2D型Charcot-Marie-Tooth病

GARS基因编码甘氨酰-tRNA合成酶，该酶负责通过氨基酰化反应使tRNA分子带有甘氨酸电荷（Griffin等人，2014年摘要）。

细胞遗传学位置：7p14.3
基因座标（GRCh38）：7：30,594,734-30,634,032

▼ 克隆和表达
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氨酰基-tRNA合成酶通过催化氨基酸与其同源tRNA的酯化作用，在蛋白质合成中起着至关重要的作用。这些酶必须存在于每个细胞中，并且必须正确识别tRNA和氨基酸，以维持翻译的保真度。从一级结构中，已识别出2种不同的合成酶类别，某些类别的成员之间某些结构特征，氨基酸附着位点和其他特性具有相似性。某些氨酰-tRNA合成酶是患有特发性炎症性肌病，多发性肌炎和皮肌炎的患者的自身抗原。与合成酶反应的自身抗体几乎仅在这些条件下发现，个体通常仅对单个合成酶具有自身抗体。142810），标记为“抗Jo-1”自身抗体。Ge等（1994）使用编码人形式的甘氨酰-tRNA合成酶的cDNA分离相应的cDNA。Shiba等（1994年）同样克隆了一个II类人的糖基-tRNA合成酶，并将其结构与细菌对应物的结构进行了比较，发现细菌与之对应的差异很大。

威廉姆斯等（1995）也克隆了人GARS cDNA。预测的685个氨基酸蛋白与酵母蛋白显示约45％的同一性。重组表达的蛋白用含有针对糖基-tRNA合成酶的自身抗体的人血清免疫沉淀，并显示出可催化tRNA的氨酰化作用。

▼ 测绘
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Nichols等（1995年）通过FISH分析将GARS基因定位到7p15号染色体。

▼ 分子遗传学
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Antonellis等（2003）在与进行性神经性腓骨肌萎缩症式二维（CMT2D;家庭GARS基因鉴定的突变601472），并在与远端遗传性运动neuronopathy型VA族（HMN5A; 600794）; 看到600287.0001 - 600287.0003。

格里芬等（2014）证明与野生型相比，先前与CMT2D和/或HMN5A相关的GARS基因中的几个错义突变具有不到10％的氨酰化活性。这些致病性突变包括G240R（600287.0001），G526R（600287.0004），D146N，S211F，P244L（600287.0006）），I280F，H418R和G598A。A57V保留约50％的残留活性。酵母中的定点诱变研究表明，与野生型相比，D146N和P244L突变导致细胞生长严重降低。最后，S211F，P244L，I280F和G598A突变蛋白在成神经母细胞瘤细胞系中不正常地与点状细胞缔合，这表明减少的轴突定位可能是CMT2D和HMN5A发病机理的一个组成部分。这些发现与引起GARS功能丧失的某些突变是一致的。但是，在该研究中使用的任何测定中，E71G（600287.0003）和D500N（600287.0005）突变均未显示功能受损。

他等（2015）确定了GARS基因中引起CMT2D的几种突变，包括G240R（600287.0001），L129P（600287.0002）和E71G（600287.0003）以及小鼠中的pro234-to-lys-tyr（P234KY）替代，在突变型GARS蛋白质上打开一个新的蛋白质相互作用表面。使用体外蛋白质下拉和免疫共沉淀测定法，作者发现GARS（P234KY），GARS（L129P），GARS（G240R）和GARS（E71G）而非野生型GARS与NRP1（602069）（VEGFA（192240）运动神经元轴突引导和细胞体迁移所需的受体。NRP1比野生型GARS更容易使突变小鼠中的GARS（P234KY）与人淋巴细胞中的GARS（L129P）共沉淀。GARS（P234KY），而非野生型GARS，与VEGFA竞争结合NRP1的胞外b1结构域。

▼ 动物模型
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使用位置克隆，Seburn等（2006年）发现诱变诱导的优势小鼠模型Nmf249是由Gars基因pro278的读框内indel突变引起的。与野生型小鼠相比，患病小鼠的感觉运动性多发性神经病到3周龄时出现明显的神经肌肉功能障碍，体型较小，寿命缩短。突变小鼠在神经肌肉接头处表现出神经退行性改变，在远端肌肉处表现出更严重的改变。神经传导速度严重降低，周围神经显示轴突直径减小和大直径轴突丢失，但没有脱髓鞘的迹象。纯合突变小鼠是胚胎致死的。受影响的pro278残基在蛋白质的催化结构域2附近，但该突变并不影响Gars mRNA的水平，并且重组突变酶显示出正常的动力学和活性。Seburn等（2006）假设突变蛋白的异常致病功能。

他等（2015年）发现表达Gars（P234KY）的突变小鼠胚胎最初发育正常，但是到胚胎第13.5天时，它们显示出面部运动神经元迁移的缺陷。出生后，他们出现类似于CMT2D的症状，包括明显的神经肌肉功能障碍和异常的步幅，并伴有神经肌肉接头的缺陷。他等（2015年）观察到该表型类似于Nrp1-null和Vegfa-null小鼠。在Gars（P234KY）突变小鼠中，Nrp1的杂合敲除加剧了CMT2D症状，而增强的VEGF表达改善了运动功能。他等（2015）的结论是，Gars（P234KY）突变体在小鼠神经元发育过程中干扰了Nrp1-Vegfa依赖性轴突指导信号。

▼ 等位基因变异体（6个示例）：
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.0001 CHARCOT-MARIE-TOOTH疾病，轴突，类型2D
GARS1，GLY240ARG
Ionasescu等人首先报道了2个患有Charcot-Marie-Tooth病的2D家庭（CMT2D；601472）（1996年）和Pericak-Vance等人（1997），Antonellis等（2003年）确定了GARS基因的1236G-C变化，导致了gly240到arg（G240R）的取代。368个无关染色体中不存在该突变。

.0002神经病，远距离遗传马达，V型
GARS1，LEU129PRO
Christodoulou等人首次报道了一个患有 VA型远端遗传性运动神经病的家庭（HMN5A; 600794）（1995），Antonellis等（2003年）确定了GARS基因的904C-T改变，导致leu129-pro（L129P）取代。376条无关染色体中不存在这种突变。

.0003 CHARCOT-MARIE-TOOTH疾病，轴突，类型2D
神经病，远距离遗传马达，V型，包括
GARS1，GLU71GLY
在一个大家庭中，受影响的成员患有2D型Charcot-Marie-Tooth病（CMT2D；601472）或VA型遗传性远端运动神经病（HMN5A；600794），最初由Sambuughin等报道（1998），Antonellis等（2003年）确定了GARS基因中的730A-G突变，导致在高度保守的残基上发生了glu71-gly（E71G）取代。398个无关染色体中不存在该突变。未对该变体进行功能研究。

格里芬等（2014年）发现E71G变体在3次体外测定中均未损害GARS功能：它具有正常的酶活性；用该变体转染的酵母显示正常生长。并且该变体显示正常的细胞内定位。

.0004神经病，远距离遗传马达，V型
GARS1，GLY526ARG
Antonellis等人在患有 VA型远端遗传性运动神经病（HMN5A; 600794）的家庭中（2003）在GARS基因的外显子14鉴定了2094G-C突变，导致gly526对arg（G526R）替换。该突变在360个不相关的染色体中不存在。

Dubourg等（2006年）在来自3个法国Sephardic犹太血统家族的HMN5A的12个受影响成员中发现了G526R突变。四种突变携带者在临床上无症状，提示外显不完全。在第二和第四十年之间，大多数表现为远端上肢受累；没有一个感觉参与。单倍型分析提示了创始人效应。

.0005 CHARCOT-MARIE-TOOTH疾病，轴突，2D型
神经病，远距离遗传马达，V型，包括
GARS1，ASP500ASN
在一个大型的意大利多代家庭中，受影响的成员患有2D型Charcot-Marie-Tooth病（CMT2D；601472）或VA型远端遗传性运动神经病（HMN5A；600794），Del Bo等（2006年）确定了GARS基因第13外显子的杂合2016G-A过渡，导致asp500到asn（D500N）取代。在100名意大利对照个体中未发现该突变。家族内表型差异很大，有些成员在童年时出现症状，有些则在成年时出现。感觉受累是可变的。未对该变体进行功能研究。

格里芬等（2014年）发现D500N变体在2次体外测定中均未损害GARS功能：该变体具有正常的酶活性，并显示出正常的细胞内定位。

.0006 CHARCOT-MARIE-TOOTH疾病，轴突，类型2D
GARS1，PRO244LEU
在日本的患者进行性神经性腓骨肌萎缩症式二维（CMT2D; 601472），安倍和早坂（2009）确定了GARS基因的杂合893C-T转变，导致pro244至亮氨酸（P244L）替代在催化域。在100个对照中未鉴定出该突变，该突变在种间是保守的，并被预测会改变多肽的二级结构。该患者在青春期和上肢早期受累时发病。在另外109名日本人的轴突CMT患者中未发现GARS基因突变，这表明GARS突变是该人群中这种疾病的罕见原因。