天冬酰氨基葡萄糖苷酶； AGA

糖基天冬酰胺酶

HGNC 批准的基因符号：AGA

细胞遗传学位置：4q34.3 基因组坐标（GRCh38）：4:177,430,774-177,442,437（来自 NCBI）

▼ 描述

天冬氨葡萄糖胺酶（AGA；EC 3.5.1.26）是糖蛋白 N-连接寡糖分解代谢中的关键酶。它从残留的 N-乙酰氨基葡萄糖中裂解天冬酰胺，作为糖蛋白溶酶体分解的最后步骤之一（Ikonen 等人总结，1991）。

▼ 克隆和表达

Fisher 等人（1990）克隆并测序了这种疾病中缺乏的酶的 cDNA，他们将其称为糖基天冬酰胺酶。Tollersrud 和 Aronson（1989）从大鼠肝脏中纯化了同质的糖基天冬酰胺酶，发现其天然分子量为 49 kD，并包含 24 kD 和 20 kD 两个亚基。Fisher 等人通过对人类酶 cDNA 的研究（1990）发现它被编码为 34.6 kD 的多肽，经过翻译后加工产生 2 个大约 19.5 kD（α 亚基）和 15（β 亚基）kD 的亚基。AGA cDNA 编码推导的 436 个氨基酸的蛋白质。

伊科宁等人（1991）克隆并测序了人类 AGA 的全长 cDNA，并研究了其在 COS-1 细胞中的瞬时表达。

▼ 生化特征

奥伊诺宁等人（1995）确定了人溶酶体天冬氨葡萄糖胺酶的高分辨率晶体结构。该酶作为单一多肽前体合成，翻译后立即裂解为 α 和 β 亚基。发现两条α链和β链堆积在一起形成最终的异四聚体结构。催化必需的残基，即β链的N端苏氨酸，位于漏斗形活性位点的深袋中。根据酶-产物复合物的结构，Oinonen 等人（1995）提出了这种具有极高最佳 pH 值的溶酶体酶的催化机制。3维结构还可以预测导致天冬氨葡萄糖胺尿症的人类突变的结构后果。

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Aula 等人通过体细胞杂种分析进行作图（1984）将天冬氨氨基葡萄糖苷酶的结构基因分配给染色体 4q21-qter。清真等（1991）提出了他们的观察结果，他们将其解释为表明 4q23-q27 基因分配范围缩小：一个具有 4q23-q27 从头直接串联重复的女孩在培养的成纤维细胞中 AGA 酶的活性增加。莫里斯等人（1992）从原位杂交研究中得出结论，定位是 4q32-q33。恩格伦等人（1992）发现 4q33-qter 缺失的患者体内酶的活性降低。

滕胡宁等人（1995）发现小鼠的Aga基因位于8号染色体B区的中央区域，该区域与人类4q端粒区显示同源性。小鼠基因跨越 11 kb 基因组区域，包含 9 个外显子，与人类基因类似。此外，小鼠和人类基因的外显子/内含子边界位置相同。

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芬兰天冬氨葡萄糖胺尿症（AGU; 208400）患者的分子遗传学，Ikonen 等人（1991）和费舍尔等人（1991）孤立鉴定了 AGA 基因中 cys163-to-ser（C163S; 613228.0001）突变的纯合性。C163S 突变是芬兰 98% 的 AGU 病例的原因（Isoniemi 等，1995）。

伊科宁等人（1991）描述了在 12 名非芬兰裔 AGU 无关患者中发现的 10 种 AGA 突变谱。由于 12 个家庭中有 11 个是纯合子，因此近亲似乎是大多数 AGU 家族的共同点，尽管只有 2 个家族可以证实有近亲关系。使用单链构象多态性（SSCP）分析筛选未知基因缺陷。这些突变分布在 AGA cDNA 的整个编码区，但羧基末端 17-kD 亚基除外，在该亚基中，突变聚集在 46 个氨基酸区域内。根据突变的特征，Ikonen 等人（1991）的结论是，大多数突变可能影响分子的折叠和稳定性，但不直接影响酶的活性位点。有 3 名非芬兰患者患有“芬兰”C163S 突变，但其中 2 名挪威人，1 名瑞典人。这些患者可能有芬兰血统（Borud 和 Torp，1976）。

托勒斯鲁德等人（1994）报道了挪威北部发现的来自 7 个家庭的 9 名患者。所有这些都是芬兰最常见的突变（cys163-to-ser）的纯合子。对9位父母的家谱调查证明所有血统都有芬兰血统。这些芬兰移民主要来自芬兰北部的托尔尼奥山谷，是1700年至1900年连续不断的移民运动中的一部分。

Ikonen 和 Peltonen（1992）回顾了当时发表的总共 11 个 AGA 突变。

莱蒂宁等人（1997）证明，非芬兰提取的 2 个加拿大同胞具有基于 AGA 基因座复合杂合性的 AGU：299G-A 转变导致 gly100 至 glu 取代，404T-C 转变导致 phe135 至 phe135 取代。酶中的-ser取代。

伊索涅米等人（1995）发现 7 名芬兰 AGU 患者是 C163S 突变和另一个突变的复合杂合子，即 AGA cDNA 第二个外显子中的 2 bp 缺失，导致阅读框移位和多肽链过早终止。

萨雷拉等人（2001）利用AGA的3维结构来预测AGU突变的结构后果，包括6种新突变，并表征突变对AGA细胞内稳定性、成熟、转移和活性的影响。大多数突变是用更大的残基替换原始氨基酸的取代。二聚体界面的突变阻止内质网中的二聚化，而活性位点突变不仅破坏活性，而且影响前体的成熟。根据突变对 AGA 多肽稳定性的影响，作者将突变分为轻度、中度或重度。

▼ 等位基因变体（12 个选定示例）：

.0001 天冬氨酸葡萄糖胺尿症，芬兰型
AGA，CYS163SER
通过对来自天冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU; 208400）患者的 PCR 扩增 AGA cDNA 进行直接测序，Ikonen 等人（1991）发现了 G 到 C 的突变，导致丝氨酸取代了半胱氨酸 163（C163S）。在所有 20 名分析的芬兰 AGU 患者中都发现了这种突变，并且在所有 53 名携带者中均以杂合形式存在，而在 67 名对照个体中则没有发现这种突变。该突变使 AGA 多肽链的预测灵活性发生变化，并消除了分子内 SS 桥。

费舍尔等人（1991）孤立发现了芬兰 AGU 成纤维细胞 DNA 中的 G 到 C 转换；然而，他们发现了第二个 G 到 A 的转变，也导致了精氨酸到谷氨酰胺的取代。这 2 个替换存在于所研究的所有 3 个芬兰病例中，并且不存在于 2 个非芬兰 AGU 成纤维细胞系中。在非芬兰 AGU 成纤维细胞中，Fisher 等人（1991）发现缺失是 AGA 缺陷的明显原因。莫诺宁等人（1991）同样发现了 2 个突变，R161Q 和 C163S。这两种突变均导致新的限制性核酸内切酶位点，并且存在于所研究的所有 8 名芬兰 AGU 患者中，但在芬兰和非芬兰对照以及 1 例非芬兰 AGU 病例中均不存在。这两种氨基酸的变化预计都会深刻改变蛋白质的结构：用谷氨酰胺替代精氨酸代表用碱性氨基酸替代含有不带电荷的极性基团的氨基酸；用丝氨酸替代半胱氨酸可以消除二硫键。两种突变是否都涉及病理后果或者一种突变是否是多态性尚不确定。

伊科宁等人（1991）通过体外诱变研究表明，C163S 突变是酶缺乏的原因，而芬兰 98% 的 AGU 等位基因中的 arg161-to-gln（R161Q）替换伴随着其他突变，代表了一种罕见的多态性。Cysteine-163 被证明参与了 SS 桥。突变蛋白中缺乏这种共价交联可能会导致多肽链折叠紊乱，从而降低其细胞内稳定性。Fisher 和 Aronson（1991）同样发现了 482G-A 转换和 488G-C 颠换，并证明只有后者才是糖基天冬酰胺酶活性缺陷的原因。该取代阻止了前体多肽正常翻译后加工成其α和β亚基。

C163S 突变是芬兰 98% 的 AGU 病例的原因（Isoniemi 等，1995）。

.0002 ASPARTYLGLUCOSAMINURIA
AGA, GLY302ARG
在一名患有天门冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU; 208400）的 10 岁土耳其儿童中，Ikonen 等人（1991）在 AGA 基因的核苷酸 904 处发现了 G 到 A 的取代，导致精氨酸取代了甘氨酸 302（G302R）。该患者的突变是纯合的，成纤维细胞 AGA 活性约为正常值的 7%。父母是堂兄弟姐妹。

.0003 天冬氨酸葡萄糖胺尿
AGA，CYS306ARG
在一名 16 岁美国白人患者中，患有天冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU；208400），Ikonen 等人（1991）通过 SSCP 方法发现 AGA 基因的核苷酸 916 处发生 T 到 C 的变化，导致精氨酸取代半胱氨酸 306（C306R）。

.0004 ASPARTYLGLUCOSAMINURIA
AGA, GLY60ASP
In a 3-year-old German child with aspartylglucosaminuria（AGU; 208400）, previously reported by Ziegler et al.（1989）, Ikonen et al.（1991） found a G-to-A substitution at nucleotide 179 of the AGA gene, resulting in substitution of the negatively charged aspartic acid for uncharged glycine at residue 60（G60D）.

.0005 ASPARTYLGLUCOSAMINURIA
AGA, ALA101VAL
对于一名患有天冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU; 208400）的 1 岁意大利儿童，Ikonen 等人（1991）在 AGA 基因的核苷酸 302 处发现了 C 到 T 的转变，导致丙氨酸 101 变为缬氨酸（A101V）。该患者的这种突变是纯合子，是通过 SSCP 方法发现的。在一名英国患者的复合杂合状态中发现了相同的突变（参见 613228.0006）。

.0006 天门冬氨酸葡萄糖胺尿
AGA，7-BP DEL，NT102
在一名患有天门冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU；208400）的 5 岁英国儿童中，Ikonen 等人（1991）发现 AGA 基因中 A101V 突变（613228.0005）和 7 核苷酸缺失（102_108delfs34Ter）存在复合杂合性。预计基因缺失将导致形成仅含 33 个氨基酸的截短多肽链。

.0007 天冬氨酸葡萄糖胺尿
AGA，1-BP INS，800T
在一名 17 岁的西班牙裔美国患者中，患有天冬氨酸葡萄糖胺尿（AGU；208400），Ikonen 等人（1991）发现 AGA 基因中第 800 个核苷酸后插入一个胸苷，导致阅读框发生变化，终止密码子过早产生，导致 318 个氨基酸的多肽链被截短，其中前 267 个氨基酸代表正常的 AGA多肽（800_801insfs319Ter）。

.0008 天门冬氨酸葡萄糖胺尿
AGA，6-BP INS，NT127
一名 3 岁突尼斯儿童患有天门冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU；208400），他是表亲父母的后代，Ikonen 等人（1991）发现AGA基因中第127个核苷酸后的6个核苷酸插入（ATGCGG）具有纯合性，导致第42个氨基酸后天冬氨酸和丙氨酸的框内插入。

.0009 天冬氨酸葡萄糖胺尿
AGA，IVS8DS，GT，+1
一名患有天冬氨酸葡萄糖胺尿症的 12 岁美国黑人患者（AGU；208400）（Hreidarsson 等人，1983 年；卡姆登编号 GM03560），Ikonen 等人（1991）发现AGA基因中核苷酸807-940的缺失具有纯合性。对 cDNA 和基因组 DNA 的进一步序列分析证实，cDNA 中缺少一个 134 bp 的外显子，并且剪接供体位点 +1 位置的相邻 3-prime 内含子中发生了 G-to-T 取代；作者因此得出结论，这是一个剪接突变。该突变导致转录本比正常转录本短 134 bp。该突变还导致阅读框的移动以及下一个外显子开头的过早终止密码子。

.0010 天冬氨酸葡萄糖胺尿
AGA，1-BP DEL，336T
在一名患有天门冬氨酸葡萄糖胺尿症（AGU；208400）的 8 岁荷兰儿童中，Ikonen 等人（1991）在 AGA 基因中发现了 1 个核苷酸的缺失，胸腺嘧啶核苷-336。这导致了 126 个氨基酸后多肽链的移码和提前终止。

.0011 移至 613228.0009

.0012 天门冬氨酸氨基葡萄糖尿
AGA，SER72PRO
Peltola 等（1996）报道称，4 个患有天冬氨葡萄糖胺尿症的阿拉伯家庭的受影响成员中，AGA 基因中第 214 号密码子发生 T 到 C 的变化，导致 Ser72 到 Pro（S72P）的取代（AGU; 208400）。他们指出，这种突变是第一个涉及活性位点的自然发生的 AGA 突变，并且显然是全球第二常见的 AGA 突变。