吡咯啉-5-羧酸还原酶2； PYCR2

HGNC 批准的基因符号：PYCR2

细胞遗传学位置：1q42.12 基因组坐标（GRCh38）：1:225,919,877-225,924,249（来自 NCBI）

▼ 描述

吡咯啉-5-羧酸还原酶（EC 1.5.1.2）是一种线粒体酶，可催化脯氨酸生物合成的最后一步，并使用 NADH 作为辅因子将吡咯啉-5-羧酸（P5C）还原为 L-脯氨酸（De Ingeniis 等人总结，2012）。

▼ 克隆和表达

De Ingeniis 等（2012）报道 320 个氨基酸的 PYCR2 蛋白与 PYCR1（179035）有 84% 的相似度。对分级的 Lu1205 人黑色素瘤细胞进行的蛋白质印迹分析表明，PYCR2 是一种线粒体蛋白。

中山等人（2015）发现 PYCR2 基因在发育中的人类大脑中表达。HEK293 细胞的免疫印迹分析表明 PRCR2 蛋白定位于线粒体。

Escande-Beillard 等人使用 LacZ 基因敲入报告基因（2020）表明Pycr2主要表达于小鼠大脑皮层、海马、胼胝体和小脑。Pycr2 在中脑结构中检测不到。

▼ 基因功能

脯氨酸可以从谷氨酸或鸟氨酸开始合成，并且两条途径均与 PYCR 底物 P5C 的合成汇合。De Ingeniis 等人使用蛋白质印迹分析（2012）发现 Lu1205 细胞具有相对较高的 PYCR1、PYCR2 和 PYCRL 表达（616408）。通过小干扰RNA敲低Lu1205细胞中的PYCR1和PYCR2，降低了脯氨酸与谷氨酸的比率，表明PYCR1和PYCR2都有助于从谷氨酸生物合成脯氨酸。相反，PYCRL的敲除降低了脯氨酸与鸟氨酸的比率，表明PYCRL参与了脯氨酸合成的鸟氨酸途径。PYCR1 对通过鸟氨酸途径合成脯氨酸有很小的贡献。德英吉尼斯等人（2012）得出结论，PYCR2 专门用于从谷氨酸生物合成脯氨酸。

▼ 生化特征

Escande-Beillard 等人（2020）以 3.4 埃的分辨率确定了人类 PYCR2 脱辅基酶的晶体结构。PYCR2结构包含5个二聚体，组装成十聚体，PYCR2的C端结构域驱动大部分触点形成十聚体的空心圆柱形核心，而N端结构域排列在特征性悠悠球状结构的外围。

▼ Mapping

De Ingeniis 等（2012）报道 PYCR2 基因定位于染色体 1q42.13。

▼ 分子遗传学

Nakayama 等人在来自 2 个不相关的近亲家庭的 4 名患有低髓鞘性脑白质营养不良-10（HLD10; 616420）的儿童中（2015）分别鉴定了 PYCR2 基因中的 2 个纯合错义突变（R119C，616406.0001 和 R251C，616406.0002）。这些突变是通过连锁分析和全外显子组测序相结合发现的，与家族中的疾病分开。体外研究表明，突变导致蛋白质表达减少。突变细胞和用工程截短的 PYCR2 变体转染的细胞显示线粒体膜电位依赖性标记的染色减少，表明该基因在维持线粒体膜电位中发挥作用。PYCR2 的缺失导致氧化应激下细胞凋亡的敏感性增加。

在来自 11 个家庭的 14 名患者中，其中 10 名是近亲，HLD10，Zaki 等人（2016）鉴定了 PYCR2 基因中的 6 个不同的纯合突变（参见，例如 616406.0003-616406.0006）。其中 10 个家庭是埃及人，1 个是巴基斯坦人。这些突变是通过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。有4个错义突变、1个截短突变和1个剪接位点突变。对选定突变的体外功能研究表明，它们损害了蛋白质二聚化，可能导致功能丧失。

▼ 动物模型

Nakayama 等人（2015）发现 2 个 PYCR2 斑马鱼直系同源物中的 1 个 pycr1b 的吗啉敲低会导致斑马鱼头部和眼睛较小、身体较短、尾巴下倾和运动能力低下。效果是剂量依赖性的。小头畸形表型可以通过野生型 PYCR2 转录本来挽救。

埃斯坎德-贝拉德等人（2020）发现 Pycr2 -/- 小鼠在出生时是正常的，但它们很快就表现出神经退行性变的症状，与人类 HLD10 的表型相似。Pycr2 的缺失显着改变了小鼠的一般大脑结构，导致轴突病、髓鞘形成不足以及神经元和少突胶质细胞谱系的细胞死亡。此外，Pycr2 的缺失导致 Pycr2 -/- 小鼠神经元中内源性 Pycr1 的丢失。原代神经干细胞（NSC）的体外分析表明，Pycr2 对于未分化 NSC 的维持或多谱系效力不是必需的，但对于神经元存活和少突胶质细胞成熟至关重要。进一步的分析表明，PYCR2 的缺失会通过上调 SHMT2 的表达来增加小鼠和人类的脑甘氨酸水平（138450）。

▼ 等位基因变异体（6 个选定示例）：.

0001 脑白质营养不良、髓鞘形成低下、10
PYCR2、ARG119CYS
Nakayama 等人在 2 名同胞中，由近亲阿曼父母所生，患有低髓鞘性脑白质营养不良 10（HLD10；616420）（2015）在 PYCR2 基因中鉴定出纯合 c.355C-T 转换（c.355C-T, NM_013328.3），导致 NADH 结合域中的保守残基处的 arg119 到 cys（R119C）取代。该突变是通过连锁分析和全外显子组测序相结合发现的，并通过桑格测序证实，并与家族中的疾病分离。它根据 dbSNP（版本 134-137）、Exome Variant Server 和 1000 Genomes Project 数据库进行过滤。转染 R119C 突变的患者来源的类淋巴母细胞和 HEK293 细胞显示突变蛋白水平显着降低，该蛋白正确定位于线粒体。与野生型相比，转染该突变的细胞在氧化应激反应中显示出细胞凋亡增加。突变转录本无法挽救斑马鱼基因敲除的小头畸形表型。

.0002 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，10
PYCR2，ARG251CYS
Nakayama 等人的 2 名姐妹，由巴勒斯坦近亲父母所生，患有低髓鞘性脑白质营养不良 10（HLD10；616420）（2015）在 PYCR2 基因中鉴定出纯合 c.751C-T 转换（c.751C-T, NM_013328.3），导致二聚化结构域中的保守残基处的 arg251 至 cys（R251C）取代。该突变是通过连锁分析和全外显子组测序相结合发现的，并通过桑格测序证实，并与家族中的疾病分离。该突变根据 dbSNP（版本 134-137）、Exome Variant Server 和 1000 Genomes Project 数据库进行筛选。转染 R251C 突变的 HEK293 细胞显示突变蛋白水平小幅下降，该蛋白正确定位于线粒体。免疫共沉淀分析表明，R251C 变体降低了 PYCR2 形成同型二聚体的能力，但并未完全消除。与野生型相比，转染该突变的细胞在氧化应激反应中显示出细胞凋亡增加。突变转录本无法挽救斑马鱼基因敲除的小头畸形表型。

.0003 脑白质营养不良，髓鞘营养不良，10
PYCR2，ARG266TER
来自 5 个不相关的埃及家庭的 6 名儿童患有髓鞘营养不良-10（HLD10；616420），Zaki 等人（2016）在 PYCR2 基因中鉴定出纯合 c.796G-A 转换（chr1.226,108,909GA, GRCh37），导致二聚化结构域中的 arg266 到 ter（R266X）取代。这些突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与该疾病在家族中分离，其中 4 个是近亲结婚。该变体根据 ExAC 数据库和包含 5,000 名个体的内部外显子组数据库进行筛选。对 1 名患者的成纤维细胞进行的蛋白质印迹分析显示，该蛋白不存在，这与功能完全丧失一致。

.0004 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，10
PYCR2，ARG199TRP
Zaki 等人在 2 名由近亲埃及父母出生的无亲属关系的儿童中发现，患有低髓鞘性脑白质营养不良 10（HLD10；616420）（2016）鉴定出 PYCR2 基因中的纯合 c.595G-A 转变，导致二聚化结构域中高度保守的残基处 arg199 至 trp（R199W）取代。这些突变是通过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。这些突变根据 ExAC 数据库和包含 5,000 名个体的内部外显子组数据库进行筛选。一名患者的 2 位已故的年长同胞患有类似的疾病。体外功能表达研究表明，与对照相比，突变蛋白与野生型蛋白的共沉淀减少，表明突变损害了蛋白多聚化。

.0005 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，10
PYCR2，CYS232GLY
Zaki 等人在一名由近亲埃及父母所生、患有低髓鞘性脑白质营养不良 10（HLD10; 616420）的患者中（2016）鉴定出 PYCR2 基因中的纯合 c.694A-C 颠换，导致二聚化结构域中高度保守的残基处发生 cys232 至甘氨酸（C232G）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，与家族中的疾病分离。该变体根据 ExAC 数据库和包含 5,000 名个体的内部外显子组数据库进行筛选。该患者有 2 位已故的年长同胞患有类似疾病。体外功能表达研究表明，与对照相比，突变蛋白与野生型蛋白的共沉淀减少，表明突变损害了蛋白多聚化。

.0006 脑白质营养不良，髓鞘营养不良，10
PYCR2，VAL184ALA
2 名同胞，由近亲埃及父母出生，患有髓鞘营养不良-10（HLD10；616420），Zaki 等人（2016）鉴定了 PYCR2 基因中的纯合 c.773T-C 转变，导致二聚化结构域中高度保守的残基处 val184 至 ala（V184A）取代。该突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，并与家族中的疾病分离。该变体根据 ExAC 数据库和包含 5,000 名个体的内部外显子组数据库进行筛选。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。