5 号染色体的结构维持； SMC5

HGNC 批准的基因符号：SMC5

细胞遗传学位置：9q21.12 基因组坐标（GRCh38）：9:70,258,978-70,354,873（来自 NCBI）

▼ 说明

SMC5 基因编码 RAD18（605256）-SLF1（618467）/SLF2（610348）-SMC5/SMC6（609387）基因组稳定性途径的一个组成部分。SMC5/6 复合物在 DNA 复制过程中被招募到 DNA 损伤位点，在那里它具有多种功能（Grange 等人的总结，2022）。

▼ 克隆与表达

Nagase 等人通过对从大小分级的脑 cDNA 文库中获得的克隆进行测序（1998）克隆了 SMC5，他们将其命名为 KIAA0594。该转录本在 3-prime 非翻译区包含一个 Alu 重复元件，推导的 882 个氨基酸蛋白与 DNA 修复蛋白 Saccharomyces pombe Rad18（参见 605256）具有弱同源性。RT-PCR 在所有检查的组织中检测到 SMC5 表达，其中心脏、胎盘、肺、肝脏、骨骼肌和肾脏中的水平最高。

▼ 基因功能

托雷斯-罗塞尔等人（2005）发现酿酒酵母中的 Smc5 和 Smc6（SMC6L1; 609387）在核仁核糖体 DNA（rDNA）和一些端粒处富集。突变的 Smc5/Smc6 细胞经历异常的有丝分裂，其中重复区域的染色体分离受损，导致 DNA 损伤和 Rad9（603761）依赖性 Rad53（CHEK2; 604373）蛋白激酶的激活。Smc5/Smc6 失活后，中期停滞的细胞在 rDNA 基因座处显示 X 形 DNA（霍利迪连接）水平增加。托雷斯-罗塞尔等人（2005）得出结论，SMC5/SMC6 复合物可防止姐妹染色单体连接的形成，从而确保后期染色体的正确分配。

斯蒂芬等人（2011）发现与野生型相比，Smc5 缺陷的鸡 DT40 细胞增殖更慢，有丝分裂异常水平更高。Smc5 缺乏会破坏 Smc5/6 复合体的稳定性，导致姐妹染色单体的凝聚力受损。Smc5缺陷细胞对甲磺酸甲酯和电离辐射敏感，并且在辐射后表现出染色体畸变水平增加，因为Smc5参与DNA的复制后同源重组修复。Smc5 缺陷细胞中诱导的双链断裂的重组修复减少。

德西埃等人（2016）证明，乙型肝炎病毒编码的调节蛋白 HBx 通过劫持含有 DDB1（600045）的细胞 E3 泛素连接酶来靶向“染色体结构维持”（Smc）复合体 Smc5/，从而促进乙型肝炎病毒复制6用于降解。阻断该事件会抑制 HBx 对染色体外报告基因和乙型肝炎病毒转录的刺激作用。相反，沉默 Smc5/6 复合物会在缺乏 HBx 的情况下增强染色体外报告基因转录，恢复 HBx 缺陷型乙型肝炎病毒的复制，并在 DDB1 敲低背景下拯救野生型乙型肝炎病毒。Smc5/6 复合体与染色体外报告基因和乙型肝炎病毒基因组相关，表明转录抑制的直接机制。德西埃等人（2016）得出的结论是，他们的结果揭示了 Smc5/6 复合物作为选择性阻断染色体外 DNA 转录的限制因子的新作用。通过破坏这种复合物，HBx 可以解除抑制，从而实现乙型肝炎病毒基因的高效表达。

Pryzhkova 和 Jordan（2016）发现，敲除 Smc5 会导致小鼠胚胎干细胞（mESC）中 Smc6 水平急剧下降以及 Smc5/6 复合物不稳定。因此，与Smc5缺失的小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）相比，Smc5缺失的mESC表现出不同的表型，例如快速细胞死亡，因为与分化细胞相比，高度增殖的mESC需要更高水平的Smc5/6复合物。基因表达谱显示，mESC 中 Smc5 的缺失并不会导致多能性标记物的下调，而是通过诱导分化标记物的表达而引起多能性状态的转变。与大量细胞死亡相关，Smc5 缺陷导致 mESC 中 p53（TP53; 191170）途径的激活和 Parp1（173870）裂解。而且，Smc5缺失导致mESC在G2期积累以及多倍体细胞群的增加。Smc5/6 复合体与着丝粒周围染色质相关，并在有丝分裂期间定位于纺锤体极。Smc5 缺陷导致 mESC 中的有丝分裂异常，其特征是异常凝缩蛋白（参见 609276）分布和扰乱染色体分离，并伴有不规则纺锤体形态、滞后染色体和 DNA 桥。随着凝缩蛋白的异常分布，Plk1（602098）和 Aurora B（AURKB; 604970）在 Smc5 缺陷的 mESC 中表现出异常定位。其特征是异常的凝缩蛋白（参见 609276）分布和扰乱的染色体分离，伴有不规则的纺锤体形态、滞后染色体和 DNA 桥。随着凝缩蛋白的异常分布，Plk1（602098）和 Aurora B（AURKB; 604970）在 Smc5 缺陷的 mESC 中表现出异常定位。其特征是异常的凝缩蛋白（参见 609276）分布和扰乱的染色体分离，伴有不规则的纺锤体形态、滞后染色体和 DNA 桥。随着凝缩蛋白的异常分布，Plk1（602098）和 Aurora B（AURKB; 604970）在 Smc5 缺陷的 mESC 中表现出异常定位。

▼ 测绘

通过辐射杂交分析，Nagase 等人（1998）将 SMC5 基因定位到 9 号染色体。

通过基因组序列分析，Kuniba 等人（2009）将 SMC5 基因定位到染色体 9q21.11。

▼ 分子遗传学

Grange 等人在来自 3 个无关家族的 Atelis 综合征 2（ATELS2；620185）的 4 名患者（P7、P8、P9-1 和 P9-2）中（2022）鉴定了 SMC5 基因（609386.0001-609386.0003）中的纯合或复合杂合突变。患者是通过 GeneMatcher 程序确定的。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，在有父母 DNA 的家庭中与疾病分离。这些突变要么在 gnomAD 中不存在，要么存在频率较低。对患者细胞的免疫共沉淀研究表明，突变破坏了 SMC5 招募到激光微照射诱导的 DNA 损伤位点的能力。与对照组相比，患者来源的类淋巴母细胞和成纤维细胞表现出自发性 DNA 复制叉停滞和复制叉不对称性显着增加，表明复制应激。具有 H990D 突变（609386.0003）的细胞显示复制叉速度适度降低。患者细胞表现出更高水平的染色体畸变，例如间隙、双链断裂、放射状形成、滞后染色体和染色体数量大幅增加，作者将其称为“马赛克杂色超倍体（MVH）”。染色体不稳定的其他特征包括姐妹染色单体凝聚力丧失、染色体错误分离和中心体扩增，表明与有丝分裂相关的细胞病理。复制过程中解析 G-四链体（G4） DNA 结构也存在特定缺陷。这些染色体异常可以通过野生型 SMC5 的表达来挽救。格兰奇等人（2022）的结论是，与 SMC5 突变相关的复制缺陷会触发高度增殖组织（例如发育中的大脑）中的细胞死亡，从而导致该疾病的临床特征。

▼ 动物模型

格兰奇等人（2022）发现，使用 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑或吗啉抑制来敲除斑马鱼中的 smc5 基因，导致头部尺寸减小和咽骨骼中颅面图案异常。这些缺陷可以通过野生型人类 SMC5 来修复，但不能通过已确定的 3 个人类突变（609386.0001-609386.0003）来修复，这表明它们具有功能丧失效应。对突变斑马鱼胚胎的分析显示细胞凋亡增加，表明正常大脑发育需要破坏 RAD18-SLF1/2-SMC5/6 通路。作者得出结论，损害该途径会触发 G2/M 细胞周期停滞和细胞凋亡，导致小头畸形。

▼ 等位基因变异体（3 个选定示例）：

.0001 阿特利斯综合症 2
SMC5、3-BP DEL、NT1110

Grange 等人在一名患有 Atelis 综合征 2（ATELS2; 620185）的 8.5 岁西班牙患者（P7）中（2022）鉴定了 SMC5 基因中的复合杂合突变：框内 3-bp 缺失（c.1110_1112del、ENST00000361138），导致保守残基 arg372 的删除，以及 c.1273C-T 转换，导致 arg425 -to-ter（R425X；609386.0002）替代。这些突变是通过全外显子组测序发现并通过桑格测序证实的，是常染色体隐性遗传模式。Arg372del 不存在于gnomAD 中，而R425X 则以较低频率存在（3.99 x 10（-6））。体外细胞研究表明，突变体未能有效地重新定位到激光照射引起的 DNA 损伤位点。

.0002 阿特利斯综合症 2
SMC5，ARG425TER

讨论 SMC5 基因中的 c.1273C-T 转换（c.1273C-T，ENST00000361138），导致 arg425 到 ter（R425X）取代，该取代在 Atelis 综合征患者的复合杂合状态中发现-2（ATELS2；620185），Grange 等人（2022），参见 609386.0001。

.0003 阿特利斯综合症 2
SMC5、HIS990ASP

Grange 等人在来自 2 个不相关家庭（P8、P9-1 和 P9-2）的 3 名患有 Atelis 综合征 2（ATELS2；620185）的患者中（2022）鉴定了 SMC5 基因中的纯合 c.2970C-G 颠换（c.2970C-G，NM_015110），导致保守残基处发生 his990 至 asp（H990D）取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，以常染色体隐性模式与该疾病分离。它不存在于 gnomAD 数据库中。患者细胞中的免疫共沉淀研究表明，H990D 突变对 RAD18-SLF1/2-SMC5/6 复合物的完整性没有明显影响；然而，突变体未能有效地重新定位到激光照射引起的 DNA 损伤位点。