变（2012），所有这些都会导致氨酰化功能和蛋白质稳定性受损，导致 tRNA 充电能力整体下降。研究结果表明 FARS2 突变会导致线粒体翻译障碍。所有 3 名患者的表型特征为婴儿期发病的致命性脑病，伴有难治性癫痫发作、精神运动发育缺乏和乳酸性酸中毒。

常染色体隐性痉挛性截瘫 77

在 4 名同胞中，父母为中国近亲，患有常染色体隐性遗传性痉挛性截瘫-77（SPG77；617046），Yang 等人（2016）鉴定了 FARS2 基因中的纯合错义突变（D142Y; 611592.0005）。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。大肠杆菌的体外功能表达研究表明，与野生型相比，该突变导致酶活性严重受损。

Vernon 等人在 2 名患有线粒体功能障碍和痉挛性截瘫的同胞中（2015）鉴定了 FARS2 基因中的复合杂合突变：错义突变（R429C; 611592.0006）和基因内缺失（611592.0007）。

Vantroys 等人在 2 名患有线粒体功能障碍和痉挛性截瘫的无关患者中（2017）鉴定了 FARS2 基因中的复合杂合突变（611592.0008-611592.0010）。FARS2 催化 tRNA-phe 的充电。与正常对照成纤维细胞相比，患者成纤维细胞显示出带 Phe 的 tRNA 量减少，线粒体蛋白质合成率降低，从而影响了 OXPHOS 复合物的组装。

▼ 等位基因变异体（10 个选定示例）：

.0001 联合氧化磷酸化缺陷 14
FARS2、TYR144CYS
在 2 个同胞中，由近亲沙特阿拉伯父母所生，患有联合氧化磷酸化缺陷 14（COXPD14；614946），Shamseldin 等人（2012）鉴定了 FARS2 基因中的纯合 431A-G 转变，导致催化结构域中高度保守的残基处发生 tyr144 至 cys（Y144C）取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在 114 名沙特对照者中未发现该突变。

埃洛等人（2012）发现Y144C突变发生在反密码子茎结合域界面上的氨酰化域中，并且可能参与封闭结构的稳定。大肠杆菌的体外功能表达研究表明，该突变导致对 tRNA 的亲和力降低，从而导致总体 tRNA 充电能力降低。

.0002 联合氧化磷酸化缺陷 14
FARS2、ILE329THR
Elo 等人在 2 名患有联合氧化磷酸化缺陷 14（COXPD14；614946）的芬兰同胞中（2012）鉴定了 FARS2 基因中 2 个突变的复合杂合性：外显子 5 中的 986T-C 转换导致 ile329-to-thr（I329T）取代，以及外显子 6 中的 1172A-T 转换导致 asp391-val（D391V; 611592.0003）取代。每个未受影响的父母都有一种突变杂合，而这两种突变在 400 条芬兰对照染色体或千人基因组计划数据库中均未发现。两种突变都发生在高度保守的残基处。ile329 残基是氨酰化结构域中 ATP 结合位点的一部分，而 asp391 则位于反密码子茎结合结构域中。大肠杆菌的体外功能表达研究。大肠杆菌表明，I329T 突变由于对 ATP 的亲和力降低，导致氨基酸活化的催化活性降低 4 倍。预计 D391V 突变会导致 phe 结合减少，从而导致氨酰化活性降低。这两种突变还导致蛋白质稳定性下降，从而导致总体充电能力下降。

.0003 联合氧化磷酸化缺陷 14
FARS2，ASP391VAL
用于讨论 Elo 等人在联合氧化磷酸化缺陷 14（COXPD14；614946）患者中以复合杂合状态发现的 FARS2 基因中的 asp391-to-val（D391V）突变（2012），参见 611592.0002。

.0004 联合氧化磷酸化缺陷 14
FARS2，ASP325TYR
Almalki 等人在一名 2.5 岁男孩中发现，该男孩的父母是无血缘关系的英国白人，患有联合氧化磷酸化缺陷 14 变异（COXPD14；614946）（2014）在 FARS2 基因的外显子 5 中鉴定出母系遗传的杂合 c.973G-T 颠换（c.973G-T, NM_006567.3），导致在参与 ATP 结合的催化结构域中的保守残基处出现 asp325 至 tyr（D325Y）取代。高分辨率阵列 CGH 显示，另一个等位基因携带父系遗传的 6p25.1 染色体 88 kb 间质缺失，包括 FARS2 的启动子和非翻译外显子 1 以及 LYRM4（613311）基因的 3-prime 外显子。在 COXPD19 家族中发现了 LYRM4 基因（R68L）的错义突变（615595）。Almalki 等人报告的患者组织分析（2014）显示骨骼肌和成肌细胞中存在孤立的复合物 IV 缺陷，但成纤维细胞中则没有。与对照相比，患者骨骼肌的 Northern 和 Western blot 分析显示 FARS2 mRNA 和蛋白质水平分别降低，体外功能表达测定显示 D325Y 突变蛋白没有可检测的酶活性，也没有可检测的 ATP 结合。然而，患者的成肌细胞并没有表现出线粒体蛋白合成受损，线粒体DNA也没有减少。体外功能表达测定表明，D325Y突变蛋白没有可检测的酶活性，也没有可检测的ATP结合。然而，患者的成肌细胞并没有表现出线粒体蛋白合成受损，线粒体DNA也没有减少。体外功能表达测定表明，D325Y突变蛋白没有可检测的酶活性，也没有可检测的ATP结合。然而，患者的成肌细胞并没有表现出线粒体蛋白合成受损，线粒体DNA也没有减少。

.0005 痉挛性截瘫 77，常染色体隐性
FARS2，ASP142TYR
在 4 名同胞中，父母为中国近亲，患有常染色体隐性遗传性痉挛性截瘫-77（SPG77；617046），Yang 等人（2016）在 FARS2 基因的外显子 2 中鉴定出纯合 c.424G-T 颠换（c.424G-T, NM_006567.3），导致反密码子茎结合结构域界面的氨酰化催化基序中高度保守的残基发生 asp142-to-tyr（D142Y）取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离，并且在 dbSNP（版本 132）或 1000 基因组计划数据库中未发现。大肠杆菌的体外功能表达研究表明，与野生型相比，该突变导致酶活性严重受损。

.0006 痉挛性截瘫 77，常染色体隐性
FARS2，ARG419CYS
Vernon 等人在 2 名患有线粒体功能障碍和痉挛性截瘫的同胞中（SPG77; 617046）（2015）鉴定了 FARS2 基因中的复合杂合突变：外显子 7 中父系遗传的 c.1255C-T 转换，导致苯丙氨酰 RNA 合成酶 C 末端结构域中的保守位置处的 arg419 到 cys（R419C）取代，以及母系遗传的 116 kb 间质缺失（核苷酸 5,610,223-5,726） ,369），包括全部外显子 6 以及部分内含子 5 和 6。分别通过外显子组测序和 SNP 阵列发现的突变，并通过桑格测序证实。NHBLI 外显子组测序项目数据库中的 6,500 名个体中未发现错义突变。没有进行变体的功能研究。

.0007 痉挛性截瘫 77，常染色体隐性
FARS2，116-KB DEL
用于讨论 Vernon 等人在 2 个患有线粒体功能障碍和痉挛性截瘫的同胞中以复合杂合状态发现的 FARS2 基因中的 116-kb 间质缺失（SPG77；617046）（2015），参见 611592.0006。

.0008 痉挛性截瘫 77，常染色体隐性
FARS2，PRO361LEU
Vantroys 等人在 2 名患有线粒体功能障碍和痉挛性截瘫的无关患者中（SPG77; 617046）（2017）鉴定了 FARS2 基因中的复合杂合突变：外显子 6 中的 c.1082C-T 转换（c.1082C-T，NM_006567.4），导致两个先证者的反密码子结合域中 pro361-to-leu（P361L）取代，与外显子 2 中的 c.461C-T 转换相结合，导致 ala154-to先证者 1 中催化结构域中的 -val（A154V; 611592.0009）替换，以及先证者 2 中催化结构域中 val174（611592.0010）的 3 bp 缺失（c.521_523delTGG）缺失。通过全外显子组测序发现了这些突变，并通过 Sanger 测序进行了确认。在 ExAC 数据库中，P361L 和 A154V 的患病率分别为 15/60,675 和 2/60,594，而在 ExAC 中未发现 V174del。

.0009 痉挛性截瘫 77，常染色体隐性
FARS2，ALA154VAL
用于讨论 FARS2 基因外显子 2 中的 c.461C-T 转换（c.461C-T，NM_006567.4），导致 ala154 到 val（A154V）取代，该取代在患有以下疾病的患者中以复合杂合状态发现Vantroys 等人的痉挛性截瘫 77（SPG77；617046）（2017），参见 611592.0008。

.0010 痉挛性截瘫 77，常染色体隐性
FARS2，3-BP DEL，521TGG
用于讨论 FARS2 基因中的 3-bp 缺失（c.521_523delTGG，NM_006567.4），导致 val174（V174del）缺失，该缺失在 sp 患者的复合杂合状态中发现Vantroys 等人的 astic paraplegia-77（SPG77; 617046）（2017），参见 611592.0008。