精氨酸琥珀酸合成酶1; ASS1
- ASS
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精氨酸琥珀酸合成酶假基因,包括在内
HGNC 批准的基因符号:ASS1
细胞遗传学位置:9q34.11 基因组坐标(GRCh38):9:130,444,707-130,501,274(来自 NCBI)
▼ 说明
ASS1 基因编码精氨琥珀酸合成酶-1(EC 6.3.4.5),这是一种胞质尿素循环酶,主要在汇管周围肝细胞中表达,但也在大多数其他身体组织中表达。该酶是由 45 kD 单体组成的同四聚体蛋白,参与精氨酸的合成,并利用 ATP 催化瓜氨酸和天冬氨酸缩合为精氨基琥珀酸(Engel 等人总结,2009)。
▼ 克隆与表达
博克等人(1983)从人类 cDNA 文库中分离出对应于 ASS1 基因的克隆。推导的 412 个残基蛋白质的分子量为 46 kD。哈伯勒等人(2002) 提供了 ASS1 基因的修订序列。恩格尔等人(2009) 指出,该酶通常被描述为具有 3 个结构域:核苷酸结合结构域、合成酶结构域和 C 端寡聚化结构域。
丹尼斯等人(1989) 克隆并测序了牛精氨酸琥珀酸合成酶的 cDNA,发现在氨基酸水平上与推导的人类序列有 96% 的同一性。
▼ 基因结构
哈伯勒等人(2002)确定ASS1基因包含16个外显子。起始密码子位于外显子 3,终止密码子位于外显子 16。
▼ 基因功能
拉宾诺维奇等人(2015) 证明,癌症中 ASS1 活性降低可通过 CAD(氨基甲酰磷酸合酶 2、天冬氨酸转氨甲酰酶和二氢乳清酶复合物;114010)激活促进嘧啶合成,从而支持增殖。这些研究首先描述了患有两种瓜氨酸血症的人类中 ASS1 活性丧失的后果。拉宾诺维奇等人(2015) 发现,在由 ASS1 缺陷引起的 I 型瓜氨酸血症(CTLN1;215700) 中,与 II 型瓜氨酸血症(CTLN2;参见 603471) 相比,嘧啶合成和增殖增加,其中底物可用性降低。 ASS1 由天冬氨酸转运蛋白 citrin 缺乏引起(SLC25A13;603859)。基于这些结果,Rabinovich 等人(2015) 证明癌症中 ASS1 缺陷会增加胞质天冬氨酸水平,从而通过上调其底物可用性以及通过哺乳动物雷帕霉素(mTOR; 601231) 途径增加 S6K1(608938) 的磷酸化来增加 CAD 激活。通过阻断 citrin、mTOR 信号传导或嘧啶合成来降低 CAD 活性可减少增殖,因此可作为 ASS1 下调的多种癌症的治疗策略。拉宾诺维奇等人(2015) 得出的结论是,他们的结果表明 ASS1 下调是一种支持癌增殖的新机制,他们的结果提供了尿素循环酶和嘧啶合成之间的代谢联系。它通过上调其底物可用性以及通过哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR; 601231) 途径增加 S6K1(608938) 的磷酸化来增加 CAD 激活。通过阻断 citrin、mTOR 信号传导或嘧啶合成来降低 CAD 活性可减少增殖,因此可作为 ASS1 下调的多种癌症的治疗策略。拉宾诺维奇等人(2015) 得出的结论是,他们的结果表明 ASS1 下调是一种支持癌增殖的新机制,他们的结果提供了尿素循环酶和嘧啶合成之间的代谢联系。它通过上调其底物可用性以及通过哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR; 601231) 途径增加 S6K1(608938) 的磷酸化来增加 CAD 激活。通过阻断 citrin、mTOR 信号传导或嘧啶合成来降低 CAD 活性可减少增殖,因此可作为 ASS1 下调的多种癌症的治疗策略。拉宾诺维奇等人(2015) 得出的结论是,他们的结果表明 ASS1 下调是一种支持癌增殖的新机制,他们的结果提供了尿素循环酶和嘧啶合成之间的代谢联系。或嘧啶合成可减少增殖,因此可作为 ASS1 下调的多种癌症的治疗策略。拉宾诺维奇等人(2015) 得出的结论是,他们的结果表明 ASS1 下调是一种支持癌增殖的新机制,他们的结果提供了尿素循环酶和嘧啶合成之间的代谢联系。或嘧啶合成可减少增殖,因此可作为 ASS1 下调的多种癌症的治疗策略。拉宾诺维奇等人(2015) 得出的结论是,他们的结果表明 ASS1 下调是一种支持癌增殖的新机制,他们的结果提供了尿素循环酶和嘧啶合成之间的代谢联系。
▼ 测绘
Carritt 等人通过对人仓鼠细胞杂交的研究(1977) 得出结论,精氨酸琥珀酸合成酶(ASS) 基因由 9 号染色体携带。在对 10 个瓜氨酸细胞系的研究中,没有观察到互补性(Cathelineau 等人,1981)。
诺斯鲁普等人(1989) 在 ASS 基因内鉴定出 3 个 RFLP。他们发现ASS基因距离ABO血型基因座(110300)约0.04 cM,并且可能位于ABO血型基因座的着丝粒上,位于ABO和ABL(189980)之间。
恩格尔等人(2009) 指出,功能性人类 ASS1 基因定位于染色体 9q34.11-q34.12。
杰克逊等人(1990) 通过重组近交系的研究,将小鼠等同于小鼠 2 号染色体的近端部分。
假基因
恩格尔等人(2009) 指出 ASS1 基因有 10 到 14 个同源拷贝分布在人类基因组中。然而,似乎只有染色体 9q34 上的序列编码功能性蛋白质。
Beaudet 等人使用精氨酸琥珀酸合成酶的 cDNA 探针(1982) 鉴定出 10 个或更多具有同源性的不同 DNA 序列。唯一的功能序列可能是 9 号染色体上的序列,该序列在典型的瓜氨酸血症中发生突变。假基因位于多个常染色体上(包括 6 号染色体上的 ASSP2)、X 染色体上(ASSP4 和 ASSP5),也可能位于 Y 染色体上(ASSP6)。
苏等人(1984) 将 ASS 的假基因对应到 2cen-p25、3qter-q12、4qter-q21、5(2 个位点)、6、7、9p13-q11、9q11-q22、11q、12、Xpter-p22、Xq22-q26、和Ycen-q11。他们强调了克隆探针在细胞遗传学分析中的有用性。这种分散可能是由转座元件介导的。McCarrey 和 Riggs(1986) 提出决定子-抑制剂对是发育过程中阈值设定的机制,并且假基因可以作为细胞内抑制剂的来源。他们认为,该系统可以通过有义-反义RNA对的形式在RNA水平上发挥作用,或者通过竞争性抑制机制在蛋白质水平上发挥作用。通过对体细胞杂交体中特定序列进行 PCR 扩增,Todd 和 Naylor(1992) 证明了 ASS 假基因(他们将其称为 ASSP1)对应到 6p23-p12。
▼ 分子遗传学
恩格尔等人(2009) 对 ASS1 基因突变进行了综述。他们列出了瓜氨酸血症患者的 87 种突变,其中包括 27 种新突变(215700)。突变分布在整个基因中,通常很难根据基因型来预测表型。然而,外显子 15 中的 G390R 突变(603470.0009) 被发现是具有经典表型的患者中最常见的单一突变。恩格尔等人(2009) 还提供了全球 ASS1 突变的地理分布图。
I 型或经典瓜氨酸血症是由精氨酸琥珀酸合成酶缺乏引起的。ASS 动力学异常在肝脏、肾脏和培养的成纤维细胞中均可见。小林等人(1989) 发现,由于大多数瓜氨酸血症患者在成纤维细胞中表达稳定的 mRNA,因此该疾病非常适合通过 PCR 进行基因扩增和突变 cDNA 的序列分析。他们对 11 条孤立染色体的 cDNA 进行了测序,并鉴定出 9 种不同的突变:3 种显示缺乏外显子 5、6 或 7,6 种显示点突变。6 个中的 5 个涉及 CpG 二核苷酸中的 C:G-to-T:A 转变,其中 3 个导致 MspI 位点丢失。小林等人(1990) 进一步证明了引起瓜氨酸血症的突变的显着异质性:在 13 名患有新生儿形式的疾病的无关患者中,他们发现了 10 种不同的突变。七个是单错义突变。其中两个删除了单个外显子(外显子 7 和外显子 13),一个在内含子 15 的最后一个位置进行了 G-C 替换,导致剪接至外显子 16 内的隐秘剪接位点。
在研究日本经典瓜氨酸血症患者突变的分子性质的过程中,Kobayashi 等人(1994) 发现 23 个受影响的等位基因中有 10 个具有相同的突变,即外显子 7 的缺失(603470.0003)。这与美国的情况不同,美国发现突变的异质性要大得多。小林等人(1995) 报道在经典瓜氨酸血症的 ASS mRNA 中发现了 20 个突变,其中包括 14 个导致错义突变的单碱基变化,4 个与 mRNA 中外显子 5、6、7 或 13 缺失相关的突变,1 个缺失突变外显子 16 中前 7 个碱基的突变(由异常剪接引起),以及 1 个突变,在 mRNA 的外显子 15 和 16 区域之间插入了 37 个碱基。小林等人在之前研究的延伸中。
大多数报道的瓜氨酸血症患者都表现出该疾病的典型形式。还有一些患有轻度瓜氨酸血症的患者,其确切的分子基础和临床相关性尚不确定。直到 Haberle 等人的研究工作之前,尚未在轻度受影响或无症状的瓜氨酸血症患者中描述 ASS 基因突变(2002),他描述了患有经典型和轻度型疾病的患者的整个基因组 DNA 序列和 ASS 基因的突变。gly390 突变为 arg(G390R; 603470.0009)、IVS13+5G-A(603470.0017) 和 arg108 突变为 leu(R108L; 603470.0014) 与经典瓜氨酸血症相关,而 trp179 突变为 arg(W179R; 603470.0) 015) 和 gly362 为 val(G362V;603470.0016)在轻度受影响患者的等位基因上检测到。这些都是生化异常的无症状儿童病例。作者得出的结论是,人类ASS基因结构的阐明使得利用内含子引物对轻症型和经典型患者进行分子分析成为可能,并为重度型受影响家庭的产前诊断提供了另一种选择。
在一项针对 38 名典型瓜氨酸血症患者的研究中,Gao 等人(2003) 鉴定了 ASS 基因中的 16 个新突变。此前,全球 50 个家族中已描述了 34 种不同的突变。三种突变特别频繁:G390R(603470.0009) 在 18 个家族中,IVS6-2A-G(603470.0003) 在 23 个家族中(20 个来自日本,3 个来自韩国),R304W(603470.0010) 在 10 个家族中(9 个来自日本,1 个来自韩国)火鸡)。具有截短突变或G390R突变的患者的临床病程似乎是早发/重度。具有某些错义突变 G362V(603470.0016) 或 W179R(603470.0015) 的患者的表型为晚发型/轻度。8 名 R86H、A118T、R265H 或 K310R 患者表现出成人/发病表型,其中 4 名在怀孕或产后表现出严重症状。
▼ 动物模型
在澳大利亚的弗里斯兰牛中,哈珀等人(1986, 1989) 报道,受瓜氨酸血症影响的小牛患有与人类急性新生儿瓜氨酸血症相似的临床疾病。丹尼斯等人(1989) 克隆并测序了牛精氨酸琥珀酸合成酶的 cDNA,发现在氨基酸水平上与推导的人类序列有 96% 的同一性。丹尼斯等人(1989) 此外,还发现了一个 C 到 T 的转变,将精氨酸 86(CGA) 转化为无义密码子(TGA)。AvaII 位点的丢失可用于快速、经济、非放射性检测牛瓜氨酸血症杂合子。
▼ 等位基因变异体(19 个选定示例):
.0001 瓜氨酸血症,经典
ASS1,EX5DEL
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症病例中证明了外显子 5 的缺失(215700)。小林等人(1995) 指出这代表了 3 至 4 kb 的删除,包括 189 bp 的外显子 5。
.0002 瓜氨酸血症,经典
ASS1,EX6DEL
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症病例(215700) 中证明了 ASS 基因中外显子 6 的缺失。小林等人(1995) 指出这是 2-3 kb 的缺失,包括 57-bp 的外显子 6。
.0003 瓜氨酸血症,经典
ASS1,IVS6AS,AG,-2
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症病例(215700) 中证明了 ASS 基因中外显子 7 的缺失。小林等人(1995) 发现在患有典型瓜氨酸血症的日本患者中,7 号外显子的缺失占 33 个突变等位基因中的 19 个。该突变是内含子 6 的 3-prime 剪接位点内受体剪接切割位点上游第二个核苷酸处的 A 到 G 转变,并为 MspI 创建一个新的切割位点,从而可以通过 PCR 和 MspI 组合进行检测RFLP 分析。小林等人(1995)证实9名III型瓜氨酸血症患者是外显子7缺失的纯合子或复合杂合子。尽管检测不到 ASS 蛋白是 III 型瓜氨酸血症的标准,但在患有这种疾病的患者肝脏中检测到极少量的 ASS 交叉反应物质。
.0004 瓜氨酸血症,经典
ASS1,GLY14SER
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症的情况下(215700) 证明了 ASS 基因的密码子 14 从 GGC(gly) 到 AGC(ser) 的变化。
.0005 瓜氨酸血症,经典
ASS1,ARG157HIS
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症(215700) 的病例中证明了 ASS 基因的密码子 157 从 CGC(arg) 变为 CAC(his)。
.0006 瓜氨酸血症,经典
ASS1,SER180ASN
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症(215700) 病例中证明了 ASS 基因中密码子 180 的变化,AGC(ser) 变为 AAC(asn)。
.0007 瓜氨酸血症,经典
ASS1,GLY324SER
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症的情况下证明了 ASS 基因中密码子 324 的变化,从 GGT(gly) 变为 AGT(ser)(215700)。
.0008 瓜氨酸血症,经典
ASS1,ARG363TRP
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症(215700) 的病例中证明了 ASS 基因中密码子 363 的变化,从 CGG(arg) 变为 TGG(trp)。
.0009 瓜氨酸血症,经典
ASS1,GLY390ARG
小林等人(1989) 在瓜氨酸血症的情况下证明了 ASS 基因中密码子 390 的变化,从 GGC(gly) 变为 AGG(arg)(215700)。6 个单碱基突变中有 5 个涉及 CpG 二核苷酸中的 C:G 到 T:A 转变。
在一篇评论中,恩格尔等人(2009) 指出,G390R 突变是瓜氨酸血症经典表型患者中最常见的突变。
.0010 瓜氨酸血症,经典
ASS1,ARG304TRP
小林等人(1990) 在瓜氨酸血症(215700) 的情况下证明了 ASS 基因中密码子 304 的变化,从 CGG(arg) 变为 TGG(trp)。
.0011 瓜氨酸血症,经典
ASS1,SER18LEU
小林等人(1991) 在瓜氨酸血症病例中证明了由于 ASS 基因的 CpG 二核苷酸中的 C 到 T 转变而导致的 S18L 突变(215700)。
.0012 瓜氨酸血症,经典
ASS1,ARG86CYS
小林等人(1991)描述了在瓜氨酸血症的情况下由ASS基因的CpG二核苷酸中的C到T转变导致的R86C突变(215700)。他们指出,引起瓜氨酸血症的 9 个错义突变中有 8 个涉及 CpG 二核苷酸的类似转变。人类的 9 个错义突变中有 6 个发生在 4 种哺乳动物、酵母和 3 种细菌中完全保守的氨基酸位置。引起人类瓜氨酸血症的突变具有极大的异质性;到1991年为止研究的所有非近亲结婚者都被发现是复合杂合子。
.0013 瓜氨酸血症,经典
ASS1,ARG279TER
在携带 RNA 阴性等位基因的瓜氨酸血症(215700) 患者中,Li 等人(2001)描述了ASS基因cDNA中第835位核苷酸处的C到T转变,将CGA精氨酸密码子转变为外显子12内的TGA终止密码子(R279X)。该患者为 R279X 突变和 IVS6-2A-G 突变(603470.0003) 的复合杂合子。没有迹象表明 R279X 突变会导致剪接改变,而且导致 mRNA 减少的最可能的缺陷似乎是无义介导的 mRNA 衰减,影响了细胞核相关 mRNA 的丰度。据估计,R279X 等位基因的 mRNA 低于正常水平的 2%。
.0014 瓜氨酸血症,经典
ASS1,ARG108LEU
Haberle 等人在一名患有典型瓜氨酸血症(215700) 的患者中(2002) 鉴定了 ASS 基因第 323 位核苷酸处 G-to-T 颠换的复合杂合性,导致 arg108-to-leu 取代,以及在内含子 13 下游 +5 位处的 G-to-A 转变捐赠位点(603470.0017)。
.0015 瓜氨酸血症,轻度
ASS1,TRP179ARG
Haberle 等人在 2 个家庭各有 2 个兄弟姐妹中(2002) 鉴定了 ASS 基因 535 号核苷酸处的 T 到 C 转变,导致 trp179 到 arg 取代,与轻度瓜氨酸血症相关(参见 215700)。两个家庭都有土耳其血统,父母是近亲结婚。三名受影响的儿童没有出现症状。第四个有轻度智力障碍。4 例均未出现高氨血症。酶测定显示活性水平从 7% 到 26% 不等。瓜氨酸的血浆水平明显低于典型的瓜氨酸血症。
.0016 瓜氨酸血症,轻度
ASS1,GLY362VAL
在一个有近亲父母的土耳其家庭中,Haberle 等人(2002) 发现无症状瓜氨酸血症(参见 215700)是由 ASS 基因第 1085 位核苷酸处的 G 到 T 颠换引起的,导致 gly362 到 val 取代。
.0017 瓜氨酸血症,经典
ASS1,IVS6,GA,+5
参见 603470.0014 和 Haberle 等人(2002)。
.0018 瓜氨酸血症,经典
ASS1,IVS15,GC,-1
在患有新生儿瓜氨酸血症(215700) 的患者中,Kobayashi 等人(1990) 在 ASS 基因内含子 15 的最后一个核苷酸中发现了 G 到 C 的颠换。该突变导致 ASS mRNA 外显子 16 中出现 7 个碱基缺失。
波特等人(2004) 在一名成年女性患者中发现了这种复合杂合性突变和一种新的错义突变(603470.0019),该患者通过新生儿筛查诊断,并经历了 2 次成功妊娠。
古塞尔等人(2004) 在一名患有严重新生儿瓜氨酸血症的女孩中发现了这种纯合剪接位点突变,该女孩在 17 个月大时死于早期肝硬化和肝性脑病。
.0019 瓜氨酸血症,经典
ASS1,LYS310GLN
Whelan 等人描述了一名患有瓜氨酸血症的成年女性(215700),该女性通过新生儿筛查确诊(1976),波特等人(2004) 发现了 ASS 基因突变的复合杂合性。在内含子 15(603470.0018) 中发现了先前描述的剪接位点突变;在另一个等位基因上发现了一种新的错义突变,即外显子 13 中的 928A-C 颠换,导致密码子 310(K310Q) 处的谷氨酰胺取代赖氨酸。当她还是个孩子的时候,尽管瓜氨酸水平很高,却没有出现任何症状,这真是新鲜事。她曾两次成功怀孕。