组织蛋白酶K； CTSK
HGNC 批准的基因符号：CTSK
细胞遗传学位置：1q21.3 基因组坐标（GRCh38）：1:150,796,208-150,808,260（来自 NCBI）
▼ 说明
组织蛋白酶 K ( EC 3.4.22.38 ) 是半胱氨酸蛋白酶木瓜蛋白酶家族的成员，在破骨细胞功能中发挥着重要作用 ( Gelb 等，1996 )。
▼ 克隆与表达
施等人(1995)分离出一种半胱氨酸蛋白酶，其表达在外周血单核细胞体外成熟为巨噬细胞的过程中急剧上调。由于源自人巨噬细胞的 cDNA 与从兔破骨细胞中分离出的推定半胱氨酸蛋白酶（称为 OC2）具有很强的同源性，因此他们将其称为人组织蛋白酶 O (CTSO)。由于该名称已用于不同的基因（参见600550 ）， Shi 等人确定的基因的正式名称(1995)成为组织蛋白酶 K。组织蛋白酶 K cDNA 产生单个 1.7-kb 转录物，在 15 天大的单核细胞来源的巨噬细胞 RNA 的 Northern 印迹中检测到，但在人单核细胞或肺泡巨噬细胞中不表达。cDNA 预测了 329 个氨基酸的前组织蛋白酶原，与人的 组织蛋白酶 S (CTSS; 116845 ) 和组织蛋白酶 L (CTSL; 116880 )具有超过 50% 的同一性，与兔 OC2 具有 94% 的同一性。
稻冈等人(1995)还使用先前分离的兔序列探针克隆了组织蛋白酶 K 的人类 cDNA。在骨关节炎髋骨中，特别是在破骨细胞瘤中，表达量最高。作者提出，这种组织蛋白酶可能是人类破骨细胞骨吸收的重要组成部分，其病理学包括骨质疏松症和骨关节炎。
兰塔科科等人(1996)使用 Northern 印迹分析和小鼠组织的原位杂交来鉴定表达组织蛋白酶 K 的特定细胞类型。他们发现肌肉骨骼组织中的表达水平最高：骨、软骨和骨骼肌。在破骨细胞中观察到最强的原位信号，在一些肥大软骨细胞中观察到较小程度的原位信号。
▼ 基因结构
盖尔布等人(1997)和鲁德等人(1997)描述了CTSK基因的基因组组织。
▼ 测绘
盖尔布等人(1997)和鲁德等人(1997)通过荧光原位杂交将CTSK基因定位到染色体1q21。盖尔布等人(1997)将CTSK映射到 CTSS 的 150 kb 内。
▼ 基因功能
施等人(1995)发现人CTSK在 COS-7 细胞中表达时，在酸性 pH 值下表现出针对纤维蛋白原的有效内切蛋白酶活性。他们推测这种内切蛋白酶可能在细胞外基质降解中发挥作用。
兰塔科科等人(1996)认为组织蛋白酶 K 与骨和软骨的降解有关。
除了在破骨细胞中高表达（在骨基质蛋白质成分的降解中发挥重要作用）之外，组织蛋白酶 K 在很大一部分人类乳腺癌中表达，可能有助于肿瘤侵袭（Littlewood-Evans 等）等，1997）。
Kubler 等人使用转录组分析(2016)表明，几种胶原蛋白降解蛋白酶，包括 Mmp1 ( 120353 )、Mmp13 ( 600108 )、Mmp14 ( 600754 )、Cma1 ( 118938 ) 和Ctsk ，在兔空洞结核 (TB；参见607948 ) 模型中高度上调。通过 RT-PCR 和免疫组织化学分析评估， Ctsk是空洞组织和肉芽肿组织中上调程度最高的 I 型胶原酶，作者指出，它在内部和外部裂解 I 型胶原的能力是独一无二的（参见 COL1A1, 120150）螺旋区域。在患有终末空洞的兔子中，CICP 和游离尿脱氧吡啶啉（I 型胶原蛋白的周转产物）的血清水平升高，而尿螺旋肽降低。腔壁组织中Col1a1、Col1a2 ( 120160 ) 和 Col3a1 ( 120180 ) 的表达增加。免疫组织化学分析表明，结核病患者肺部病灶周围和空腔表面的单核和多核巨细胞中存在CTSK表达。与健康对照相比，活动性结核病患者的血浆CTSK显着升高。库伯勒等人(2016)提出CTSK介导的胶原蛋白降解在结核病空洞形成中发挥重要作用。
▼ 分子遗传学
致密性骨质增生 ( 265800 ) 是一种常染色体隐性遗传性骨软骨发育不良，以骨硬化和身材矮小为特征，映射到 1q21 与组织蛋白酶 K 位于同一区域。在这种疾病中，参与骨吸收的破骨细胞数量正常，其皱褶边界和边缘也正常。清晰的区域，但单个破骨细胞周围的脱矿质骨区域增加。超微结构研究表明，致密性成骨不全的破骨细胞在使骨脱矿质方面功能正常，但不能充分降解有机基质。组织蛋白酶 K 是一种在破骨细胞中高度表达的半胱氨酸蛋白酶，是这种骨骼发育不良缺陷部位的合理候选者。盖尔布等人(1996)在致密性骨质疏松症患者中鉴定出组织蛋白酶 K 编码基因中的无义、错义和终止密码子突变。含有终止密码子突变的互补DNA的瞬时表达产生了mRNA，但没有免疫学可检测到的蛋白质。研究结果表明组织蛋白酶 K 是骨吸收中的主要溶酶体蛋白酶，为治疗骨质疏松症和某些形式的关节炎等疾病提供了可能的原理。
在来自 8 个不相关的患有密闭性骨质疏松症家庭的受影响个体中，Hou 等人(1999)鉴定了组织蛋白酶 K 基因中 8 个不同突变的纯合性。突变型和野生型酶的功能研究表明组织蛋白酶 K 活性位点包含一个关键的胶原蛋白结合域。
在丹麦，Haagerup 等人(2000)研究了 5 个独立家庭的致密性骨质疏松症。他们发现了 2 个新突变和 1 个先前描述的突变。在其中 3 个家族中，患者的第 8 号外显子中的 926T-C 转换是纯合的，导致 leu309 氨基酸替换为 pro ( 601105.0007 )。在其余2个家庭中，患者均具有926T-C突变和另一种新突变的复合杂合子。Haagerup 等人在一项针对 150 名健康对照者的研究中(2000)发现 926T-C 突变的频率为 1:150，而其他 2 个突变的频率低于 1:300。每个家庭中的一名患者使用 1q21 组织蛋白酶 K 基因周围的 8 个微卫星标记进行单倍型分析。一种非常罕见的单倍型在所有患者的疾病位点周围构成了高度保守的区域。在可能携带 926T-C 突变的 8 条染色体中，在 7 条各州相同的染色体上发现了这种单倍型。讨论了该群体内的创始人效应和基因座同质性。据报道，患有致密性骨质疏松症的患者首次怀孕和分娩。尽管有共同的单倍型，但 5 个核心家族在追溯到 4 代之前仍无法证明有关联。
▼ 动物模型
拉兹纳等人(1999)回顾了他们自己和其他人关于组织蛋白酶 K 敲除小鼠的工作。小鼠Ctsk基因的靶向突变导致致密性骨质疏松症的许多表型特征，包括骨密度增加和骨畸形。对这些小鼠的放射线分析显示，随着年龄的增长，这种表型也变得越来越明显，与致密性骨质疏松症相关的骨硬化症也是如此。人类疾病和组织蛋白酶 K 敲除小鼠都表现出骨骼异常的倾向，这些异常在正常骨骼发育和稳态过程中会迅速重塑。小鼠卵巢切除和睾丸切除后对骨质疏松变化具有更强抵抗力的骨骼与组织蛋白酶 K 敲除小鼠和致密性骨质疏松症中不易发生骨硬化症的骨骼相同。在部分组织蛋白酶 K 敲除小鼠中观察到脾肿大；脾肿大和贫血已在致密性骨质疏松症中得到描述（Norman 和 Dubowy，1971）。
MITF ( 156845 ) 是螺旋-环-螺旋转录因子亚家族的成员，该亚家族包含潜在的二聚化伙伴 TFE3 ( 314310 )、TFEB ( 600744 ) 和 TFEC ( 604732 )。在小鼠中，Mitf 的显性失活而非隐性突变会产生骨硬化症（参见166600），这表明对其他家族成员的功能需求。MITF 也被发现——并且有人提出 TFE3——可以调节破骨细胞功能的年龄依赖性变化。小眼症 Mitf mi/mi 突变小鼠和组织蛋白酶 K 缺失小鼠之间存在表型相似性（Saftig 等，1998；Gowen 等，1999），以及组织蛋白酶 K 缺乏引起的人类疾病致密性骨质疏松症。Motyckova等人(2001)通过组织蛋白酶 K 启动子中的 3 个共有元件，将组织蛋白酶 K 鉴定为 MITF 和 TFE3 的转录靶标。此外，Mitf 突变破骨细胞中组织蛋白酶 K mRNA 和蛋白质缺乏，野生型 Mitf 中的过度表达会显着上调培养的人破骨细胞中内源组织蛋白酶 K 的表达。组织蛋白酶 K 启动子活性被 Mitf 的显性失活而非隐性小鼠等位基因破坏，其模式与其骨硬化表型密切匹配。组织蛋白酶 K 和 Mitf 家族之间的这种关系有助于解释它们在致密性骨质疏松和石骨症中相应缺陷的表型重叠，并确定骨稳态和人类恶性肿瘤中组织蛋白酶 K 表达的可能调节因子。
陈等人(2007)发现组织蛋白酶 K -/- 小鼠中致密性成骨不全的发生取决于遗传背景。129/Sv 近交系中的组织蛋白酶 K 敲除，但 C57BL/6J 近交系中没有，导致模仿人类致密性骨质疏松症的特征，包括身材矮小、骨硬化、肢端骨质溶解、骨脆性、颅骨缝分离且囟门开放，以及下颌角。129/Sv 组织蛋白酶 K -/- 小鼠还表现出椎骨峡部裂、颅骨薄、牙齿发育异常以及由于开咬合增强而导致的咬合缺失。与野生型小鼠相比，129/Sv 组织蛋白酶 K -/- 小鼠的破骨细胞数量显着增加，并且 129/Sv 组织蛋白酶 K -/- 小鼠的长骨中骨吸收似乎下调，而颅骨、指骨和椎骨中骨吸收上调。组织蛋白酶 K 敲除不会改变破骨细胞介导的细胞外酸化，但会损害破骨细胞降解胶原蛋白的能力。与野生型前破骨细胞相比，组织蛋白酶K -/- 前破骨细胞对细胞凋亡具有抵抗力，并且表现出衰老受损和耐受培养物传代的能力增强。组织蛋白酶 K 的过度表达会引发小鼠前破骨细胞和大鼠骨肉瘤细胞的衰老，并增加 p19 ( 600160 )、p53 ( 191170 ) 和 p21 (CDKN1A; 116899 ) 的表达。
朝雾等人(2008)表明，抑制组织蛋白酶 K 可以有效抑制关节的自身免疫性炎症以及自身免疫性关节炎中的破骨细胞骨吸收。此外，组织蛋白酶K缺失小鼠对实验性自身免疫性脑脊髓炎具有抵抗力。组织蛋白酶 K 的药理学抑制或靶向破坏会导致树突状细胞中响应未甲基化 CpG cDNA 的 Toll 样受体 9 (TLR9; 605474 ) 信号传导缺陷，进而导致 T 辅助细胞 17 (Th17) 细胞的诱导减弱，而无需影响树突状细胞的抗原呈递能力。朝雾等人(2008)表明组织蛋白酶 K 在免疫系统中发挥重要作用，并可能作为自身免疫性疾病的有效治疗靶点。
杨等人(2013)在内源性溶菌酶 (LysM; 153450 ) 或组织蛋白酶 K ( Ctsk ) 启动子的控制下表达 Cre的条件 Ptpn11 ( 176876 ) 敲除 (Ptpn11(fl)) 小鼠进行杂交。LysM 启动子在单核细胞、巨噬细胞和破骨细胞前体中具有活性，而Ctsk启动子被认为仅在成熟破骨细胞中具有活性。LysMCre;Ptpn11(fl/fl) 小鼠患有轻度骨硬化症，而 CtskCre;Ptpn11(fl/fl) 小鼠则出现与后软骨瘤病 ( 156250 ) 非常相似的特征，这是由 PTPN11 基因突变引起的。谱系追踪揭示了 Ranvier 软骨膜沟中表达 CtskCre 的新细胞群，其显示出与间充质祖细胞（Ctsk + 软骨样祖细胞，或 CCP）一致的标记和功能特性。软骨样肿瘤由这些细胞产生，并表现出细胞外信号调节激酶 (ERK) 通路激活减少、Indian Hedgehog (Ihh; 600726 ) 和甲状旁腺激素相关蛋白 (Pthrp; 168470 ) 表达增加以及过度增殖。Shp2 缺陷的软骨祖细胞减少了成纤维细胞生长因子 (FGF) 诱发的 ERK 激活并增强了 Ihh 和 Pthrp 表达，而成纤维细胞生长因子受体（FGFR；参见136350）或丝裂原激活蛋白激酶激酶（MEK；参见176872）抑制剂治疗软骨样细胞增加 Ihh 和 Pthrp 表达。重要的是，平滑 ( 601500 ) 抑制剂治疗改善了 CtskCre;Ptpn11(fl/fl) 小鼠的软骨瘤病特征。杨等人(2013)得出的结论是，与其在造血细胞和上皮细胞中的促癌作用相反，Ptpn11 是软骨中的肿瘤抑制因子，通过 FGFR/MEK/ERK 依赖性途径在新型祖细胞群 (CCP) 中发挥作用，以防止过度致癌。呃生产。
▼ 等位基因变异体（ 7 选例）：
.0001 致密性发育不全
CTSK ,TER330TRP
Gelb 等人在 2 名以色列阿拉伯致密性骨质疏松症 ( 265800 ) 患者中(1996)使用 RT-PCR 扩增和测序来自淋巴母细胞总 RNA 的组织蛋白酶 K 转录物，证明了 cDNA 核苷酸 1095 处的 A 到 G 转变，这预测了终止密码子被色氨酸残基 (X330W) 取代，并且C 末端增加 19 个氨基酸。对整个以色列阿拉伯致密性骨质疏松症家族和 43 个不相关的正常阿拉伯对照个体中 X330W 等位基因的评估表明，它与致密性骨质疏松症家族中的疾病共分离，并且在 86 个阿拉伯对照等位基因中不存在。
.0002 致密性发育不全
甘草酸甘油酯
Gelb 等人在 2 名患有致密性骨质疏松症的摩洛哥阿拉伯同胞中 ( 265800 ) (1996)证明了错义突变，即第 541 位核苷酸处的 G 到 C 的颠换，预测了 gly146 到 arg (G146R) 的取代。
.0003 致密性发育不全
CTSK ,ARG241TER
Gelb 等人在一位美国西班牙裔密闭性骨质疏松症 ( 265800 ) 患者中进行了研究，该患者的父母非近亲结婚(1996)发现了 G146R 突变 ( 601105.0002 ) 的异等位性和 cDNA 序列第 826 位核苷酸处 CpG 二核苷酸的 C 到 T 转变，预测了 arg241 到 ter (R241X) 无义突变。使用 G146R 的 BamI 和 R241X 的 AvaI 对基因组 DNA 扩增片段进行限制性分析，证实了 RT-PCR 结果。
约翰逊等人(1996)在墨西哥近亲亲属中发现了相同的纯合状态突变，其中Polymeropoulos 等人(1995)将致密性骨质疏松映射到 1q21。约翰逊等人(1996)指出密码子241受到影响，但指定点突变位于他们使用的基因序列的核苷酸862处(GenBank S79895 )。
.0004 致密性发育不全
CTSK ,ALA277VAL
Gelb 等人在一名患有致密性骨质疏松症 ( 265800 )的 7 岁男孩中( 1997 , 1998 ) 发现了第一个涉及 1 号染色体的单亲二倍体 (UPD) 的例子。这个孩子虽然身材几乎正常，但具有典型的致密性骨质疏松症特征。他患有特发性高钙尿症，父亲也有这种症状，但没有其他健康问题，并且发育正常。来自 1q21 以及随后来自整个 1 号染色体的信息性简单串联重复标记 (STR) 显示患者中有单个父系等位基因，但没有母系等位基因。对患者组织蛋白酶 K 基因的测序显示，第 935 号核苷酸发生了 C 到 T 的转换，预测第 277 号残基处的丙氨酸将被缬氨酸取代。使用因突变而被破坏的 AciI 位点，该患者被确认为纯合子; 父亲是杂合子，母亲是正常人。缺乏可归因于 UPD 的可观察表型证实了之前的预测，即人类 1 号染色体没有印记。UPD被认为是由减数分裂II错误继发的不分离造成的，因为靠近着丝粒的STR是同等位基因，而更多的端粒标记是异等位基因。ala277 到 val 组织蛋白酶 K 的突变影响了高度保守的残基，似乎是一个较小的替换，也许可以解释患者的身材几乎正常。
.0005 致密性发育不全
甘草酸,GLY79GLU
Ho 等人在 2 名患有致密性骨质疏松症的同胞中 ( 265800 ) (1999)鉴定了CTSK基因中 2 个突变的复合杂合性：核苷酸 236 处的 G 到 A 转变，导致 gly79 到 glu 取代，以及核苷酸 154 处的 A 到 T 转变，导致lys52-to-ter 取代 ( 601105.0006 )。对父母的基因组和 cDNA 进行测序表明，错义突变遗传自父亲，无义突变遗传自母亲。与对照组相比，受影响儿童的蛋白质表达几乎不存在，而父母的蛋白质表达减少了 50% 至 80%。
.0006 致密性发育不全
CTSK ,LYS52TER
Ho 等人讨论了CTSK基因中的 lys52-to-ter (K52X) 突变，该突变在 2 名患有密闭性骨质疏松症 ( 265800 )的同胞中以复合杂合状态发现(1999)，参见601105.0005。
.0007 致密性发育不全
CTSK ,LEU309PRO
Haagerup 等人在丹麦5 个表面上不相关的致密性骨质疏松 ( 265800 ) 家族中进行了研究(2000)发现 3 个家族中受影响的成员在CTSK基因外显子 8 中的 926T-C 转变是纯合子，导致 leu309 到 pro (L309P) 突变，而其他 2 个家族中受影响的成员是复合杂合子具有这种突变，并且在每种情况下都有第二个新突变。在 8 条染色体中的 7 条中发现了一种非常罕见的单倍型，该染色体携带 L309P 氨基酸取代的 926T-C 突变。
