亮氨酸拉链/EF-手含跨膜蛋白 1； LETM1

HGNC 批准的基因符号：LETM1

细胞遗传学定位：4p16.3 基因组坐标（GRCh38）：4:1,811,479-1,856,156（来自 NCBI）

▼ 说明

LETM1 基因编码具有控制阳离子稳态的渗透调节功能的线粒体内膜蛋白。它充当电中性线粒体 K+/H+ 交换器（KHE），并且还与 Ca（2+） 吸收或排出的调节有关（Kaiyrzhanov 等人的总结，2022）。

▼ 克隆与表达

恩德勒等人（1999） 从人颅面、羊水细胞和标准化婴儿大脑 cDNA 文库中分离出 LETM1 cDNA 克隆。推导的 739 个氨基酸蛋白与小鼠 Letm1 83.8% 相同，包含 2 个 EF 手钙结合位点、一个跨膜结构域、一个亮氨酸拉链基序、几个卷曲螺旋结构域和磷酸化位点。Northern 印迹分析显示 LETM1 在所有测试的成人和胎儿人体组织中表达。作者确定了 4 种不同的转录本大小，可能是由替代性聚腺苷酸化引起的。RNA原位杂交显示Letm1表达在第13.5天的小鼠胚胎切片中普遍存在。

施利库姆等人（2004） 确定大鼠 Letm1 定位于转染的人胚胎肾细胞的线粒体。含有线粒体靶向信号的 N 末端结构域的缺失导致弥漫性细胞质染色。

▼ 基因结构

Endele 等人使用 PAC 克隆的基因组 DNA 通过 PCR 进行（1999） 确定了 LETM1 基因的基因组结构。该基因含有14个外显子。

▼ 测绘

恩德勒等人（1999） 通过 FISH 将 LETM1 基因定位到染色体 4p16.3。

▼ 基因功能

迪默等人（2008） 发现人类 LETM1 定位于线粒体内膜，暴露于基质，并寡聚成更高分子量的复合物。通过 RNA 干扰下调 HeLa 细胞中的 LETM1 不会破坏这些复合物，但会导致线粒体网络断裂。尼日利亚菌素可逆转断裂，尼日利亚菌素催化 K+ 与 H+ 的电中性交换。LETM1 的下调会导致坏死样死亡，这种死亡与 半胱天冬酶（参见 CASP1；147678）激活无关，并且对 BCL2（151430）过度表达具有抵抗力。来自 Wolf-Hirschhorn 综合征（WHS; 194190） 患者的成纤维细胞显示出正常的线粒体形态，这些患者由于 4p 染色体部分单等位基因缺失而导致 LETM1 单倍体不足。

Jiang 等人使用全基因组果蝇 RNAi 筛选（2009） 确定 Letm1 是线粒体 Ca（2+） 和 H+ 浓度的调节因子。纯化的 Letm1 蛋白的 RNA 敲低、过表达和脂质体重建表明哺乳动物 Letm1 是线粒体 Ca（2+）/H+ 反向转运蛋白。

▼ 分子遗传学

Kaiyrzhanov 等人对来自 11 个无关家庭的 18 名患者进行了研究，这些患者因线粒体功能障碍而患有儿童期发病的神经变性，并伴有多系统受累（CONDMIM; 620089）（2022）鉴定了LETM1基因中的纯合或复合杂合突变（参见例如604407.0001-604407.0005）。在外显子组测序鉴定出突变后，通过 GeneMatcher 计划的国际合作和数据共享来确定这些患者。有 6 个错义突变，全部位于保守的 LETM 结构域内，LETM 结构域中有一个框内缺失，以及 3 个影响 C 端结构域的移码突变。大多数变体并不存在于 gnomAD 数据库中，尽管少数变体仅以杂合状态低频率存在。一些（但不是全部）变异导致 LETM1 蛋白水平不同程度降低。凯尔扎诺夫等人（2022） 指出，之前的研究表明，细胞 LETM1 缺陷会导致线粒体电泳 K+ 摄取失代偿和体积稳态丧失，从而导致线粒体破碎、基质肿胀和嵴紊乱。来自一部分患者的成纤维细胞表现出不同的线粒体形态异常，包括碎片增加、线粒体网络小管的不规则极化模式和缩短的小管。这些异常与内膜电位降低有关。对一些患者成纤维细胞和骨骼肌样本的进一步研究显示 OXPHOS 复合蛋白水平不同程度降低以及细胞增殖缺陷。其中一些线粒体缺陷可以通过使用尼日利亚菌素（一种线粒体 K+/H+ 交换器（KHE））来修复，这说明了线粒体功能障碍与 K+ 稳态受损之间的联系。在letm1缺失酵母中进行的功能补偿研究表明，LETM1突变对挽救KHE活性的能力有不同程度的损害，而野生型可以挽救KHE活性，从而证明了突变对功能的不利影响。

▼ 细胞遗传学

恩德勒等人（1999） 报道几乎所有 Wolf-Hirschhorn 综合征患者的 LETM1 基因都被删除，并且位于距离最小 WHS 关键区域不到 80 kb 的地方。

▼ 动物模型

Wolf-Hirschhorn 综合征（WHS; 194190） 是一种由 4 号染色体上的半合子缺失引起的多基因疾病。LETM1 是癫痫发作的候选基因，癫痫发作是 WHS 患者的一种强单倍体不足表型。麦奎班等人（2010） 鉴定果蝇基因 CG4589 为 LETM1 的直系同源物，并将其重命名为 DmLETM1。他们在体内和体外分析了下调 DmLETM1 基因对线粒体功能的影响。特定组织中 DmLETM1 功能的条件性失活导致成虫眼睛变粗糙、线粒体肿胀以及三龄幼虫的发育致死，这可能是线粒体自噬失调的结果。DmLETM1 的神经元特异性下调导致果蝇运动行为受损并减少突触神经递质释放。DmLETM1 补充了 LETM1 缺陷的酵母的生长和线粒体 K+/H+ 交换（KHE） 活性。作者提出，DmLETM1 通过其线粒体 K+/H+ 交换活性发挥线粒体渗透压调节剂的作用，并可能解释部分 WHS 病理生理表型。

▼ 等位基因变异体（5 个精选示例）：

.0001 神经退行性，儿童时期发病，由于线粒体功能障碍
LETM1、ILE293ASN导致多系统受累

Kaiyrzhanov 等人在 2 名同胞中，出生于无血缘关系的英国父母（家庭 1），因线粒体功能障碍而患有儿童期发病的神经退行性病变并伴有多系统受累（CONDMIM；620089）（2022） 鉴定了 LETM1 基因中的复合杂合突变：c.878T-A 颠换（c.878T-A, NM_012318.3），导致 ile293 到 asn（I293N） 的半保守残基取代LETM 结构域和 1-bp 缺失（c.2094del; 604407.0002） 预计会导致移码和提前终止（Asp699MetfsTer13）。这些突变是通过外显子组测序发现并通过桑格测序证实的，每个突变都遗传自受影响的父母，表明存在家族隔离。这两种变体都不存在于 gnomAD 数据库中。与对照组相比，患者成纤维细胞的 LETM1 蛋白水平降低。线粒体表现出形态异常和内膜电位降低，线粒体呼吸复合物I和IV严重减少。酵母中变异体的异位表达略微挽救了线粒体 KHE 活性。这两名患者年龄分别为 35 岁和 25 ，患有缓慢进展的神经退行性疾病，伴有痉挛、癫痫发作、听力丧失和视力障碍。两人都患有糖尿病。

.0002 神经退行性，儿童时期发病，由于线粒体功能障碍导致多系统受累
LETM1，1-BP DEL，NT2094

讨论 LETM1 基因中的 1-bp 缺失（c.2094del, NM_012318.3），预计会导致移码和提前终止（Asp699MetfsTer13），在 2 名患有儿童期发病神经退行性疾病的同胞中发现复合杂合状态由于线粒体功能障碍导致多系统受累（CONDMIM；620089），作者：Kaiyrzhanov 等人（2022），参见 604407.0001。

.0003 神经退行性，儿童期发病，由于线粒体功能障碍
LETM1 导致多系统受累，c.2220G-C

Kaiyrzhanov 等人在来自 2 个不相关的近亲巴基斯坦家庭（家庭 2 和 7）的 3 名患者中发现，该患者因线粒体功能障碍而患有儿童期发病的神经变性，并伴有多系统受累（CONDMIM；620089）（2022） 在 LETM1 基因中鉴定出纯合 c.2220G-C 颠换（c.2220G-C, NM_012318.3），导致蛋白质延伸超过终止密码子（Ter740TyrExt26）。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在两个家族中都与该疾病分离。它不存在于 gnomAD 数据库中。患者来源的成纤维细胞显示线粒体肿胀且破碎，并且几乎检测不到 LETM1 水平。酵母中的异位表达显示 LETM1 水平降低且 KHE 活性改善不佳，表明功能缺陷。患者的病程缓慢进展，伴有发育退化、视神经萎缩、痉挛和癫痫发作。他们的年龄分别为 8 岁、15 岁和 24 岁。

.0004 神经退行性，儿童时期发病，由于线粒体功能障碍导致多系统受累
LETM1，ARG294GLN

Kaiyrzhanov 等人在 2 名不相关的患者中，均由近亲父母出生（埃及血统的家庭 4 和意大利血统的家庭 8），患有儿童期发病的神经变性，由于线粒体功能障碍而导致多系统受累（CONDMIM；620089）（2022） 鉴定了 LETM1 基因中的纯合 c.881G-A 转换（c.881G-A, NM_012318.3），导致 LETM 结构域中的 arg294 到 gln（R294Q） 取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在两个家族中都与该疾病分离。它在 gnomAD 数据库（v3.1.2） 中仅以低频率杂合状态存在。酵母中该变体的异位表达无法恢复线粒体 KHE 活性并损害整体生长。4 号家庭的男孩于 8 岁时去世。他患有听力丧失、视力受损、发育退化、心室肥大和阵发性乳酸性酸中毒。8户妇女，39岁。她从小就有发育迟缓、视神经萎缩、耳聋、小脑性共济失调等症状。

.0005 神经退行性，儿童时期发病，由于线粒体功能障碍导致多系统受累
LETM1，IVS13AS，CG，-9

Kaiyrzhanov 等人在 2 名同胞中，出生于近亲葡萄牙父母（家庭 10），患有童年期发病的神经变性，由于线粒体功能障碍，多系统受累（CONDMIM；620089）（2022） 在 LETM1 基因的内含子 13 中鉴定出纯合的 C 到 G 颠换（c.2071-9C-G, NM_012318.3），预计会导致移码和提前终止（Val691fsTer4）。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。它不存在于 gnomAD 数据库中。患者成纤维细胞显示 LETM1 蛋白水平升高，表明该变体可能逃脱了无义介导的 mRNA 衰减。然而，体外研究表明突变蛋白没有功能。携带这种突变的患者的病程进展迅速，并在出生后的最初几个月内死亡。