ATP 结合框，亚科 G，成员 2; ABCG2

胎盘特异性 ATP 结合框转运蛋白；ABCP
乳腺癌抗性蛋白；BCRP
米托蒽醌抗性蛋白；MRX

HGNC 批准的基因符号：ABCG2

细胞遗传学位置：4q22.1 基因组坐标（GRCh38）：4:88,090,263-88,231,625（来自 NCBI）

▼ 描述

ABCG2 基因编码属于膜转运蛋白 ATP 结合框（ABC）超家族的膜转运蛋白，参与生物分子跨细胞膜的转移。ABCG2 最初被发现是一种异生物质转运蛋白，在特定人类乳腺癌的多药耐药表型中发挥作用（Doyle 等人，1998），此后已被证明通过主动跨质膜输出多种药物，在多种癌细胞中赋予多药耐药性。ABCG2 蛋白也是肾脏、肝脏和肠道中尿酸排泄的高容量转运蛋白（来自 Matsuo 等人，2009 年和 Saison 等人，2012 年的总结）。

有关 ABC 超家族的一般信息，请参阅 ABCA4（601691）。

▼ 克隆和表达

Allikmets 等人（1998）描述了 ABC 转运蛋白基因，他们将其命名为 ABCP，该基因在胎盘中高度表达。ABCP 基因产生 2 个转录本，它们在 5 引物末端不同，但编码相同的 655 个氨基酸蛋白质。预测的蛋白质与果蝇White和酵母ADP1蛋白质密切相关。

MCF-7/AdrVp 是一种多重耐药人乳腺癌亚系，在缺乏已知多重耐药转运蛋白（如 P-糖蛋白（PGY1; 171050））过度表达的情况下，蒽环类抗癌药物的细胞内积累会出现 ATP 依赖性减少。通过 RNA 指纹识别，Doyle 等人（1998）鉴定出 2.4-kb mRNA，相对于亲本 MCF-7 细胞，该亚系细胞中过表达。该 mRNA 编码 ATP 结合框转运蛋白超家族的 665 个氨基酸成员，Doyle 等人（1998）将其命名为转运蛋白乳腺癌抗性蛋白（BCRP）。

三宅等人（1999）克隆了 ABCG2 的 2 个 cDNA，他们将其称为 MRX1 和 MRX2，它们在选择米托蒽醌耐药性的人类结肠癌细胞中过表达。Northern 印迹分析证实耐药细胞中 2.89 至 3.4 kb 之间 mRNA 显着过度表达。Eisenblatter 和 Galla（2002）使用猪脑毛细血管内皮细胞作为血脑屏障模型，发现猪 ABCG2 mRNA 在氢化可的松处理的培养物中过度表达。Northern印迹分析揭示了大脑中的表达，主要定位于从猪脑毛细血管中分离的内皮细胞内。

▼ 基因功能

Doyle 等人（1998）发现 MCF-7 乳腺癌细胞中全长 BCRP cDNA 的强制表达会赋予对米托蒽醌、阿霉素和柔红霉素的抗性，减少柔红霉素的积累和保留，并导致克隆转染细胞中 ATP 依赖性的外排或罗丹明-123 增强。因此，BCRP 是一种异生物质转运蛋白，似乎在特定人类乳腺癌的多药耐药表型中发挥着重要作用。

奥兹维吉等人（2001）在 Sf9 昆虫细胞中将 ABCG2 表达为糖基化不足的重组蛋白。分离膜制剂的体外测定揭示了与 ABCG2 表达相关的高容量、钒酸盐敏感的 ATP 酶活性，ABCG2 表达受到已知由该蛋白质转运的化合物的刺激。奥兹维吉等人（2001）得出结论，ABCG2 可能在该表达系统中作为同源二聚体或同源寡聚体发挥作用，因为假定的 Sf9 转运伙伴不太可能以类似的高水平过度表达。

奥兹维吉等人（2002）表达野生型人类 ABCG2、在药物选择的肿瘤细胞中鉴定出具有突变的 ABCG2（arg482 到 gly（R482G）或 arg482 到 thr（R482T）），以及在 Sf9 昆虫细胞中表达具有催化中心突变（K86M）的 ABCG2。K86M 突变体没有转运或 ATP 水解活性，但保留了结合 ATP 的能力。野生型 ABCG2 以及 R482G 和 R482T 突变体表现出特征上不同的药物和染料转运活性，但每种转运都被特定抑制剂 fumitremorgin C 阻断。所有变体都表现出高基础 ATP 酶活性和非水解条件下的钒酸盐依赖性腺嘌呤核苷酸捕获。然而，只有 R482G 和 R482T 突变体表现出以药物依赖性方式刺激的 ATP 酶活性以及由转运化合物刺激的核苷酸捕获。

琼克等人（2002）表明，缺乏 Abcg2 的小鼠对饮食中的叶绿素分解产物脱镁叶绿酸-a 变得极其敏感，导致暴露在光下的皮肤出现严重的、有时是致命的光毒性损伤。Abcg2 转运脱镁叶绿酸-a，脱镁叶绿酸-a 存在于各种植物源性食品和食品补充剂中，可高效限制其从摄入食物中的吸收。纯合子缺陷小鼠也表现出一种新型的原卟啉症（见 177000）。红细胞中血红素前体和光毒素原卟啉 IX（其结构与脱镁叶绿酸-a 相关）的水平增加了 10 倍。野生型骨髓移植治愈了 Abcg2 -/- 小鼠的原卟啉症并降低了光毒素敏感性。

血红素的积累会导致产生破坏细胞的活性氧，血红素/卟啉的积累会导致线粒体功能崩溃。因此，细胞内卟啉水平的调节对于细胞生存至关重要，特别是在低氧条件下，此时细胞血红素浓度可能增加。克里希那穆蒂等人（2004）表明 Bcrp-null 小鼠的造血细胞对缺氧的敏感性增加并积累了血红素。这些细胞的缺氧敏感性通过抑制血红素生物合成而得以恢复。克里希那穆蒂等人（2004）发现 Bcrp 结合血红素，并且血红素的存在改变了 Bcrp 介导的转移。Bcrp 表达因缺氧而上调，这种上调涉及缺氧诱导转录因子复合物 Hif1（参见 603348）。克里希那穆蒂等人（2004）得出结论，细胞可以根据缺氧需求，使用 BCRP 来减少血红素或卟啉积累。

琼克等人（2005）发现ABCG2在小鼠、牛和人类的哺乳期乳腺中高肺泡表达，但在处女或非哺乳期乳腺中没有。临床和毒理学上重要的底物，如膳食致癌物2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶（PhIP）、抗癌药物拓扑替康和抗溃疡药物西咪替丁在野生型小鼠的乳汁中高度浓缩，但这些化合物的主动分泌在Abcg2 -/- 小鼠中被消除。琼克等人（2005）得出结论，ABCG2 是药物、致癌物和膳食毒素集中转移到小鼠、牛和人类乳汁中的主要因素。

西姆斯-莫塔达等人（2007）表明，抑制 Sonic Hedgehog（SHH；600725）信号传导可增加人类癌细胞系对多种结构上不相关的化疗的反应。SHH 激活部分通过以 ABC 转运蛋白依赖性方式增加药物流出来诱导化疗耐药。SHH 信号传导调节 ABCB1（171050）和 ABCG2 的表达，并通过小干扰 RNA 靶向敲低 ABCB1 和 ABCG2 表达，部分逆转 SHH 诱导的化疗耐药性。

在非洲爪蟾卵母细胞中，Woodward 等人（2009）证明人类 ABCG2 基因编码尿酸外排转运蛋白。在哺乳动物中，近端肾小管是肾脏处理尿酸盐的主要部位。ABCG2 还被发现在极化肾上皮细胞的顶端刷状缘膜上表达，表明它是近曲小管中的分泌性尿酸盐转运蛋白。因此，ABCG2基因中增加血清尿酸浓度的突变必定是功能丧失突变。

在 HEK293 细胞中，Matsuo 等人（2009）证明 ABCG2 是一种高容量、低亲和力的尿酸输出蛋白。

王等人（2010）将 ABCG2 确定为 microRNA-520H（MIR520H; 614755）的靶标。MIR520H 模拟物在 PANC-1 人胰腺癌细胞中的表达降低了 ABCG2 mRNA 和蛋白质的表达。

▼ 基因结构

Bailey-Dell 等人（2001）确定 ABCG2 基因包含 16 个外显子，跨度超过 66 kb。序列分析表明启动子区域有一个 CCAAT 框但没有 TATA 框、一个潜在的 CpG 岛以及 SP1（189906）、AP1（参见 165160）和 AP2（TFAP2A; 107580）的推定结合位点。该启动子不具有血清反应元件，表明ABCG2不是脂质转运蛋白。对 ABCG2 启动子中截短突变体的报告基因活性进行的分析表明存在正向和负向调节元件。

▼ 生化特征

冷冻电子显微镜

泰勒等人（2017）提出了通过冷冻电子显微镜测定的人类 ABCG2 的结构，首次提供了对人类多药物转运蛋白的高分辨率洞察。ABCG2 与识别转运蛋白细胞外环的人类特异性抑制性抗体 5D3 的 2 个抗原结合片段形成复合物。泰勒等人（2017）观察到 2 个胆固醇分子结合在多药结合口袋中，该口袋位于跨膜结构域之间的中央、疏水性、向内易位路径中。结合功能性体外分析，Taylor 等人（2017）得出的结论是，他们的结果表明了 ABCG2 的多药识别和转运机制、合理化的致病 SNP 以及 5D3 抗体的变构抑制，

马诺拉里迪斯等人（2018）展示了人类 ABCG2 在底物结合的易位前状态和 ATP 结合的易位后状态下的高分辨率冷冻电子显微镜结构。对于这两种结构，Manolaridis 等人（2018）使用含有谷氨酰胺的突变体代替催化谷氨酸，导致 ATP 酶和转运速率降低，并促进结构研究的构象捕获。在底物结合状态下，雌酮-3-硫酸盐的单分子结合在大约跨过膜一半的中央、疏水性且面向细胞质的空腔中。在观察到的结合模式中，只有 1 个雌酮-3-硫酸盐分子可以结合。在 ATP 结合状态下，底物结合腔已塌陷，而外腔已向膜的细胞外侧开放。ATP诱导的构象变化包括跨膜结构域的刚体移位、核苷酸结合结构域的旋转以及核苷酸结合结构域子结构域的相对方向的变化。诱变以及转移和 ATP 酶活性的体外表征证明了特定残基在底物识别中的作用，包括在两个空腔之间形成塞子的亮氨酸残基。马诺拉里迪斯等人（2018）得出的结论是，他们的结果显示了 ABCG2 如何利用 ATP 结合能量来挤出雌酮-3-硫酸盐和其他底物，并表明化合物的大小和结合亲和力对于区分底物和抑制剂非常重要。以及核苷酸结合结构域子结构域的相对方向的变化。诱变以及转移和 ATP 酶活性的体外表征证明了特定残基在底物识别中的作用，包括在两个空腔之间形成塞子的亮氨酸残基。马诺拉里迪斯等人（2018）得出的结论是，他们的结果显示了 ABCG2 如何利用 ATP 结合能量来挤出雌酮-3-硫酸盐和其他底物，并表明化合物的大小和结合亲和力对于区分底物和抑制剂非常重要。以及核苷酸结合结构域子结构域的相对方向的变化。诱变以及转移和 ATP 酶活性的体外表征证明了特定残基在底物识别中的作用，包括在两个空腔之间形成塞子的亮氨酸残基。马诺拉里迪斯等人（2018）得出的结论是，他们的结果显示了 ABCG2 如何利用 ATP 结合能量来挤出雌酮-3-硫酸盐和其他底物，并表明化合物的大小和结合亲和力对于区分底物和抑制剂非常重要。马诺拉里迪斯等人（2018）得出的结论是，他们的结果显示了 ABCG2 如何利用 ATP 结合能量来挤出雌酮-3-硫酸盐和其他底物，并表明化合物的大小和结合亲和力对于区分底物和抑制剂非常重要。马诺拉里迪斯等人（2018）得出的结论是，他们的结果显示了 ABCG2 如何利用 ATP 结合能量来挤出雌酮-3-硫酸盐和其他底物，并表明化合物的大小和结合亲和力对于区分底物和抑制剂非常重要。

▼

Allikmets 等人通过辐射混合分析进行绘图（1998）将 ABCG2 基因定位到人类染色体 4q22 标记 D4S2462 和 D4S1557 之间。通过同样的方法，他们将小鼠 Abcg2 基因定位到第 6 号染色体，距离着丝粒 28 至 29 cM。

▼ 分子遗传学

与尿酸水平升高的关系

Matsuo 等人在 90 名血清尿酸水平升高的日本患者中（UAQTL1；138900）（2009）鉴定了 ABCG2 基因中的 6 个非同义变化。三种变体出现频率较高，并进行了更详细的研究：Q126X（603756.0002）、Q141K（603756.0007）和 V12M（603756.0003）。体外细胞研究表明，在表达 Q141K 突变的细胞中，ATP 依赖性尿酸盐转运减少了 46.7%，在表达 Q126X 突变的细胞中几乎被消除，与功能丧失一致。在由 228 名日本男性和 871 名对照组组成的更大队列中，这两种变异均显示出与高尿酸血症和痛风显着相关。这 2 个变体被分配给不同的风险单倍型，这些单倍型的组合赋予不同的疾病风险（优势比高达 25.8）。

少年（Jr）血型抗原

Zelinski 等人通过对 4 名具有 Jr（a）红细胞抗体的先证者进行 SNP 单倍型分析，表明他们的红细胞具有 Jr（a-）表型（614490）（2012）鉴定了染色体 4q22 上的一个共享纯合区域，包括 ABCG2 基因。编码外显子分析鉴定出 ABCG2 基因（603756.0001-603756.0004）中纯合或复合杂合状态的 4 个不同突变。其中三个突变导致无效等位基因，并且所有个体的红细胞均不显示 Jr 抗原。一名妇女和她血型相容的姐妹是白人，另一名妇女和她血型相容的兄弟是亚洲人，另外 2 名不相关的人是亚洲人。研究结果表明，Jr（a-）血型表型是由 ABCG2 无效等位基因定义的。

Saison 等人在 18 名具有 Jr（a-）血型的无亲缘关系的女性中进行了研究（2012）鉴定了ABCG2基因中的8个不同的无效突变（参见例如603756.0004-603756.0006）。所有突变均发生在纯合或复合杂合状态，表明常染色体隐性遗传。所有女性均在怀孕期间产生抗 Jr（a）抗体后进行鉴定。蛋白质印迹和流式细胞分析证实 Jr（a-）个体的红细胞上不存在 ABCG2 转运蛋白。属于欧洲西南部吉普赛社区的六名女性具有相同突变（R236X; 603756.0004）的纯合子，这与创始人效应一致。由于 ABCG2 蛋白可能作为尿酸转运蛋白发挥作用，Saison 等人（2012）测量了 Jr（a-）孕妇的血浆样本，但与对照组相比，尿酸水平并未显着升高。然而，在怀孕的 Jr（a-）妇女中，血浆卟啉显着减少，红细胞卟啉显着增加，这表明 ABCG2 在从红细胞中输出过量卟啉方面发挥着作用。这些人没有表现出卟啉症的症状，但卟啉转移的异常可能会使他们在某些条件下面临危险。

▼ 等位基因变体（7 个选定示例）：

.0001 初级血型系统，JR（a-）表型
ABCG2，ARG246TER
在 2 个具有 Jr（a-）血型表型（614490）的白人姐妹中，Zelinski 等人（2012）在 ABCG2 基因的外显子 7 中发现了一个纯合的 736C-T 转换，导致 ATP 结合域中的 arg246 到 ter（R246X）取代。其中一名女性体内有针对红细胞的 Jr（a）特异性抗体。

.0002 尿酸浓度、血清、数量性状基因座 1
初级血型系统、JR（a-）表型、包括
ABCG2、GLN126TER（rs72552713）
松尾等人（2009）在 90 名血清尿酸升高的日本人中，有 10 人在 ABCG2 基因的外显子 4 中发现了杂合性 gln126-to-ter（Q126X）取代（UAQTL1; 138900），该组中的等位基因频率为 5.56%。日本人群中的等位基因频率估计为 2.8%（Maekawa 等，2006）或 5.5%，具体取决于所使用的方法。对 228 名日本高尿酸血症男性（包括 161 名痛风患者和 871 名对照者）进行的额外基因分型表明，Q126X 等位基因的存在会增加高尿酸血症风险（比值比（OR）为 3.61；p = 2.91 x 10（-7））和痛风风险（OR 为 4.25，p = 3.04 x 10（-8））。体外功能表达研究表明，Q126X 突变几乎消除了 ATP 依赖性尿酸盐转运，Western blot 分析显示膜囊泡上没有检测到蛋白质。

Zelinski 等人在一名亚洲姐妹和兄弟以及一名具有 Jr（a-）血型表型（614490）的无关亚洲女性中进行了研究（2012）在 ABCG2 基因（rs72552713）的外显子 4 中发现了纯合 376C-T 转变，导致 ATP 结合域中的 gln126 到 ter 取代。这两名女性具有针对红细胞的 Jr（a）特异性抗体。

赛森等人（2012）在 3 名不相关的具有 Jr（a-）表型和 Jr（a）抗体的韩国女性中鉴定出 Q126X 突变的纯合性。他们表示，日本的等位基因频率在 1.6% 到 2.4% 之间。

.0003 尿酸浓度、血清、数量性状位点 1
初级血型系统、JR（a-）表型、包括
ABCG2、VAL12MET（rs2231137）
Matsuo 等人在 90 名血清尿酸升高的日本人中（138900）（2009）发现分别有 23 人和 3 人携带杂合或纯合 V12M 取代，该组中的等位基因频率为 16.11%。日本人群中的等位基因频率估计为 19.2%（Maekawa 等，2006）或 34.7%，具体取决于所使用的方法。对 228 名日本高尿酸血症男性（包括 161 名痛风患者和 871 名对照者）进行的额外基因分型表明，V12M 等位基因的存在与高尿酸血症（OR 为 0.67，p = 0.005）和痛风（OR 为 0.68；p = 0.020）风险降低相关。然而，体外功能表达测定表明，与野生型相比，V12M 取代不会导致尿酸盐转运或 ABCG2 蛋白水平发生任何变化。

Zelinski 等人在一位具有 Jr（a-）血型表型（614490）的亚洲女性中进行了研究（2012）鉴定了 ABCG2 基因中的 3 个突变：外显子 2（rs2231137）中 34G-A 转变的纯合性，导致 val12-to-met（V12M）取代，以及 R236X（603756.0004）的杂合性。她具有针对红细胞的 Jr（a）特异性抗体，这表明她的红细胞不显示 Jr（a）抗原。

.0004 JUNIOR 血型系统，JR（a-）表型
ABCG2，ARG236TER（rs140207606）
在 7 名具有 Jr（a-）血型表型（614990）的无关女性中，Saison 等人（2012）在 ABCG2 基因的外显子 7 中发现了一个纯合的 706C-T 转换，导致 arg236 到 ter（R236X）的取代。这 7 名女性中有 6 名属于欧洲西南部的吉普赛社区，并且具有共同的单倍型，这与创始人效应一致。然而，另外 2 名非吉普赛人也携带 R236X，表明这种突变是孤立出现的。蛋白质印迹和流式细胞分析证实 Jr（a-）个体的红细胞上不存在 ABCG2 转运蛋白。

泽林斯基等人（2012）发现一名具有 Jr（a-）表型的亚洲女性的 R236X 是复合杂合子，而 ABCG2 基因（V12M; 603756.0003）中的另一个取代是纯合子。泽林斯基等人（2012）指出 706C-T（rs140207606）出现在 ATP 结合域中。

.0005 JUNIOR 血型系统，JR（a-）表型
ABCG2，2-BP DEL，791TT
在 2 名不相关的女性中，据信是土耳其血统，具有 Jr（a-）血型表型（614490），Saison 等人（2012）在 ABCG2 基因的外显子 7 中发现了纯合 2-bp 缺失（791delTT），预计会导致移码和过早终止。两名女性在怀孕期间都产生了抗 Jr（a）抗体。来自法国的另外两名患者是该突变和 ABCG2 基因的另一个截短突变的复合杂合子。

.0006 JUNIOR 血型系统，JR（a-）表型
ABCG2，2-BP DEL，1111AC
在一名具有 Jr（a-）血型表型（614490）的巴基斯坦妇女中，她在怀孕期间产生了抗 Jr（a）抗体，Saison 等人（2012）在 ABCG2 基因的外显子 9 中发现了纯合 2-bp 缺失（1111delAC），导致移码和提前终止。

.0007 尿酸浓度、血清、数量性状基因座 1
初级血型系统、JR（a-）表型、包括
ABCG2、GLN141LYS（rs2231142）
Dehghan 等人通过对 Framingham 队列的 7,699 名参与者和鹿特丹队列的 4,148 名参与者进行全基因组连锁分析（2008）发现血清尿酸浓度（138900）与 ABCG2 基因（rs2231142）中的 G 到 T 颠换之间存在显着关联，从而导致 gln141 到 lys（Q141K）的取代（分别为 p = 9.0 x 10（-20）和 p = 3.3 x 10（-9））。该研究结果在由 11,024 名白人和 3,843 名黑人组成的 ARIC 队列中得到重复，产生的 p 值分别为 9.7 x 10（-30）和 9.8 x 10（-4）。所有 3 个队列的白人个体的综合 p 值为 2.5 x 10（-60），进一步分析表明，SNP 与白人参与者痛风的发展方向一致（OR 为 1.74；p = 3.3 x 10（-15））。

伍德沃德等人（2009）指出 Q141K 取代发生在细胞内核苷酸结合域中高度保守的残基中。非洲爪蟾卵母细胞的体外功能表达研究表明，与野生型相比，突变型 Q141K 蛋白导致尿酸盐转运减少 54%，这与功能丧失一致。在 8,092 名白人中，T 等位基因与血清尿酸水平升高显着相关（p = 4 x 10（-27））。在包括黑人和白人在内的 14,783 名个体的更大队列中，与黑人（p = 10（-4））相比，T 等位基因在白人（p = 10（-30））中显示出与尿酸更显着的关联，因为该等位基因在黑人中的总体频率较低。与女性相比，男性的效果更为明显。Q141K 在亚洲人群中的频率约为 30%，

Matsuo 等人在 90 名血清尿酸升高的日本人中（2009）发现，分别有 47 人和 14 人携带杂合子和纯合子 Q141K 取代，在该患者组中等位基因频率为 41.67%。日本普通人群中 Q141K 的频率估计为 31.9%（Maekawa 等，2006）或 53.6%，具体取决于所使用的方法。对 228 名日本高尿酸血症男性（包括 161 名痛风患者和 871 名对照者）进行的额外基因分型表明，Q141K 等位基因的存在与高尿酸血症（OR 为 2.06，p = 1.53 x 10（-11））和痛风（OR 为 2.23；p = 5.54 x 10（-11））风险显着增加相关。体外功能表达研究表明，Q141K 突变使 ATP 依赖性尿酸盐转运减少了 46.7%，与部分功能丧失一致。