非同源末端连接因子 1; NHEJ1

XRCC4 样因子；XLF
CERNUNNOS
NEJ1，酿酒酵母，同源物

HGNC 批准的基因符号：NHEJ1

细胞遗传学位置：2q35 基因组坐标（GRCh38）：2:219,069,356-219,160,814（来自 NCBI）

▼ 描述

双链断裂（DSB）由基因毒性应激引起，是毒性最强的 DNA 损伤之一。NHEJ1 是非同源末端连接（NHEJ）途径所必需的 DNA 修复因子，优先介导 DSB 的修复。DSB 修复失败会导致遗传不稳定、发育迟缓和免疫缺陷（Buck 等，2006）。

▼ 克隆与表达

巴克等人（2006）试图鉴定 5 名患有与小头畸形、生长迟缓和对电离辐射（IR）敏感性相关的严重联合免疫缺陷（SCID）患者的基因突变（611291）。他们采用功能互补克隆策略，用胸腺 cDNA 文库转导患者成纤维细胞，获得了编码 NHEJ1 的 cDNA，他们将其称为 Cernunnos。Cernunnos 这个名字来自与生育力相关的凯尔特神，反映了作者之前以希腊神灵命名的 DNA 修复基因 Artemis（DCLRE1C; 605988）（de Villartay, 2007）。预测的 299 个氨基酸 Cernunnos 蛋白与其小鼠同源蛋白有 74% 的同一性。RT-PCR 分析检测到普遍存在的表达。免疫荧光显微镜显示转染的成纤维细胞主要位于核内。

Ahnesorg 等人以 XRCC4（194363）作为诱饵，通过酵母 2 杂交筛选脑 cDNA 文库（2006）分离出编码 NHEJ1 的 cDNA，他们将其命名为 XLF。XLF 蛋白在脊椎动物中高度保守，并含有 C 端核定位信号。折叠识别分析预测了与 XRCC4 类似的结构组织，具有 N 末端“头”结构域和蛋白质其余部分的卷曲螺旋结构。免疫印迹分析显示 XRCC4 在人类细胞系中广泛表达，免疫荧光显微镜显示主要定位于核。

邢等人（2015）发现缺乏 PAXX（C9ORF142; 616315）（XRCC4 和 XLF 的旁系同源物）的鸡和人类细胞对 DSB 致病剂敏感。其他实验表明，PAXX 与 XLF 在共同和平行的途径中一起发挥作用，响应电离辐射引起的 DSB。PAXX 与 XLF 一起促进复杂而非简单 DNA 末端的连接。

库马尔等人（2016）发现，在 G1 期停滞的小鼠 pro-B 细胞系中，Paxx 和 Xlf 的缺陷（而不是单独的 Paxx）会消除 V（D）J 重组过程中的 DSB 连接，并使细胞对电离辐射敏感。他们得出的结论是，PAXX 在缺乏 XLF 的情况下提供了核心经典 NHEJ 因子相关功能，反之亦然。

▼ 基因结构

Buck 等人（2006）确定NHEJ1基因含有8个外显子。

▼

Buck 等人通过基因组序列分析进行绘图（2006）将 NHEJ1 基因定位到染色体 2q35。

▼

使用 GST 下拉和免疫共沉淀实验的基因功能，Ahnesorg 等人（2006）发现 XL4 在体外和体内与 XRCC4 和 LIG4（601837）相互作用。小干扰 RNA 介导的 XLF 下调导致显着的放射敏感性和对引起 DSB 的药物的敏感性。XRCC4 或 XLF 的下调会导致 DNA DSB 修复缺陷，XLF 的下调会导致辐射后 H2AX（H2AFX; 601772）磷酸化时间延长。阿内索格等人（2006）得出结论，XLF 是 NHEJ 装置的一个新颖的核心组件。

Callebaut 等人使用免疫沉淀分析（2006）表明 Cernunnos 与 XRCC4 和 LIG4 相互作用。序列分析表明，Cernunnos 是酵母 Nej1 的同源物，并且这两种蛋白都属于扩展的 XRCC4 家族。

坎塔格雷尔等人（2007）发现 NHEJ1 在人类胚胎大脑的端脑室和室下区表达。在成人大脑中，NHEJ1主要表达于大脑皮层和小脑。Cantagrel 等人在患有皮质发育畸形（包括多小脑回、细胞层紊乱和神经元异位）的胎儿中（2007）发现了一个平衡的从头易位 t（2;7）（q35;p22），它破坏了 NHEJ1 的编码区。进一步的研究表明，患者细胞中表达了 196 个残基的截短蛋白。尽管序列分析没有在 72 名患有侧裂周围多小脑回的患者或 13 名患有多小脑回和异位的患者中检测到任何突变，但 Cantagrel 等人（2007）提出NHEJ1可能在人类大脑皮层的发育中发挥作用。

查等人（2011）表明 XLF、ATM（607585）和 H2AX（601772）在 V（D）J 重组过程中处理和连接 DNA 末端都具有基本作用，但这些作用已被意外的功能冗余所掩盖。因此，ATM 和 XLF 的联合缺陷几乎会阻碍小鼠淋巴细胞的发育，因为它们无法处理和连接染色体 V（D）J 重组 DSB 中间体。XLF 和 ATM 联合缺陷也会严重损害 IgH 类别转换重组过程中的经典 NHEJ，但不会损害替代末端连接。经典 NHEJ 中的冗余 ATM 和 XLF 功能由 ATM 激酶活性介导，并且不是染色体外 V（D）J 重组所必需的，表明染色质相关 ATM 底物的作用。相应地，

Brouwer 等人使用双陷阱和四陷阱光镊与荧光显微镜相结合（2016）演示了人类 XRCC4（194363）、XLF 和 XRCC4-XLF 复合物如何与 DNA 实时相互作用。布劳威尔等人（2016）发现 XLF 刺激 XRCC4 与 DNA 的结合，形成沿着 DNA 快速扩散的异聚复合物。此外，作者发现 XRCC4-XLF 复合物牢固地桥接 2 个孤立的 DNA 分子，并且这些桥能够沿着 DNA 滑动。这些观察结果表明，XRCC4-XLF 复合物在 DNA 周围形成可移动的套筒状结构，可以非常快速地重新连接断裂的末端并将它们固定在一起。布劳威尔等人。

▼ 分子遗传学

伴有小头畸形、生长迟缓和辐射敏感性的严重联合免疫缺陷

巴克等人（2006）在他们报告的所有 5 名患有 SCID、小头畸形、生长迟缓和对 IR 敏感的患者（611291）中发现了 NHEJ1 基因突变（611290.0001 至 611290.0004）。患者成纤维细胞在与野生型 NHEJ1 互补后表现出对 IR 的正常敏感性和正常的 V（D）J 重组。

对辐射敏感的严重联合免疫缺陷

Ahnesorg 等人使用免疫印迹和免疫荧光分析（2006）发现 2BN 细胞系源自 SCID 且对 IR 敏感的患者（参见 611291），Dai 等人之前报道过（2003），包含很少或没有 XLF。尽管 RT-PCR 分析检测到微弱的约 900 bp XLF 产物，但免疫印迹分析显示没有蛋白质。阿内索格等人（2006）在 2BN 细胞中的 XLF 基因（611290.0005）的密码子 4 中发现胸腺嘧啶插入，导致移码和截短的蛋白质。将野生型 XLF 引入 2BN 细胞消除了它们的放射敏感性，并使它们能够熟练地进行 DNA DSB 修复。

染色体 2q35 重复综合症

在一个患有 I 型并指的 8 代大家族中（185900）和 2 个患有颅缝早闭和并指的家族（见 185900），Klopocki 等人（2011）使用阵列 CGH 分析了拷贝数变异，并在 IHH 位点（600726）的染色体 2q35 上检测到 3 个不同大小的重复。这 3 个重复均与各自家族中的疾病共分离，在位于 IHH 基因 40 kb 5 引物处的 9.1 kb 区域中重叠，位于邻近 NHEJ1 基因的大内含子内，该基因包含 1 个高度保守的非编码元件（CNE）。患有颅缝早闭和并指的 2 个家族之间的最小重叠区域延长了 14.6 kb，包含 3 个 CNE。对转基因小鼠胚胎的研究表明，CNE 以与野生型 Ihh 表达高度相似的模式驱动报告基因表达，

▼ 动物模型

牧羊犬眼睛异常（cea）是一种复杂的犬类疾病，其中脉络膜视网膜和巩膜发育模式受到干扰。主要方面是脉络膜发育不全，表现为眼底颞象限的局部缺损，与人类黄斑缺损相似。帕克等人（2007）在所有受 cea 影响的多个品种的狗中，但在未受影响的狗中，发现 Njeh1 基因内含子 4 内有一个纯合的 7.8-kb 缺失。对狗、人类、小鼠和大鼠基因组中该区域的比较分析揭示了高度序列保守性的岛，其中包括具有多个 DNA 结合蛋白的保守结合位点的核心元件。

Will 等人使用转基因报告基因检测（2017）发现 Ihh 启动子与 Nhej1 基因内的 9 个区域相互作用，这些区域在胚胎第 14.5 天（E14.5）或 E17.5 的小鼠中表现出增强子 Ihh 表达的潜力。各个元素指导记者在压缩手指、生长板、指尖和颅骨缝线方面的活动的独特模式。Nhej1 内含子 3（包含 9 个潜在增强子中的 8 个）缺失的纯合小鼠表现出正常的 Nhej1 mRNA 表达，但在胚胎颅骨和四肢中 Ihh mRNA 表达几乎完全丧失。这些突变小鼠表现出与 Ihh 失活一致的表型，包括四肢短、皮质骨缺失、关节融合和颅骨骨化减少。内含子 3 端粒部分增强子的纯合删除导致致命的生长缺陷，几乎与删除整个内含子时观察到的情况一样严重。内含子 3 内的重复以及整个 Ihh 基因及其直接上游序列的重复导致 Ihh 的上调和错误表达以及各种表型，包括颅缝早闭、手指并指和多指畸形。表型并不总是与重复元件的数量相关，但它们似乎受到其他因素的影响，例如重复的位置和单个元件相对于簇的排列。内含子 3 内的重复以及整个 Ihh 基因及其直接上游序列的重复导致 Ihh 上调和错误表达以及各种表型，包括颅缝早闭、手指并指和多指畸形。表型并不总是与重复元件的数量相关，但它们似乎受到其他因素的影响，例如重复的位置和单个元件相对于簇的排列。内含子 3 内的重复以及整个 Ihh 基因及其直接上游序列的重复导致 Ihh 上调和错误表达以及各种表型，包括颅缝早闭、手指并指和多指畸形。表型并不总是与重复元件的数量相关，但它们似乎受到其他因素的影响，例如重复的位置和单个元件相对于簇的排列。

▼ 等位基因变异体（5 个选定示例）：

.0001 严重联合免疫缺陷伴小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感
NHEJ1、ARG57GLY
在一名患有 SCID、小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感的法国患者（611291）中，Buck 等人（2006）鉴定了 NHEJ1 基因外显子 259 处核苷酸 259 处 C-G 颠换的化合物杂合性，导致 arg57-to-gly（A57G）取代，以及外显子 3 中核苷酸 457 处 T-to-C 转换，导致 cys123-to-arg（C123R; 611290.0002）取代。一名具有相同表型且近亲父母的意大利患者为 A57G 突变纯合子。

.0002 伴有小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感的严重联合免疫缺陷
NHEJ1，CYS123ARG
讨论 NHEJ1 基因中的 cys123-to-arg（C123R）突变，该突变在患有 SCID、小头畸形、生长迟缓的患者中以复合杂合状态发现，以及 Buck 等人对电离辐射的敏感性（611291）（2006），参见 611290.0001。

.0003 伴有小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感的严重联合免疫缺陷
NHEJ1、ARG178TER
在一名患有 SCID、小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感的土耳其患者（611291）中，Buck 等人（2006）鉴定了 NHEJ1 基因外显子 5 中核苷酸 622 处的 C 到 T 转变的纯合性，导致 NHEJ1 蛋白在 arg178（R178X）处截短。患者父母为近亲结婚。

.0004 患有小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感的严重联合免疫缺陷
NHEJ1、1-BP DEL、267G 和 IVS2DS、AT、+3
2 名患有 SCID、小头畸形、生长迟缓和对电离辐射敏感的土耳其同胞（611291），Buck 等人（2006）鉴定了 NHEJ1 基因中外显子 2 的最后一个核苷酸 G267 的纯合缺失，以及内含子 2 下游 3 个核苷酸的纯合 A 至 T 变化。这些相关突变导致混合 RNA 群体，其中正常剪接的 RNA 携带 G267 缺失，从而导致移码和过早终止，并且许多异常剪接事件导致蛋白质严重截短。患者父母为近亲结婚。

.0005 由于 NHEJ1 缺陷而导致对电离辐射敏感的严重联合免疫缺陷
NHEJ1，1-BP INS，12T
阿内索格等人（2006）在 2BN 细胞系中，在 NHEJ1 基因的第一个编码外显子的核苷酸 12 处插入了胸腺嘧啶，该细胞系源自患有 SCID 且对电离辐射敏感的患者（参见 611291），但没有小头畸形，仅轻度发育迟缓（Dai 等人，2003）。该突变导致移码和截短的 46 个氨基酸蛋白质。阿内索格等人（2006）不能排除这样的可能性：该突变并未完全使NHEJ1活性失活，并且一些具有残余功能的NHEJ1蛋白是由替代的下游翻译起始密码子制成的。嘉利宝等人（2006）还表明 2BN 细胞通过下游蛋氨酸的翻译重新启动而存在亚形突变。