泛素羧基末端酯酶 L1; UCHL1

泛素 C 末端水解酶，神经元特异性
PGP9.5

HGNC 批准的基因符号：UCHL1

细胞遗传学位置：4p13 基因组坐标（GRCh38）：4:41,256,927-41,268,454（来自 NCBI）

▼ 描述

UCHL1 是一个基因家族的成员，其产物水解泛素的小 C 端加合物，生成泛素单体。UCHL1 的表达对神经元、弥漫性神经内分泌系统的细胞及其肿瘤具有高度特异性。它存在于所有神经元中（Doran 等，1983）。

▼ 克隆和表达

Day 和 Thompson（1987）克隆了 UCHL1 cDNA。他们将推导的蛋白质称为 PGP9.5，包含 212 个氨基酸。

多兰等人（1983）纯化了Jackson和Thompson（1981）报道的PGP9.5蛋白，发现其分子量为27 kD。他们表明，该蛋白质在大脑中的浓度至少比其他器官高 50 倍，并且是神经元细胞质的主要蛋白质成分。

通过 Northern blot 分析，Leroy 等人（1998）检测到仅在大脑中表达的 1.3-kb 转录本。对特定大脑区域的检查揭示了所有测试区域的表达，特别是在黑质中。

▼ 基因结构

日等（1990）确定 UCHL1 基因包含 9 个外显子，跨度 10 kb。5-引物区域包含许多基因共有的元件以及与编码神经丝神经元特异性烯醇酶（ENO2；131360）和THY1抗原（188230）的基因的5-引物区域共享的其他元件。勒罗伊等人（1998）证实UCHL1有9个编码外显子，并且他们发现外显子1和3之间的GC含量很高。

▼

Edwards 等人通过对一组人类/啮齿类体细胞杂交体 DNA 进行 PCR 分析进行作图（1991）将 UCHL1 对应到 4 号染色体。通过原位杂交，他们将分配区域化到 4p14。

▼ 基因功能

Liu et al.（2002）发现 UCHL1，特别是与帕金森病 5（PARK5；613643）较高易感性相关的变体，导致培养细胞中 α-突触核蛋白（163890）的积累，这种效应无法用其公认的水解酶活性来解释。UCHL1 表现出第二种二聚化依赖性泛素连接酶活性。UCHL1 的多态性变体（S18Y；191342.0002）在一些研究中与帕金森病风险降低相关，与野生型酶相比，其连接酶活性降低，但具有相当的水解酶活性。作者得出结论，UCHL1 的连接酶和水解酶活性可能在蛋白酶体蛋白降解中发挥作用，而蛋白酶体蛋白降解对神经元健康至关重要。

与在所有组织中表达的 UCHL3（603090）同工酶相反，UCHL1 仅在神经元和睾丸/卵巢中表达。大阪等人（2003）观察到 UCHL1 与单泛素相关并共定位，并延长了泛素半衰期。在 UCHL1 功能丧失的纤细轴突营养不良（gad）小鼠中，作者证明神经元中单泛素水平降低。相比之下，UCHL1 的过度表达导致培养细胞和小鼠中泛素水平增加。作者认为，UCHL1 对泛素具有亲合力和亲和力，可以确保神经元内泛素的稳定性。

Kabuta 等人在转染的哺乳动物细胞中使用免疫共沉淀分析（2008）表明人 UCHL1 与 LAMP2A（309060）、分子伴侣介导的自噬（CMA）的溶酶体受体以及 CMA 途径成分 HSC70（HSPA8; 600816）和 HSP90（HSP90AA1; 140571）相互作用。重组蛋白分析表明 UCHL1 直接与 LAMP2A 的细胞质区域相互作用。UCHL1 不被 CMA 途径降解，而是被巨自噬降解。对 UCHL1 突变体的分析表明，UBCHL1 与 CMA 机制的相互作用孤立于 UCHL1 酶活性以及 UCHL1 与单泛素的相互作用。

Reinicke 等人使用蛋白质印迹分析（2019）证明小鼠 Uchl1 在树突状细胞（DC）中表达，并且其表达和酶活性受到免疫刺激的调节。Cd8（参见 186910）T 细胞反应的交叉引发需要 Uchl1，因此，小鼠中 Uchl1 的缺失会损害 Cd8 T 细胞反应，并影响李斯特菌感染后的早期先天中性粒细胞流入。Uchl1 的缺失不会干扰 DC 中的吞噬作用和吞噬体成熟。然而，Uchl1 缺失减少了通过交叉呈递回收主要组织相容性复合物 I 类分子的转移。

▼ 分子遗传学

常染色体隐性痉挛性截瘫 79

Bilguvar 等人在 3 名同胞中，由近亲土耳其父母所生，患有常染色体隐性遗传性痉挛性截瘫 79（SPG79；615491）（2013）鉴定了 UCHL1 基因中的纯合错义突变（E7A; 191342.0003）。该突变是通过纯合性作图和全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与该家族中的疾病分离。大肠杆菌体外功能表达研究表明，与野生型相比，E7A 突变蛋白与泛素的结合减少，水解酶活性显着降低（小于 10%）。患者在 5 岁时因视神经萎缩而出现进行性视力丧失，随后出现痉挛、小脑性共济失调、周围神经病变和肌颤，与全身性神经变性和神经肌肉接头缺陷一致。临床特征类似于 Uchl1 缺失小鼠的临床特征（Yamazaki et al., 1988）。比尔古瓦尔等人（2013）指出，父母双方都没有帕金森病的证据，因为他们的突变都是杂合的。研究结果表明 UCHL1 在维持神经系统完整性中的重要性。

Rydning 等人在 3 个患有 SPG79 的同胞中，包括一对同卵双胞胎兄弟，他们的父母都是无血缘关系的挪威人（2017）鉴定了 UCHL1 基因中的复合杂合错义突变：R178Q（191342.0004）和 A216D（191342.0005）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。大肠杆菌的体外功能表达研究表明，与对照相比，R178Q 突变导致酶活性增加 4 倍。由于 A216D 突变的表达导致产生包含可能错误折叠的聚集蛋白的包涵体，因此无法对该突变体进行活性测定。

在帕金森病中可能的作用

泛素 C 末端水解酶 L1 占可溶性脑蛋白总量的 1% 至 2%（Wilkinson 等，1989）。它在路易体中的出现及其在蛋白酶体途径中的功能使其成为帕金森病中引人注目的候选基因。在一个患有典型帕金森病（PARK5；613643）的德国家庭中，Leroy 等人（1998）鉴定了 UCHL1 基因 ile93 到 met（I93M; 191342.0001）的错义突变，导致该硫醇蛋白酶的催化活性部分丧失。他们认为这可能导致蛋白水解途径的异常和蛋白质的聚集。希利等人（2006）指出 Leroy 等人的研究结果（1998）从未被复制过，因此这种关联是不确定的。

林肯等人（1999）对 11 个帕金森病家族的 UCHL1 基因的整个编码区进行了测序，其帕金森病模式与常染色体显性遗传一致。尽管他们在非编码区发现了多态性，但唯一的氨基酸变化是S18Y（191342.0002）。在白种人群体中大约 20% 的染色体中发现了 S18Y 等位基因，这表明它不太可能具有致病性。林肯等人（1999）得出的结论是，I93M 变异必定是帕金森病的罕见原因，或者是一种无害的替代，其在家庭中的出现反映了偶然性。

Healy 等人在 3,023 名白人中（2006）发现 S18Y 变体在任何遗传模式下都不能预防帕金森病。单倍型标记方法也没有检测到 UCHL1 基因中的其他相关变异。此外，在包含 6,594 名个体的更新荟萃分析中未观察到关联。累积荟萃分析显示出无效效应的趋势。

▼ 动物模型

纤细轴突营养不良（gad）小鼠是一种常染色体隐性突变体，在幼年时表现出感觉共济失调，随后出现运动共济失调（Yamazaki et al., 1988）。在病理学上，突变体的特征是“死亡”型轴突变性和神经末梢球状体的形成。人类的病理观察表明，大脑衰老和神经退行性疾病与泛素化蛋白缀合物的逐渐积累有关。在 gad 小鼠中，β-淀粉样蛋白和泛素阳性沉积物的积累沿着感觉和运动神经系统逆行发生。苏等人。Saigoh 等（1995）表明 gad 突变位于小鼠 5 号染色体上（1999）发现gad突变是由包括Uchl1基因的外显子7和8在内的框内缺失引起的，编码在神经系统和睾丸中选择性表达的泛素羧基末端水解酶。gad 等位基因编码一种截短的 Uchl1 蛋白，该蛋白缺少包含催化残基的 42 个氨基酸片段。由于这种蛋白质被认为通过产生游离单体泛素来刺激蛋白质降解，因此 gad 突变似乎会影响蛋白质周转。研究结果表明，泛素系统功能的改变直接导致神经退行性变。gad 小鼠为研究人类神经退行性疾病提供了一个有用的模型。由于这种蛋白质被认为通过产生游离单体泛素来刺激蛋白质降解，因此 gad 突变似乎会影响蛋白质周转。研究结果表明，泛素系统功能的改变直接导致神经退行性变。gad 小鼠为研究人类神经退行性疾病提供了一个有用的模型。由于这种蛋白质被认为通过产生游离单体泛素来刺激蛋白质降解，因此 gad 突变似乎会影响蛋白质周转。研究结果表明，泛素系统功能的改变直接导致神经退行性变。gad 小鼠为研究人类神经退行性疾病提供了一个有用的模型。

栗原等人（2000）表明，相关 Uchl3 基因（603090）定向删除的纯合小鼠与野生型小鼠没有区别。为了评估这 2 种水解酶是否具有冗余功能，Kurihara 等人（2001）产生了 Uchl1（gad）和 Uchl3（δ3-7）纯合的小鼠。双纯合子的重量比单纯合子轻 30%，并且表现出更早的致死性，可能是由于吞咽困难。在这些小鼠中注意到孤束核和髓质后区的轴突变性。双纯合子还表现出比 Uchl1（gad）单纯合子中观察到的更严重的髓质和脊髓细束轴突变性。此外，在双纯合子和Uchl3（δ3-7）单纯合子中均检测到背根神经节细胞体变性。鉴于 Uchl1（gad）和 Uchl3（δ3-7）单纯合子都表现出明显的退行性缺陷，这些缺陷在双纯合子中加剧，作者得出结论，Uchl1 和 Uchl3 在维持纤薄束、孤束核和后区神经元方面可能具有孤立和重叠的功能。

龚等人（2006）发现抑制小鼠海马切片中的 Uchl1 会降低正常突触功能和长时程增强。App（104760）/Ps1（PSEN1; 104311）小鼠海马中可溶性 Uchl1 水平降低，这些小鼠在 8 至 10 周龄时开始沉积淀粉样蛋白 - β（A-β），并重现阿尔茨海默病（参见 104300）患者中观察到的一些认知缺陷。用寡聚淀粉样蛋白-β 处理的小鼠海马切片和 App/Ps1 小鼠切片中 Uchl1 水平的恢复恢复了酶活性和突触功能。注射 Uchl1 改善了 App/Ps1 小鼠的情境恐惧学习。在应用 A-β 之前用 Uchl1 处理海马切片可阻止在没有预处理的情况下观察到的蛋白激酶 A（PKA；参见 188830）活性的降低。Uchl1 还逆转了 A-β 诱导的 Creb（CREB1; 123810）磷酸化抑制。龚等人（2006）得出结论，PKA-CREB 通路介导 UCHL1 对 A-β 诱导的突触功能障碍的影响。

MacDonald（1999）讨论了泛素-蛋白酶体系统和退行性疾病的一般意义，以及这些发现在 gad 小鼠中的具体意义。

Kyratzi 等人在来自 gad 小鼠的神经元中（2008）发现Uchl1的缺乏导致游离泛素减少，但蛋白酶体功能没有整体下降或对氧化应激的敏感性增强。研究结果表明，野生型 UCHL1 在神经元细胞中充当单体泛素的稳定剂。

赖尼克等人（2019）发现杂合或纯合的 Uchl1 缺陷导致幼年小鼠出生后感觉运动反射加速，多泛素化蛋白水平降低，随后成年小鼠运动退化。Uchl1 的缺失会促进 mTorc1（601231）活性并增加小鼠神经元中的蛋白质合成。蛋白酶体降解在 Uchl1 缺陷的幼年小鼠中增强，而在老年小鼠中下降。结果，当神经退行性病变已经进展时，Uchl1缺陷小鼠表现出年龄和大脑区域依赖性的单泛素减少和多泛素化蛋白的积累。此外，异常的蛋白质合成和降解与内质网应激和 ATP 消耗有关，导致 Uchl1 缺陷神经元中蛋白质稳态应变的改变。

▼ 等位基因变异体（5 个选定示例）：.

0001 帕金森病 5，常染色体显性遗传，易感（1 个家族）
UCHL1、ILE93MET
Leroy 等人在一对患有典型帕金森病（PARK5; 613643）的兄妹中（1998）鉴定了 UCHL1 基因外显子 2 中的杂合 277C-G 颠换，导致高度保守区域中的 ile93-to-met（I93M）取代。叔叔和祖父也受到影响，但父亲没有受到影响，表明外显不完全。在 500 条对照染色体中未发现该突变。大肠杆菌体外功能表达研究表明，与野生型相比，突变蛋白的催化活性降低了约 50%。勒罗伊等人（1998）指出UCHL1已被确定为路易体的组成部分。

希利等人（2006）指出 Leroy 等人的研究结果（1998）从未被复制过，因此这种关联是不确定的。

卡布塔等人（2008）表明，与野生型 UCHL1 相比，具有 I93M 突变的人 UCHL1 与 CMA 途径成分 LAMP2A（309060）、HSC70（HSPA8; 600816）和 HSP90（HSP90AA1; 140571）的相互作用增强，并由于抑制 CMA 依赖性降解而导致 α-突触核蛋白（SNCA; 163890）的积累。 α-突触核蛋白。UCHL1 I93M 与 CMA 机制的异常相互作用孤立于 UCHL1 与单泛素的相互作用，并且不影响巨自噬对蛋白质的降解。此外，I93M 突变不会导致 UCHL1 功能丧失，并且异常相互作用与 UCHL1 酶活性无关。

.0002 重新分类 - 意义未知的变体
UCHL1、SER18TYR
该变体以前的标题为帕金森病 5，耐药性，已根据以下相互矛盾的证据重新分类。

林肯等人（1999）鉴定了 UCHL1 基因外显子 3 中的 Ser18-to-tyr（S18Y）多态性。在白种人群体中大约 20% 的染色体中发现了 S18Y 等位基因，作者认为它不太可能具有致病性。

刘等人（2002）发现与野生型酶相比，S18Y 变体的泛素连接酶活性降低，但其水解酶活性相当。

马拉加诺尔等人（2004）对 11 项已发表的 UCHL1 S18Y 变异与帕金森病研究的数据进行了协作汇总分析（613643）：3 项研究报告该变异与 PD 没有关联，4 项报告仅在 PD 亚组中存在关联，4 项报告报告 S18Y 与 PD 呈负相关。Maraganore 等人从总共 1,970 例病例和 2,224 例对照中得出结论（2004）发现 S18Y 与 PD 总体呈负相关。变异等位基因的携带者（Y/Y 加 Y/S 与 S/S 相比）的优势比（OR）为 0.84，变异等位基因纯合子（Y/Y 与 S/S 加 Y/S 相比）的 OR 为 0.71。log OR 存在与基因剂量效应一致的线性趋势。与年轻对照相比，年轻病例的负相关最为明显。

Healy 等人在 3,023 名白人中（2006）发现 S18Y 变体在任何遗传模式下都不能预防帕金森病。此外，在包含 6,594 名个体的更新荟萃分析中未观察到关联。累积荟萃分析显示出无效效应的趋势。

基拉齐等人（2008）发现 UCHL1 基因的 S18Y 变体（而非野生型）在人神经母细胞瘤细胞和原代皮质神经元中以生理水平表达时赋予特定的抗氧化保护功能。这种效应似乎是由于对损伤的反应而导致的活性氧减少所致。这些结果为氧化应激作为某些形式的散发性帕金森病发病因素的重要性提供了间接证据。野生型或 S18Y 变体的过度表达似乎不会直接影响蛋白酶体，尽管它们都会导致游离泛素的稳定。

鲁道夫等人（2011）研究了 S18Y 多态性对白内障形成的可能影响。他们利用动态等位基因特异性杂交，分析了 493 名白内障患者和 142 名对照者的 S18Y 多态性。在对照组和具有与白内障诊断相关的 UCHL1 等位基因 A 阳性携带状态的白内障患者之间，观察到等位基因和基因型频率存在显着差异。鲁道夫等人（2011）的结论是，他们的研究不支持 S18Y 多态性在白内障发展中的保护作用。相反，他们的发现表明这种多态性可能具有促进疾病的作用。

.0003 痉挛性截瘫 79，常染色体隐性
UCHL1，GLU7ALA
Bilguvar 等人在 3 名同胞中，由近亲土耳其父母所生，患有常染色体隐性遗传性痉挛性截瘫 79（SPG79；615491）（2013）鉴定了 UCHL1 基因中的纯合 A 至 C 颠换，导致泛素结合域中高度保守的残基发生 glu7 至 ala（E7A）取代。该突变是通过纯合性作图和全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与该家族中的疾病分离。在 dbSNP 或 1000 个基因组计划数据库、欧洲个体的 2,400 个对照外显子组或 948 个土耳其对照染色体中均未发现该变异。分子模型预测，E7A 取代可能会限制底物在跨越催化裂隙的交叉 L8 环下方的正确定位，从而干扰底物结合。大肠杆菌体外功能表达研究表明，与野生型相比，E7A 突变蛋白与泛素的结合减少，水解酶活性显着降低（小于 10%）。患者在 5 岁时因视神经萎缩而出现进行性视力丧失，随后出现痉挛、小脑性共济失调、周围神经病变和肌颤，与全身性神经变性和神经肌肉接头缺陷一致。临床特征类似于 Uchl1 缺失小鼠的临床特征（Yamazaki et al., 1988）。比尔古瓦尔等人（2013）指出，父母双方都没有帕金森病的证据，因为他们的突变都是杂合的。大肠杆菌显示，与野生型相比，E7A 突变蛋白与泛素的结合减少，水解酶活性显着降低（小于 10%）。患者在 5 岁时因视神经萎缩而出现进行性视力丧失，随后出现痉挛、小脑性共济失调、周围神经病变和肌颤，与全身性神经变性和神经肌肉接头缺陷一致。临床特征类似于 Uchl1 缺失小鼠的临床特征（Yamazaki et al., 1988）。比尔古瓦尔等人（2013）指出，父母双方都没有帕金森病的证据，因为他们的突变都是杂合的。大肠杆菌显示，与野生型相比，E7A 突变蛋白与泛素的结合减少，水解酶活性显着降低（小于 10%）。患者在 5 岁时因视神经萎缩而出现进行性视力丧失，随后出现痉挛、小脑性共济失调、周围神经病变和肌颤，与全身性神经变性和神经肌肉接头缺陷一致。临床特征类似于 Uchl1 缺失小鼠的临床特征（Yamazaki et al., 1988）。比尔古瓦尔等人（2013）指出，父母双方都没有帕金森病的证据，因为他们的突变都是杂合的。与系统性神经变性和神经肌肉接头缺陷一致。临床特征类似于 Uchl1 缺失小鼠的临床特征（Yamazaki et al., 1988）。比尔古瓦尔等人（2013）指出，父母双方都没有帕金森病的证据，因为他们的突变都是杂合的。与系统性神经变性和神经肌肉接头缺陷一致。临床特征类似于 Uchl1 缺失小鼠的临床特征（Yamazaki et al., 1988）。比尔古瓦尔等人（2013）指出，父母双方都没有帕金森病的证据，因为他们的突变都是杂合的。

.0004 痉挛性截瘫 79，常染色体隐性
UCHL1，ARG178GLN
Rydning 等人在 3 名同胞中，包括一对同卵双胞胎兄弟，出生于无血缘关系的挪威父母，患有常染色体隐性遗传性痉挛性截瘫 79（SPG79；615491）（2017）鉴定了 UCHL1 基因中的复合杂合错义突变：c.533G-A 转换（c.533G-A，NM_004181.4），导致活性位点高度保守残基处的 arg178-to-gln（R178Q）取代，以及 c.647C-A 颠换，导致 ala216-to-asp（A216D； 191342.0005）取代构成疏水核心的β-片层。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。在 dbSNP、1000 基因组计划、外显子组测序计划数据库或 961 个对照中均未发现这两种突变。在 ExAC 数据库中，c。647C-A 变异不存在，而 c.533G-A 变异在 10 个个体中呈杂合状态。大肠杆菌的体外功能表达研究表明，与对照相比，R178Q 突变导致酶活性增加 4 倍。由于 A216D 突变的表达导致产生包涵体，其中可能含有错误折叠的聚集蛋白，因此无法对该突变体进行活性测定。患者成纤维细胞的 UCHL1 蛋白水平降低，约为对照的 25% 至 35%，并且仅由 R178Q 突变体组成；在患者细胞中未检测到 A216D 突变蛋白，表明它已被降解。雷丁等人（2017）指出患者没有认知功能障碍，并推测不溶性 A216D 蛋白会导致 UCHL1 功能降低并导致神经变性，而 R178Q 酶活性的增加可以补偿甚至保护认知功能。Nyberg-Hansen 和 Refsum（1972）之前曾报道过该家族。

.0005 痉挛性截瘫 79，常染色体隐性
UCHL1，ALA216ASP
用于讨论 UCHL1 基因中的 c.647C-A 颠换（c.647C-A，NM_004181.4），导致 ala216 至 asp（A216D）取代，在 3 名同胞中以复合杂合状态发现Rydning 等人的常染色体隐性痉挛性截瘫 79（SPG79；615491）（2017），参见 191342.0004。