共济失调蛋白 7; ATXN7

HGNC 批准的基因符号：ATXN7

细胞遗传学定位：3p14.1 基因组坐标（GRCh38）：3:63,863,143-64,003,461（来自 NCBI）

▼ 说明

ATXN7 是一种转录因子，对于组蛋白乙酰化和去泛素化水平的染色质重塑至关重要。它是2种不同转录共激活器复合物的核心组成部分：SPT3（SUPT3H; 602947）/TAF9（600822）/GCN5（Kat2a; 602301）乙酰基转移酶（STAGA）复合酶，具有组蛋白乙酰转移酶活性，以及USP2222（611222）（汇总）（汇总）（汇总）。

▼ 克隆与表达

通过定位克隆，David 等人（1997）鉴定了脊髓小脑共济失调 7（164500）的致病基因。ATXN7 基因有一个 2,727 bp 的开放解读码组，预测一个 892 个氨基酸的多肽，称为共济失调蛋白-7，具有核定位信号和聚谷氨酰胺（polyQ）束。在共有的 cDNA 序列中，9 个残基的聚谷氨酰胺序列由密码子 30 至 39 处的 CAG 重复序列编码。突变的疾病等位基因具有扩展的重复序列（参见分子遗传学）。

埃努姆等人（2003）鉴定了 ATXN7 剪接变体，称为共济失调蛋白-7b，其在外显子 12 和 13 之间包含额外的 67 个碱基对，并预测分子量为 101 kD 的 945 个氨基酸的蛋白质。Northern 印迹分析显示，4.5 kb 的转录物主要在中枢神经系统中表达。免疫组织化学显示小脑浦肯野细胞、下橄榄神经元和视网膜感光细胞中有强烈的细胞质染色。埃努姆等人（2003）表明共济失调蛋白-7b 中扩展的聚谷氨酰胺重复序列也会导致神经变性，并且多种含聚谷氨酰胺蛋白的表达可能导致神经变性的选择性模式。

索弗等人（2011）鉴定了人类 ATXN7 变体，这些变体从替代启动子（P2A）和内含子 2 3 引物末端的转录起始位点起始。这些变体与之前报道的 ATXN7 转录物的 5 引物 UTR 不同，但翻译起始位点未改变。

斯特罗姆等人（2002）从大脑 cDNA 文库中克隆了小鼠 Sca7 cDNA。推导的 867 个氨基酸的蛋白质与人类蛋白质有 88.7% 的同一性。小鼠 CAG 区域在所检查的 3 个不同品系中仅包含 5 个重复。Northern blot分析检测到Sca7在所有成年小鼠组织中表达，其中在心脏、大脑、肝脏和肾脏中表达最高。

▼ 基因结构

米哈利克等人（1999）报道 ATXN7 基因包含 13 个外显子，大小范围为 69 至 979 bp。cDNA 位置 554 处的 ATG 起始密码子出现在外显子 3 的位置 12 处，编码区延伸至外显子 13 的前 5 个密码子。CAG 重复位于外显子 3 中，从密码子 30 开始。内含子大小从 233 bp 到约 40 kb 不等，导致 ATXN7 基因的总体大小约为 140 kb。内含子 7（491 bp）的序列分析揭示了多态性 GT/AC 重复序列，这是分离研究中 ATXN7 的有用基因内标记。

索弗等人（2011）鉴定了 ATXN7 中的一个替代启动子（P2A），该启动子在内含子 2 的 3-prime 末端的替代起始位点处起始转录。从 P2A 起始的变体包含一个包含内含子 2 和外显子 3 最后 400 bp 的第一个外显子，或者具有与外显子 3 剪接的较短外显子（2A）。翻译起始位点未改变。转录调节因子 CTCF（604167）的结合位点位于外显子 3 侧翼。小鼠具有与人 P2A 相对应的单个 Atxn7 启动子。索弗等人（2011）还鉴定出 SCAANT1（ATXN7AS1; 614481），这是相反链上的 ATXN7 反义转录物。SCAANT1转录从ATXN7内含子4开始，覆盖外显子4、外显子3，包括翻译起始位点和CAG重复区域，以及ATXN7的P2A启动子。

▼ 测绘

Gross（2012）根据 ATXN7 序列（GenBank AF032105）与基因组序列（GRCh37）的比对，将 ATXN7 基因对应到染色体 3p14.1。

▼ 基因功能

凯托等人（1999）使用具有不同 CAG 重复序列长度的 ATXN7 cDNA 克隆检查了转染 COS-1 细胞中共济失调蛋白-7 的亚细胞定位。除了在整个细胞核中弥漫分布外，共济失调蛋白-7 还与核基质和核仁相关。通过将共济失调蛋白-7 片段与鸡肌肉丙酮酸激酶（一种正常的细胞质蛋白）融合，确认了假定的 ATXN7 核定位序列（NLS）的位置。这种 NLS 的突变阻止了蛋白质进入细胞核。因此，扩增的共济失调蛋白-7可以通过改变基质相关的核结构和/或通过破坏核仁功能在细胞核中发挥其致病作用。

勒布雷等人（2001）使用 2 杂交方法筛选人视网膜 cDNA 文库中的共济失调蛋白-7 结合蛋白并分离出 R85，Cbl 相关蛋白的剪接变体（CAP; 605264）。R85 和 CAP 是通过 SH3P12 基因的选择性剪接产生的，该基因位于染色体 10q23-q24 上。通过pull-down和免疫共沉淀证实了共济失调蛋白-7和SH3P12基因产物之间的相互作用。SH3P12 基因产物在小脑的浦肯野细胞中表达。共济失调蛋白-7 与共转染的 COS-7 细胞中的全长 R85 共定位，并与 SCA7 患者脑部神经元核内包涵体中的 SH3P12 基因产物之一共定位。作者提出，这种相互作用可能是与共济失调蛋白-7 的功能或周转相关的生理途径的一部分。

为了分析突变共济失调蛋白-7 蛋白过度表达的影响，Zander 等人（2001）在肾脏和神经母细胞瘤细胞系中建立了 ATXN7 细胞培养模型。细胞很容易形成抗共济失调蛋白-7阳性纤维状包涵体和小的核电子致密结构。与人类 SCA7 脑组织中的内含物相比，存在持续异常蛋白质折叠的一致迹象，包括热休克蛋白和蛋白酶体亚基的募集。有时，会发现隔离的转录因子。激活的半胱天冬酶-3（600636）被招募到细胞模型和人 SCA7 大脑的包涵体中，并且其表达在皮质神经元中上调，表明它可能在疾病过程中发挥作用。在超微结构水平上，有自噬和核凹陷的迹象，

马蒂拉等人（2001）使用 2 杂交测定法表明共济失调蛋白-7 与 26S 蛋白酶体（602706）的 19S 调节复合物的 ATP 酶亚基 S4 相互作用。共济失调蛋白-7/S4 关联受聚谷氨酰胺链长度调节，其中 S4 显示与共济失调蛋白-7 野生型等位基因更强的关联。内源性共济失调蛋白-7 定位于离散的核灶，该核灶还含有蛋白酶体复合物的其他成分。免疫组织化学分析表明，SCA7 大脑中退化的神经元中 S4 免疫反应性的分布或水平发生了变化。免疫印迹分析表明，SCA7 小脑中的 S4 水平降低，而其他蛋白酶体亚基的水平没有明显改变。

Scheel 等人将基于谱的序列分析与模式生物的全基因组功能数据相结合（2003）发现 ATXN7 与酵母开放解读码组 Ygl066c 是直系同源的。有证据表明 Ygl066c 是 SAGA 组蛋白乙酰转移酶复合物的一个组成部分。谢尔等人（2003）表明这一发现通过提供 SCA7 和组蛋白乙酰化之间的直接联系而对疾病发病机制产生影响。

假定的共济失调蛋白-7 酵母直系同源物 SGF73（Ygl066c）是 SAGA（Spt/Ada/Gcn5 乙酰化酶）多亚基复合体的组成部分，是 RNA 聚合酶 II（参见 180660）依赖性基因子集转录所需的共激活剂（Gavin 等人，2002；Sanders 等人，2002）。赫尔姆林格等人（2004）表明共济失调蛋白-7是哺乳动物SAGA样复合物TFTC（不含TATA结合蛋白的TAF复合物）和STAGA（SPT3（602947）/TAF9（600822）/GCN5（602301）乙酰转移酶复合物）的组成部分。免疫纯化的共济失调蛋白-7 复合物保留了组蛋白乙酰转移酶（参见 603053）活性，这是 TTC 样复合物的特征。作者在共济失调蛋白-7 中发现了一个由 71 个氨基酸组成的结构域，该结构域是与 TTC/STAGA 亚基相互作用所必需的，并且在进化过程中高度保守，从而可以鉴定 ATXN7 基因家族。该结构域包含一个保守的 cys3-his 基序，可结合锌，形成新的锌结合结构域。共济失调蛋白-7 中的聚谷氨酰胺扩增不会影响其掺入从 SCA7 患者细胞纯化的 TTC/STAGA 复合物中。作者得出结论，共济失调蛋白-7 是酵母 SAGA SGF73 亚基的人类直系同源物，并且是人类 TTC 样转录复合物的真正亚基。

La Spada 等人在 SCA7 转基因小鼠模型中（2001）发现视锥杆营养不良涉及由于干扰 CRX（602225）（一种含有富含谷氨酰胺区域的同源结构域转录因子）而改变的光感受器基因表达。通过 CRX 和 ATXN7 截短突变体和点突变体的免疫共沉淀分析，Chen 等人（2004）确定 CRX 的 ATXN7 相互作用结构域位于其富含谷氨酰胺的区域，而 ATXN7 的 CRX 相互作用结构域位于其谷氨酰胺区。共济失调蛋白-7 的核定位是抑制 Crx 反式激活所必需的，并且可能的核定位信号被对应到共济失调蛋白-7 的 C 末端区域。作者利用染色质免疫沉淀法证明，Crx 和共济失调蛋白-7 在体内占据了 Crx 调节的视网膜基因的启动子和增强子区域。陈等人（2004）提出SCA7疾病发病机制之一可能是转录失调，并且CRX转录干扰可能是SCA7视锥杆营养不良性视网膜变性的主要因素。

ATXN7AS1 对 ATXN7 的调节

Sopher 等人通过对人体组织进行定量 RT-PCR（2011）观察到 ATXN7 及其反义转录物 SCAANT1（ATXN7AS1; 614481）的反向表达。ATXN7在皮质、小脑、纹状体和肝脏中表达较高，在肺和肾脏中表达较弱，而SCAANT1在脑组织和肝脏中表达较弱，在肺和肾脏中表达较高。定性 RT-PCR 显示 SCA7 患者成纤维细胞和外周血样本中 ATXN7 表达异常升高，SCAANT1 表达降低。索弗等人（2011）生成了表达约 13.5 kb 人 ATXN7 小基因构建体的转基因小鼠，该构建体包含 SCAANT1、替代启动子 P2A、外显子 3 中的 ATXN7 翻译起始位点、外显子 3 中的致病性 CAG 扩展以及外显子 3 侧翼的野生型或突变型 CTCF（604167）结合位点。具有突变 CTCF 结合位点的转基因小鼠（而非具有野生型 CTCF 结合位点的转基因小鼠）表现出 CTCF 结合减少、ATXN7 表达升高、SCAANT1 表达减少，并发展出 SCA7 的特征。人视网膜母细胞瘤细胞中 CTCF 的敲低显着降低了 SCAANT1 的表达，并增加了 P2A 启动子（而非典型上游启动子）表达的 ATXN7 mRNA。染色质免疫沉淀分析显示 P2A 启动子中存在 SCAANT1 表达的抑制性染色质修饰。索弗等人（2011）得出结论，SCAANT1 受到 CTCF 的正转录控制，并负向调节 ATXN7 的表达。人视网膜母细胞瘤细胞中 CTCF 的敲低显着降低了 SCAANT1 的表达，并增加了 P2A 启动子（而非典型上游启动子）表达的 ATXN7 mRNA。染色质免疫沉淀分析显示 P2A 启动子中存在 SCAANT1 表达的抑制性染色质修饰。索弗等人（2011）得出结论，SCAANT1 受到 CTCF 的正转录控制，并负向调节 ATXN7 的表达。人视网膜母细胞瘤细胞中 CTCF 的敲低显着降低了 SCAANT1 的表达，并增加了 P2A 启动子（而非典型上游启动子）表达的 ATXN7 mRNA。染色质免疫沉淀分析显示 P2A 启动子中存在 SCAANT1 表达的抑制性染色质修饰。索弗等人（2011）得出结论，SCAANT1 受到 CTCF 的正转录控制，并负向调节 ATXN7 的表达。

杨等人（2015）表明，当在 HEK293T 细胞中过表达时，polyQ 扩展的 ATX7 将 USP22 隔离到包含物中。PolyQ 扩增的 ATX7 对 USP22 的隔离取决于 ATX7 的锌指结构域和 USP22 的 N 末端结构域之间的相互作用，并导致 USP22 形成不溶性聚集体。ATX7 中的 PolyQ 扩增降低了 USP22 的催化活性并损害了 USP22 的去泛素化功能。

▼ 分子遗传学

David 等人在 SCA7（164500）患者中（1997）鉴定出共济失调蛋白-7 基因的高度不稳定的 CAG 重复扩增（607640.0001）。在突变等位基因上，CAG 重复大小变化很大，范围为 38 到 130 个重复，而在正常等位基因上，其范围为 7 到 17 个重复。SCA7 中的性腺不稳定性比任何已知的由翻译的 CAG 重复扩增引起的神经退行性疾病中观察到的不稳定性都要大，并且这种不稳定性在父系遗传中尤其引人注目（有关详细讨论，请参阅 164500 中的“遗传预期”）。

▼ 动物模型

通过使用具有组织特异性启动子的构建体，Yvert 等人（2000）培育出在浦肯野细胞或视网膜视杆光感受器中表达突变型人共济失调蛋白-7 的转基因小鼠。在浦肯野细胞或视杆光感受器中过度表达全长突变体共济失调蛋白-7（Q90）的小鼠分别存在运动协调和视力缺陷。在这两种模型中，突变体共济失调蛋白-7的N端片段在泛素化的核内含物中积累，从而募集了一组不同的伴侣/蛋白酶体亚基。视杆细胞中共济失调蛋白-7（Q90）的过度表达引起了严重的退化，而正常共济失调蛋白-7（Q10）的类似过度表达没有明显的影响。退行性过程不仅限于光感受器，在突触后神经元中也发现了继发性改变。

为了研究SCA7中聚谷氨酰胺神经毒性的机制，La Spada等人（2001）建立了 SCA7 转基因小鼠模型，该模型在中枢神经系统和视网膜中表达具有 92 个谷氨酰胺的共济失调蛋白-7。他们观察到视锥杆营养不良型视网膜变性。La Spada 等人利用酵母 2 杂交研究（2001）证明共济失调蛋白-7与CRX相互作用，CRX是一种主要在视网膜感光细胞中表达的核转录因子。CRX 基因突变会导致人类锥杆营养不良-2（120970）。免疫共沉淀实验将共济失调蛋白-7 与 CRX 共定位于核聚集体中。La Spada 等人使用视紫红质启动子-报告基因构建体（2001）观察到聚谷氨酰胺扩增的共济失调蛋白-7 抑制了CRX 反式激活。通过电泳迁移率变动分析和 RT-PCR 分析，他们观察到 SCA7 转基因视网膜中 CRX 结合活性的降低和 CRX 调节基因的减少。数据表明，SCA7 转基因小鼠忠实地再现了在人类 SCA7 患者中观察到的视网膜变性过程。作者推测，共济失调蛋白-7 介导的光感受器特异性基因转录干扰可能是 SCA7 中视网膜变性的原因，因此可能为这种多谷氨酰胺重复紊乱中如何实现细胞类型特异性提供解释。

赫尔姆林格等人（2002）表明 R6 转基因小鼠在视网膜中表达突变型亨廷顿蛋白（HTT; 613004），导致严重的视力缺陷和视网膜营养不良。在 R7E 小鼠中已经描述了类似的早期和进行性视网膜变性和功能障碍（Yvert 等，2000）。这些异常让人想起其他视网膜变性表型（特别是 rd7/rd7 小鼠），其中发生感光细胞损失。赫尔姆林格等人（2002）表明 R6 和 R7E 小鼠视网膜中的 NRL（162080）途径和感光细胞命运可能会改变。

利比等人（2003）产生了携带 ATXN7 cDNA 构建体或具有 92 个 CAG 重复的 13.5 kb ATXN7 基因组片段的转基因小鼠品系。cDNA转基因小鼠几乎没有表现出代际重复不稳定性，而基因组片段转基因小鼠表现出明显的代际不稳定性，并具有明显的扩增偏差。3-prime 基因组区域的选择性删除显着稳定了 ATXN7 92 CAG 重复序列的代际传递。作者认为基因组片段上存在的顺式信息可能驱动不稳定过程。对基因组片段小鼠组织的小池和标准 PCR 分析显示，它们的大脑和肝脏中存在大量重复扩增，但在经历神经变性的 cDNA 转基因小鼠的任何组织中均未发现此类变化。由于 ATXN7 cDNA 小鼠的大脑中不存在大量体细胞重复扩增，Libby 等人（2003）提出，神经变性可能在没有明显体细胞嵌合的情况下发生，至少在这些小鼠中是这样。

鲍曼等人（2005）使用具有 266 个 CAG 重复序列和泛素（191339）报告基因的转基因小鼠评估了泛素蛋白酶体系统（UPS）。在疾病的初始阶段，报告基因水平较低，表明在存在功能性 UPS 的情况下会发生神经元功能障碍。在疾病晚期，由于泛素报告基因 mRNA 的增加，最脆弱神经元特异的报告基因水平显着增加。没有发现 UPS 总体受损或蛋白酶体活性降低的证据。单个神经元中泛素报告基因的差异性增加与 SCA7 中选择性病理和神经元功能障碍标志物的下调直接相关。报告者揭示的神经病理学与脆弱神经元中的共济失调蛋白-7 核包涵体之间存在负相关。鲍曼等人（2005）提出了聚谷氨酰胺核包涵体对神经元功能障碍的保护作用，并排除了聚谷氨酰胺神经病理学中 UPS 的显着损害。

贾纳等人（2010）将 ATXN7 确定为体外和体内苏酰化的靶标。Sumoylation 不影响 ATXN7 的亚细胞定位，也不影响其与 TFTC/STAGA 复合物成分的相互作用。聚谷氨酰胺延伸段的扩展不会损害 ATXN7 的苏酰化。SUMO1（601912）和 SUMO2（603042）与 ATXN7 共定位于 SCA7 患者和 Atxn7 敲入小鼠大脑中的神经元核内包涵体亚群中。在 SCA7 的 COS-7 细胞模型中，有 2 种核外包涵体：均质和非均质。非均质内含物与 SUMO1 和 SUMO2 的共定位显着减少，但 Hsp70（HSPA1A；140550）、19S 蛋白酶体和泛素高度富集。这些的特点是凋亡标记半胱天冬酶-3（CASP3; 600636）的染色增加以及 PML 核体的破坏（参见 102578）。通过突变 SUMO 位点来防止扩展的 ATXN7 的 SUMO 化会增加 SDS 不溶性聚集体和 CASP3 阳性非均质内含物的数量，这些内含物对细胞有毒。贾纳等人（2010）得出结论，SUMO 化影响 ATXN7 的多步聚集过程，并暗示 ATXN7 SUMO 化在 SCA7 发病机制中的作用。

▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：

.0001 脊髓小脑共济失调 7
ATXN7，（CAG）n 重复扩展

David 等人在来自 5 个脊髓小脑性共济失调 7（SCA7; 164500）家族的 18 名患者中（1997）报道了共济失调蛋白-7 基因的高度不稳定的 CAG 重复扩增。性腺不稳定很明显，并且与父系遗传有关。