3 号染色体的结构维护; SMC3

硫酸软骨素蛋白聚糖6；CSPG6
BAMACAN; BAM
人类染色体相关多肽；HCAP

HGNC 批准的基因符号：SMC3

细胞遗传学位置：10q25.2 基因组坐标（GRCh38）：10:110,567,695-110,606,048（来自 NCBI）

▼ 说明

SMC3 基因编码进化上保守的多聚体粘连蛋白复合物的一个亚基，该复合物涉及多种功能，包括姐妹染色单体粘连、DNA 修复机制、基因调控和维持基因组稳定性（Gil-Rodriguez 等人总结） .，2015）。

蛋白多糖是具有异质结构的特殊糖蛋白，存在于所有结缔组织和细胞表面。SMC3，或 bamacan（BAM），最初从胚胎顶叶卵黄囊中分离出来，是基底膜中丰富的分泌性硫酸软骨素蛋白多糖，也是一种细胞内蛋白。参见 SCC1（606462）和 Sumara 等人（2000）了解有关 SMC3 在粘连蛋白与染色体结合和解离中的作用的信息。

▼ 克隆与表达

Shimizu 等人使用 SMAP（601836）作为诱饵对 B 细胞 cDNA 文库进行酵母 2 杂交筛选，然后探测大脑 cDNA 文库（1998）获得了编码SMC3的cDNA，他们将其命名为HCAP。序列分析预测，1,217 个氨基酸的 HCAP 蛋白与大鼠 Cspg6 具有 98% 的一致性，并且与青蛙和果蝇 Cap 蛋白同源。HCAP具有头-杆-尾组织结构，这在SMC家族成员中很常见。头部包含 NTP 结合基序，尾部包含 DA 框。蛋白质印迹分析显示大约 140 kD 的核蛋白的表达。GST-pull down 分析证实了 SMAP 和 HCAP 之间的特定相互作用。荧光显微镜证实了 HCAP 与有丝分裂染色体的关联。

Ghiselli 等人使用 Northern blot 分析（1999）检测到 4.2 kb Bam 转录物在小鼠体内普遍表达，在睾丸和大脑中表达最高，在肌肉、心脏、肺、肾、结肠和胸腺中表达较低，在脾、肾和胸腺中表达较低。肝。Ghiselli 和 Iozzo（2000）在自发转化的人和小鼠结肠癌细胞中检测到高水平的 BAM 表达。他们提出，BAM/SMC3 表达失调可能与肿瘤发生直接相关。

▼ 基因结构

通过基因组序列分析，Ghiselli 等人（1999）确定小鼠 Smc3 基因包含 31 个外显子，并由富含 GC 序列且缺乏 TATA 和 CAAT 框的启动子驱动。

▼ 测绘

Gross（2015）根据 SMC3 序列（GenBank AF020043）与基因组序列（GRCh38）的比对，将 SMC3 基因对应到染色体 10q25.2。

吉塞利等人（1999）将小鼠 Smc3 基因定位到 19 号染色体上，该区域显示出与人类 10q25 同线性的区域。

▼ 基因功能

在酵母中，粘连蛋白复合物对于有丝分裂期间姐妹染色单体的粘连至关重要。Smc1（300040）和 Smc3 亚基是棒状分子，一端具有球状 ABC 样 ATP 酶，另一端具有二聚化结构域，通过长卷曲线圈连接。Smc1 和 Smc3 结合形成 V 形异二聚体。它们的 ATP 酶头被认为由第三个亚基 Scc1 桥接，形成一个巨大的三角形环，可以捕获姐妹 DNA 分子。格鲁伯等人（2003）研究了粘连蛋白是否在体内形成此类环。在后期开始时，孤立酶对 Scc1 进行蛋白水解，触发其从染色体上解离。作者表明，N 端和 C 端 Scc1 切割片段由于与单个 Smc1/Smc3 异二聚体的不同头相关而保持连接。

Cohesin 的 Scc1（606462）、Smc1 和 Smc3 亚基形成三环结构，并且有人提出，cohesin 通过将姐妹 DNA 分子捕获在其环内，将它们保持在一起。为了测试这一点，Haering 等人（2008）使用位点特异性交联在环的 3 个组成多肽之间的 3 个界面处创建化学连接，从而创建共价闭合的粘连蛋白环。正如环捕获模型所预测的那样，该过程产生了能够抵抗蛋白质变性的二聚体 DNA 粘连蛋白结构。海林等人（2008）得出结论，粘连蛋白环连接单个姐妹微型染色体 DNA 分子。

劳尔夫·本·沙哈尔等人（2008）在芽殖酵母中鉴定出热敏 eco1-1 等位基因的自发抑制因子（参见 609674）。粘连蛋白 Smc3 亚基中保守赖氨酸的乙酰化模拟突变使得 Eco1 对于细胞生长来说是可有可无的，Rolef Ben-Shahar 等人（2008）表明，Smc3 在 DNA 复制过程中以 Eco1 依赖性方式乙酰化，以促进姐妹染色单体的凝聚力。第二组 eco1-1 抑制剂可灭活粘连蛋白去稳定剂 Wapl（610754）的出芽酵母直系同源物。劳尔夫·本·沙哈尔等人（2008）得出结论，Eco1 修饰粘连蛋白以稳定姐妹染色单体的粘连，同时发生原则上与 Eco1 无关的粘连建立反应。

乌纳尔等人（2008）发现，在芽殖酵母中，粘连蛋白 Smc3 蛋白亚基的头部结构域被 Eco1p 蛋白乙酰转移酶在 2 个进化上保守的残基处乙酰化，从而促进染色质结合的粘连蛋白束缚姐妹染色单体。Smc3 蛋白乙酰化在染色质负载粘连蛋白后在 S 期被诱导，并在 G1 和 G2/M 中受到抑制。

张等人（2008）表明，ESCO1 对 SMC3 的乙酰化是人类细胞和酵母中 S 期姐妹染色单体凝聚所必需的。在 HeLa 细胞中，ESCO1 在 lys105 和 lys106 上乙酰化 SMC3，通过小干扰 RNA 敲低 ESCO1 表达可显着降低 SMC3 乙酰化。HEK293T 细胞中显性失活不可乙酰化 SMC3 突变体的表达允许 SMC3 掺入粘连蛋白复合物中，但它会干扰姐妹染色单体的粘连并导致染色体分散和染色体断裂。张等人（2008）得出结论，ESCO1 是 SMC3 乙酰化所需的主要乙酰转移酶，并且 SMC3 乙酰化是姐妹染色单体凝聚和维持基因组稳定性所必需的。

通过单分子分析，Terret 等人（2009）证明，复制复合体 RFC-CTF18 钳加载器（参见 613201）控制人类细胞中复制叉的速度间隔和重新启动活动，并且是粘连蛋白 SMC3 亚基和姐妹染色单体凝聚力的稳健乙酰化所必需的。出乎意料的是，特雷特等人（2009）发现粘连蛋白乙酰化本身是复制叉持续性的核心决定因素，因为在缺乏 Eco1 相关乙酰转移酶 ESCO1 或 ESCO2（609353）的细胞中发现了缓慢移动的复制叉（包括源自罗伯茨综合征（268300）患者的细胞， ESCO2 发生双等位基因突变），以及表达无法乙酰化的 SMC3 形式的细胞。这种缺陷是粘连蛋白与 2 个调节辅助因子超稳定相互作用的结果，WAPL（610754）和 PDS5A（613200）；去除任一辅因子都可以在没有 ESCO1、ESCO2 或 RFC-CTF18 的情况下使分叉快速进展。特雷特等人（2009）得出的结论是，他们的结果显示了一种钳加载器依赖性叉进展的新机制，该机制是由粘连蛋白环的翻译后修饰和结构重塑介导的。这种调节机制的丧失会导致 DNA 损伤的自发累积，并可能导致罗伯茨综合征粘连病的异常。

Huis in 't Veld 等人（2014）发现所提出的粘连蛋白 DNA 出口门是由 SCC1 和 SMC3 卷曲螺旋区域之间的相互作用形成的。该界面的突变消除了粘连蛋白与染色质稳定结合并介导粘连的能力。电子显微镜显示，SMC3-SCC1 界面的减弱导致粘连蛋白环打开，SCC1 的蛋白水解裂解也是如此。Huis in 't Veld 等人（2014）表明这些开放形式可能类似于通常分别由释放因子 WAPL 和蛋白酶分离酶（ESPL1; 604143）产生的粘连蛋白的中间状态。

使用生化重建，戴维森等人（2019）发现单个人类粘连蛋白复合物以高达每秒 2.1 千碱基对的速率对称地形成 DNA 环。环的形成和维持取决于粘连蛋白的 ATP 酶活性和 NIPBL（608667）-MAU2（614560），但不取决于粘连蛋白对 DNA 的拓扑捕获（组件包括 SMC3；SMC1A，300040；STAG1，604358；STAG2，300826）。在环形成过程中，粘连蛋白和 NIPBL-MAU2 位于环的底部，这表明它们通过挤压生成环。戴维森等人（2019）得出的结论是，他们的结果表明粘连蛋白和 NIPBL-MAU2 形成一种活性全酶，可以与 DNA 进行假拓扑或非拓扑相互作用，将基因组间期 DNA 挤出成环。

▼ 生化特征

晶体结构

格利戈里斯等人（2014）表明酵母 Scc1（606462）的 N 端结构域包含 2 个 α 螺旋，与从 Smc3 腺苷三磷酸酶头部出现的卷曲线圈形成 4 螺旋束。影响这种相互作用的突变会损害粘连蛋白与染色体的关联。该界面远离 Smc3 残基，其乙酰化可防止粘连蛋白与染色体解离。格利戈里斯等人（2014）的结论是，体内将染色单体结合在一起的粘连蛋白复合物确实具有异源三聚环的构型，并且姐妹 DNA 被捕获在其中。

▼ 分子遗传学

Cornelia de Lange 综合征（CDLS；参见 122470）是一种多系统发育障碍，包括颅面畸形、多毛症、上肢畸形和神经发育迟缓。由于黏连蛋白复合体成员 NIPBL（608667）的突变会导致 CDLS，Deardorff 等人（2007）对 115 名患有散发性或家族性 CDLS 的 NIPBL 突变阴性个体以及具有 CDLS 变异表型的先证者进行了黏连蛋白复合体成分基因 SMC3 和 SMC1A 突变的筛查（300040）。他们在一名 CDLS 表型较轻的患者（CDLS3; 610759）中发现了 SMC3（606062.0001）中的 1 个突变。突变体 SMC3 蛋白的结构分析表明它可能产生功能性粘连蛋白复合物，但 Deardorff 等人（2007）假设突变可能会改变蛋白质的染色体结合动力学。此外，作者在 X 连锁 CDLS（CDLS2；300590）患者的 SMC1A 基因中发现了 14 个额外突变。数据表明，SMC3 和 SMC1A 突变导致大约 5% 的 CDLS 病例，导致始终温和的表型，不存在通常与 CDLS 相关的主要结构异常，并且在某些情况下，导致表型接近明显非综合征的表型。智力低下。

Ansari 等人在 5 名无关的 CDLS3 患者中进行了研究（2014）鉴定了 SMC3 基因中的 5 种不同的杂合突变（参见例如 606062.0002 和 606062.0003）。研究表明，这些突变是在拥有亲本 DNA 的个体中从头发生的。未进行功能研究。

吉尔-罗德里格斯等人（2015）在 10 名不相关的 CDLS3 患者中鉴定出 SMC3 基因的杂合突变（例如，606062.0001；606062.0004-606062.0008）。研究表明，这些突变是在拥有亲本 DNA 的个体中从头发生的。这些突变是通过基因组测序或外显子组测序发现的，在公开数据库的 100 个对照等位基因中未发现任何突变。未进行功能研究。Gil-Rodriguez 等人根据他们的研究和之前的报告（2015）估计 SMC3 突变约占具有 CDLS 特征的患者的 1% 至 2%。

Kruszka 等人发现，在患有严重 CDLS3 并伴有中线脑缺陷的男性胎儿中，表现为半叶前脑无裂畸形（2019）在 SMC3 基因（606062.0009）中发现了一个从头杂合的 15 bp 框内缺失。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实；该患者是从超过 277 名前脑无裂畸形患者的大队列中确定的。没有进行该变异的功能研究和患者细胞的研究，但预计该变异会导致功能丧失（LOF）。作者指出，根据 gnomAD 数据库的数据，SMC3 基因不耐受 LOF 突变。

▼ 等位基因变异体（9 个精选示例）：

.0001 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3，3-BP DEL，1464AGA

Deardorff 等人在一名患有轻度 Cornelia de Lange 综合征变异型（CDLS3; 610759）的男性中进行了研究（2007）在 SMC3 基因（1464_1466delAGA）中发现 3 bp 缺失，导致 glu488（E488del）缺失。该突变发生在 N 端卷曲螺旋和铰链结构域的连接处，这是从细菌到人类都保守的区域。父母均未携带该突变，表明这是一次从头发生的事件。

雷文科娃等人（2009）表明 E488del 突变体 SMC3 影响 SMC 铰链二聚体对 DNA 的亲和力。突变的铰链二聚体以比野生型蛋白更高的亲和力结合 DNA，SMC3 突变的 Cornelia de Lange 综合征细胞系表现出基因组不稳定性以及对电离辐射和链间交联剂的敏感性。

吉尔-罗德里格斯等人（2015）在一名患有中度 CDLS3 的男孩中发现了从头杂合的 E488del 突变。该突变是通过外显子组测序发现的；未进行功能研究。

.0002 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3，PHE47LEU

通过基因组测序，Ansari 等人（2014）在一名 Cornelia de Lange 综合征 3（CDLS3; 610759）患者的 SMC3 基因中发现了杂合 phe47 至 leu（F47L）突变。吉尔-罗德里格斯等人（2015）报道称，这名患有轻度 CDLS3 的女性患者的突变是 SMC3 基因外显子 4 中的 c.139T-C 转变，导致 N 端 ATP 结合中的保守残基发生 F47L 取代头域。母亲体内不存在这种突变；无法获得父亲的 DNA。未进行功能研究。

.0003 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3，3-BP DEL，NT703

通过基因组测序，Ansari 等人（2014）在 Cornelia de Lange 综合征 3 号（CDLS3; 610759）患者的 SMC3 基因中发现了 3 bp 缺失（Thr1235del）；该患者因突变而呈体细胞嵌合体。吉尔-罗德里格斯等人（2015）报道称，这名患有中度疾病的女性患者的突变是 SMC3 基因外显子 9 中的从头杂合框内 3-bp 缺失（c.703_705del），导致保守残基的缺失Thr235 位于卷曲螺旋区域。未进行功能研究。

.0004 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3, ARG236PRO

Gil-Rodriguez 等人对一名患有轻度 Cornelia de Lange 综合征 3（CDLS3; 610759）的男孩进行了研究（2015）在 SMC3 基因的外显子 9 中发现了从头杂合的 c.707G-C 颠换，导致卷曲螺旋结构域中的保守残基处的 arg236 变为 pro（R236P）。该突变是通过基因组测序发现的。未进行功能研究。

.0005 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3，GLU488LYS

Gil-Rodriguez 等人在一名患有轻度至中度 Cornelia de Lange 综合征 3（CDLS3; 610759）的男孩中进行了研究（2015）在 SMC3 基因的外显子 15 中发现了一个从头杂合的 c.1462G-A 转变，导致卷曲螺旋结构域中的保守残基处发生 glu488 到 lys（E488K）的取代。该突变是通过基因组测序发现的。未进行功能研究。

.0006 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3，GLY655ASP

Gil-Rodriguez 等人对一名患有中度 Cornelia de Lange 综合征 3（CDLS3; 610759）的女孩进行了研究（2015）在 SMC3 基因的外显子 19 中发现了一个从头杂合的 c.1964G-A 转换，导致铰链结构域中的保守残基处发生 gly655 到 asp（G655D）的取代。该突变是通过基因组测序发现的。未进行功能研究。

.0007 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3，GLY666ALA

Gil-Rodriguez 等人在一名患有轻度至中度 Cornelia de Lange 综合征 3（CDLS3; 610759）的男孩中进行了研究（2015）在 SMC3 基因的外显子 19 中发现了从头杂合的 c.1997G-C 颠换，导致铰链结构域中的保守残基处发生 gly666 至 ala（G666A）取代。该突变是通过基因组测序发现的。未进行功能研究。

.0008 科妮莉亚·德朗格综合症 3
SMC3, HIS917PRO

Gil-Rodriguez 等人对一名患有中度 Cornelia de Lange 综合征 3（CDLS3; 610759）的女孩进行了研究（2015）在 SMC3 基因的外显子 24 中发现了从头杂合的 c.2750A-C 颠换，导致卷曲螺旋结构域中的保守残基发生 his917-to-pro（H917P）取代。该突变是通过外显子组测序发现的。未进行功能研究。

.0009 伴有中线脑缺陷的 CORNELIA DE LANGE 综合征 3
SMC3、15-BP DEL、NT1138

Kruszka 等人发现，在一名患有严重 Cornelia de Lange 综合征 3 型且伴有中线脑缺陷的男性胎儿中，表现为半叶前脑无裂畸形（CDLS3；610759）（2019）在 SMC3 基因中发现了一个从头杂合的 15 bp 框内缺失（c.1138_1152del）（chr10.112,343,987del15, GRCh37），预计会导致 5 个氨基酸的缺失（Gly380_Gln384del）。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实；该患者是从超过 277 名前脑无裂畸形患者的大队列中确定的。没有进行该变异的功能研究和患者细胞的研究，但预计该变异会导致功能丧失（LOF）。作者指出，根据 gnomAD 数据库的数据，SMC3 基因不耐受 LOF 突变。