硬化素; SOST

HGNC 批准的基因符号：SOST

细胞遗传学位置：17q21.31 基因组坐标（GRCh38）：17:43,753,738-43,758,791（来自 NCBI）

▼ 描述

Sclerostin 和 noggin（NOG; 602991） 是骨形态发生蛋白（BMP） 拮抗剂，通过隔离 BMP 来调节促有丝分裂活性（Winkler 等人，2004）。

▼ 克隆与表达

通过纯合性作图，然后在患有硬化症的南非荷兰语家族中进行位置克隆（269500），Brunkow 等人（2001） 在一个新基因中发现了 2 个孤立的突变，他们将其命名为 SOST。SOST 基因编码一个推导的 213 个氨基酸的蛋白质，硬化蛋白，与大鼠和小鼠的同源物有 89% 和 88% 的序列同一性。该蛋白质包含一个假定的分泌信号和 2 个 N-糖基化位点。它还含有与分泌糖蛋白 dan 家族高度相似的胱氨酸结基序（残基 80-167），包括 dan（600613）、cerberus（603777）、gremlin（603054） 和 caronte（604172），它们已被证明可作为转化生长因子-β 超家族成员的拮抗剂（参见 190180）。定量 RT-PCR 显示 SOST 总体表达量相对较低，

巴勒曼斯等人（2001）孤立分离出SOST基因。定量 RT-PCR 实验显示，人肾中的组织表达最高，其次是骨髓和成骨细胞。

Kusu 等人使用原位杂交（2003）发现Sost在发育中的小鼠胚胎的骨骼中强烈表达。Sost 的点状表达位于膜内形成的颅骨和软骨内形成的长骨的表面。Sost 与破骨细胞标记物 Mmp9（120361） 共定位。在昆虫细胞中表达的重组Sost以单体形式分泌。

通过 RT-PCR，Winkler 等人（2003）发现人硬化素在原代人成骨细胞、培养物中分化为成骨细胞的间充质细胞以及软骨组织中的肥大软骨细胞中表达。它不在脂肪细胞或脂肪组织中表达。人骨的免疫组织化学分析检测到骨细胞和骨细胞小管和/或皮质骨和小梁骨中的细胞突起中的表达。在软骨细胞中也观察到染色，在其他成骨细胞中观察到微弱的染色。

▼ 基因结构

SOST 基因包含 2 个外显子（Brunkow et al., 2001）。

▼ 测绘

SOST 基因定位于染色体 17q12-q21（Brunkow et al., 2001）。

Gross（2014） 根据 SOST 序列（GenBank AF326736） 与基因组序列（GRCh37） 的比对，将 SOST 基因对应到染色体 17q21.31。

▼ 基因功能

Kusu 等人（2003） 在小鼠前成骨细胞系中共表达小鼠 Sost 与几种人 BMP cDNA，发现 Sost 抑制 BMP6（112266） 和 BMP7（112267） 刺激的分化，但不抑制 BMP2（112261） 和 BMP4（112262） 刺激的分化。Sost以高亲和力结合BMP6和BMP7，以较低亲和力结合BMP2和BMP4。库苏等人（2003） 得出结论，SOST 是一种分泌型破骨细胞衍生的 BMP 拮抗剂，可抑制 BMP 诱导的成骨细胞分化和/或功能。

温克勒等人（2003） 发现重组人硬化素在体外以相似的结合动力学和亲和力结合 BMP2、BMP4、BMP5（112265）、BMP6 和 BMP7。竞争研究表明，BMP 蛋白竞争硬化蛋白上的同一位点。硬化素与 BMP6 的结合与 BMP6 与 I 型和 II 型 BMP 受体（分别参见 601299 和 600799）以及 BMP 拮抗剂 DAN 的结合竞争。硬化素与人 BMP6 预孵育可部分阻断小鼠间充质细胞中 BMP6 对 SMAD（参见 SMAD1；601595）的磷酸化。硬化素以剂量依赖性方式降低与成骨细胞分化相关的基因的表达，并减少分化的人间充质细胞和原代人成骨细胞的增殖和矿物质沉积。

温克勒等人（2004） 发现人硬化蛋白在体外与 noggin 直接相互作用。硬化蛋白-头蛋白相互作用中和了任一蛋白结合和抑制 BMP6 的能力，从而允许 BMP6 在小鼠骨肉瘤细胞系中发挥促有丝分裂活性。来自大鼠骨肉瘤细胞系的硬化蛋白的免疫沉淀表明，内源性大鼠硬化蛋白与 Bmp2、Bmp5 和 noggin 形成复合物。

谢苗诺夫等人（2005） 发现人类 SOST 通过与 Wnt 辅助受体 Lrp5（603506） 和 Lrp6（603507） 的胞外结构域结合并破坏 Wnt 诱导的卷曲（see 603408）-Lrp 复合物形成来拮抗非洲爪蟾胚胎和哺乳动物细胞中的 Wnt（见 606359） 信号传导。

Leupin 等人使用串联亲和纯化和质谱分析从 HEK293 和大鼠 UMR-106 成骨细胞中分离的蛋白质（2011） 发现硬化蛋白与 LRP4（604270）、LRP5 和 LRP6 相互作用。ELISA 实验证实重组 LRP4 和硬化素之间存在剂量依赖性相互作用。突变分析表明，LRP4 β-螺旋桨结构域介导的膜定位是相互作用所必需的。HEK293 细胞或 C28a2 人软骨细胞中 LRP4 的过表达增强了硬化素介导的 WNT1（164820） 信号传导抑制，而通过 RNA 干扰敲低 HEK293 细胞中的 LRP4 mRNA 可减少硬化素介导的 WNT 信号传导抑制，但不会减少 DKK1（605189） 介导的抑制。Lrp4 的敲低显着阻断了硬化素对小鼠骨髓基质细胞骨矿化的抑制作用。

▼ 分子遗传学

硬化症 1

在患有硬化症的南非荷兰语人中（SOST1；269500），Brunkow 等人（2001） 发现 sclerostin（605740.0001） N 末端无义突变的纯合性。Tacconi 等人报告了一名无关的塞内加尔血统受影响者（1998），他们发现 SOST 基因（605740.0002） 的单个内含子内存在剪接突变的纯合性。

巴勒曼斯等人（2001） 描述了 2 个患有硬化症的家族，其中含有 SOST 基因纯合突变。

范布赫姆病

布伦科等人（2001） 分析了 7 名荷兰 van Buchem 病（VBCH; 239100） 患者的 SOST 基因，并检测到编码区没有突变。

Van Hul 等人研究了患有范布赫姆病的荷兰一个大近亲家庭的受影响成员（1998），巴勒曼斯等人（2002） 在 SOST 基因下游约 35 kb 处发现了一个纯合的 52 kb 缺失。另外三名患有范布赫姆病的荷兰患者也有该缺失。受影响个体的父母对于缺失是杂合的。对缺失断点侧翼序列的分析表明，两侧均存在 Alu 重复序列，表明 Alu 介导的不平等同源重组事件是导致缺失的机制。由于在删除区域内无法识别出编码序列，Balemans 等人（2002） 表明缺失可能会改变 van Buchem 病患者 SOST 基因的转录。

Loots 等人使用转基因小鼠（2005） 表征了野生型等位基因和 SOST 下游携带范布赫姆病相关 52-kb 非编码缺失的等位基因（VB 等位基因）的人类 SOST 表达。具有野生型等位基因的转基因小鼠在胚胎第9.5天表达人类SOST，主要在发育中的肢芽的间质组织中，而成年转基因小鼠在骨、肾和心脏中表达SOST。这些小鼠骨骼发育成熟，体型和体重正常，但骨矿物质密度下降。相比之下，表达VB等位基因的转基因小鼠在成年骨骼中不表达SOST，并且它们的骨骼参数与非转基因同窝小鼠无法区分。转基因表达对骨细胞和破骨细胞的数量没有显着影响，但带有任一等位基因的转基因小鼠中 SOST 水平升高会导致前肢和后肢出现大范围的手指融合和缺失。洛茨等人（2005） 在 van Buchem 病相关缺失中确定了 7 个进化保守区（ECR）。他们检查了表达这些人类 ECR 的转基因小鼠胚胎的骨骼结构，发现 250 bp ECR5 增强了肋骨、椎骨和颅骨板软骨中的 SOST 表达。ECR5 还能够激活成骨细胞样细胞系中的人类 SOST 启动子。洛茨等人（2005） 得出结论，van Buchem 病是由 SOST 特异性调节元件缺失引起的，并且与硬化症等位（2005） 在 van Buchem 病相关缺失中确定了 7 个进化保守区（ECR）。他们检查了表达这些人类 ECR 的转基因小鼠胚胎的骨骼结构，发现 250 bp ECR5 增强了肋骨、椎骨和颅骨板软骨中的 SOST 表达。ECR5 还能够激活成骨细胞样细胞系中的人类 SOST 启动子。洛茨等人（2005） 得出结论，van Buchem 病是由 SOST 特异性调节元件缺失引起的，并且与硬化症等位（2005） 在 van Buchem 病相关缺失中确定了 7 个进化保守区（ECR）。他们检查了表达这些人类 ECR 的转基因小鼠胚胎的骨骼结构，发现 250 bp ECR5 增强了肋骨、椎骨和颅骨板软骨中的 SOST 表达。ECR5 还能够激活成骨细胞样细胞系中的人类 SOST 启动子。洛茨等人（2005） 得出结论，van Buchem 病是由 SOST 特异性调节元件缺失引起的，并且与硬化症等位。ECR5 还能够激活成骨细胞样细胞系中的人类 SOST 启动子。洛茨等人（2005） 得出结论，van Buchem 病是由 SOST 特异性调节元件缺失引起的，并且与硬化症等位。ECR5 还能够激活成骨细胞样细胞系中的人类 SOST 启动子。洛茨等人（2005） 得出结论，van Buchem 病是由 SOST 特异性调节元件缺失引起的，并且与硬化症等位。

颅骨干发育不良，常染色体显性遗传

Kim 等人在一名患有常染色体显性颅骨干发育不良（CDD；122860）的韩国女孩中（2011） 鉴定了 SOST 基因中的从头杂合突变（V21M; 605740.0005）。Bieganski 等人报告的受影响患者的基因分析（2007） 鉴定了影响相同残基的第二个杂合 SOST 突变（V21L; 605740.0006）。无法获得第二名患者可能受影响的母亲的 DNA。这两种突变都会影响该蛋白的分泌信号肽，体外功能表达研究表明，尽管这些蛋白是在细胞中产生的，但这些突变导致 SOST 分泌显着减少。金等人（2011） 指出 SOST 突变导致的与其他疾病的表型差异，这些突变不太严重并且以常染色体隐性模式遗传，

与骨矿物质密度相关的 SOST 多态性

乌特林登等人（2004） 通过检查 SOST 基因与骨密度（BMD） 的关系，研究了 SOST 基因是否是骨质疏松症风险基因。他们使用来自 SOST 区域的一组 8 个多态性，对来自荷兰白人大型人群前瞻性队列研究的 1,939 名老年男性和女性进行了基因分型。他们发现，在假定的 SOST 启动子区域插入 3 个 bp（基因频率为 0.38）与女性股骨颈和腰椎 BMD 降低相关，有证据表明在最年长年龄组中存在等位基因剂量效应。同样，van Buchem 缺失区域的 G 变异（基因频率 = 0.40）与男性股骨颈和腰椎 BMD 增加相关。在这两种情况下，极端基因型之间的差异均达到 0.2 个标准差。在 8.2 年的随访期间验证的 234 例骨质疏松性骨折和分析的 146 例椎体常见骨折中，没有观察到基因型对骨折风险的影响。乌特林登等人（2004） 发现了插入多态性与 COL1A1 基因 Sp1 结合位点多态性相加效应的证据（120150.0051）。他们认为，中度的 SOST 基因型效应涉及 SOST 基因表达调控的差异。

▼ 等位基因变体（6 个选定示例）：

.0001 SCLEROSTEOSIS 1
SOST，GLN24TER
在患有硬化症的南非荷兰语中（SOST1；269500），Brunkow 等人（2001） 鉴定了位于 SOST 基因预测翻译起始位点下游 69 bp 处的纯合 C 至 T 取代，导致翻译终止于距 N 末端 23 个残基处。在 400 多个对照中未发现该突变。

.0002 硬化症 1
SOST，IVS1DS，AT，+3 和/或 IVS1AS，AC，-67
Tacconi 等人报告的塞内加尔硬化症患者（SOST1；269500）（1998），布伦科等人（2001） 在 SOST 基因的单个内含子中发现了 2 个纯合变化。由于 360 个未受影响的对照 DNA 的序列中不存在这些核苷酸差异，因此他们得出结论，其中一个或两个可能对 mRNA 的剪接产生有害影响。

.0003 SCLEROSTEOSIS 1
SOST，TRP124TER
在一个患有硬化症的巴西家庭中（SOST1；269500），Balemans 等人（2001） 鉴定出 SOST 基因外显子 2 中的纯合 372G-A 转换，导致 trp124 至 ter 无义突变。

.0004 SCLEROSTEOSIS 1
SOST，ARG126TER
在一个患有硬化症的美国家庭中（SOST1；269500），Balemans 等人（2001） 在 SOST 基因的外显子 2 中发现纯合 376C-T 转变，导致 arg126 到 ter 无义突变。

.0005 颅骨干发育不良，常染色体显性遗传
SOST，VAL21MET
对于一名患有常染色体显性颅骨干发育不良（CDD；122860） 的韩国女孩，Kim 等人（2011） 鉴定了 SOST 基因中的从头杂合 61G-A 转换，导致蛋白质分泌信号中的 val21-to-met（V21M） 取代。在第二位患者中，Kim 等人（2011） 鉴定了影响相同残基的不同突变（V21L; 605740.0006）。体外功能表达研究表明，尽管这些蛋白质是在细胞中产生的，但突变导致 SOST 分泌显着减少。

.0006 颅骨干发育不良，常染色体显性
SOST，VAL21LEU
患有常染色体显性颅骨干发育不良（CDD；122860） 的患者，最初由 Bieganski 等人报道（2007），金等人（2011） 鉴定出 SOST 基因中的杂合 61G-T 颠换，导致蛋白质分泌信号中 val21 替换为 leu（V21L）。无法获得他可能受影响的母亲的 DNA。一名患有该疾病的无关患者具有影响相同残基的突变（V21M；605740.0005）。体外功能表达研究表明，尽管蛋白质是在细胞中产生的，但这两种突变都会导致 SOST 分泌显着减少。