无星同源基因 4； ALX4

ARISTALS-LIKE 4，小鼠，同系物

HGNC 批准的基因符号：ALX4

细胞遗传学定位：11p11.2 基因组坐标（GRCh38）：11:44,260,440-44,310,139（来自 NCBI）

▼ 说明

ALX4 基因编码对许多发育过程很重要的同源域转录因子（Bertola 等人总结，2013）。

▼ 克隆与表达

吴等人（2000）鉴定了对应到染色体 11p11.2 的人类 BAC 克隆，该克隆包含与 MSX2 基因（123101）同源的区域，该区域在顶叶孔 1（PFM1; 168500）中发生突变。进一步的序列分析表明，该区域包含小鼠 Aristaless-like-4 基因（Alx4）的人类直系同源物。吴等人（2000）组装了全长 ALX4 cDNA，编码推导的 410 个氨基酸的蛋白质，该蛋白质与小鼠 Alx4 蛋白质具有 80% 的序列同一性。Northern印迹分析表明，人类和小鼠基因的表达仅限于骨骼。

▼ 基因结构

ALX4编码区包含4个外显子（Wu等人，2000；Wuyts等人，2000）。

▼ 测绘

吴等人（2000）鉴定了 Potocki-Shaffer 综合征（601224）关键区域内的 ALX4 基因，该综合征也称为近端 11p 缺失综合征（P11pDS），其中包括顶孔作为特征。

曲等人（1998）绘制了小鼠 Alx4 基因的 2 号染色体区域图谱，该区域与人类染色体 11p12-q12 具有同线性。

▼ 细胞遗传学

麦高伦等人（1995）描述了一位患者同时患有多发性外生骨疣（133701）、Potocki-Shaffer 综合征（601224）和 WAGR 综合征（Wilms 肿瘤、无虹膜、泌尿生殖系统异常和智力迟钝；194072），并伴有 del（11））（p14.2p11.2）。ALX4 基因包含 4 个外显子，着丝粒定位于 D11S2095，方向与 EXT2 基因（608210）相反；因此，ALX4 正好位于 Wuyts 等人提出的 P11pDS 临界区间之外（1996）。在定义该着丝粒边界的患者中（McGaughran 等人，1995），ALX4 表达可能已被位置效应消除。

▼ 分子遗传学

顶孔 2

使用 FISH，Wu 等人（2000）在 2 名 Potocki-Shaffer 综合征患者中测试了与 11p 上含有 ALX4 的 BAC 克隆相对应的区域是否存在或杂合缺失，并发现这些患者中该区域被删除。作者指出 Alx4 参与小鼠头骨发育（Qu et al., 1997）、其骨特异性表达模式、Alx4 是小鼠中剂量敏感基因的发现以及人类基因组克隆的定位11p11.2 含有 ALX4，在具有双顶孔的 11p11.2 缺失患者中具有半合性，支持 ALX4 是 Potocki-Shaffer 综合征顶孔候选基因的论点。

伍伊茨等人（2000）在两个分离顶孔的家族（PFM2; 609597）的受影响成员中发现了 ALX4 基因的杂合突变。一个突变导致过早终止密码子（605420.0004），第二个突变是同源框结构域（R272P; 605420.0005）保守区域中的错义突变，Wuyts 等人（2000）的结论是会破坏 DNA 结合。伍伊茨等人（2000）在第三个 PFM 家族中没有发现 ALX4 或 MSX2 突变。

Mavrogiannis 等人在 4 个隔离 PFM 的家庭中（2001）在 19 名受影响个体（605420.0001-605420.0003）中鉴定出 3 个不同的杂合 ALX4 突变。与 ALX4 突变相关的颅表型范围从婴儿期颅骨矿化的严重缺陷（颅骨两裂）到明显的非外显；大多数人都有经典的 PFM。马夫罗吉安尼斯等人（2001）发现 ALX4 和 MSX2 突变之间 PFM 的大小没有显着差异，但两裂颅骨尚未被描述与 MSX2 突变相关。MSX2 和 ALX4 是分层发挥作用还是平行发育途径仍有待确定。PFM 和颅缝早闭（颅缝过早融合）可能是由颅骨穹窿中成骨分化的相反扰动引起的。两者均在 MSX2 基因中发生不同的突变，表明 ALX4 是颅缝早闭和 PFM 的候选基因。

贝尔托拉等人（2013）和阿尔图诺格鲁等人（2014）在 2 个不相关家族的受影响成员中孤立鉴定出杂合 ALX4 突变（605420.0012 和 605420.0013），这些家族患有常染色体显性 PFM，并伴有轻微的额鼻发育不良特征。该报告扩大了与 ALX4 杂合突变相关的表型。作者推测，除了 PFM 之外，显性失活效应还可能导致额鼻异常，而单倍体不足可能导致孤立的 PFM。阿尔图诺格鲁等人（2014）讨论了遗传咨询的影响。

额鼻发育不良2

Kayserili 等人在 2 个土耳其近亲家庭的受影响成员中将额鼻发育不良对应到染色体 11p11.2-q12.3（FND2; 613451）（2009）鉴定了 ALX4 基因中无义突变的纯合性（605420.0008）。受影响的个体表现出大的颅骨缺损、冠状颅缝早闭、距离过远、鼻梁和鼻脊严重凹陷、鼻尖分叉、隐睾、胼胝体发育不全、全秃和智力低下。对受影响个体的皮肤进行活组织检查，结果显示毛囊间表皮低等位，基底上层减少，与毛囊间表皮分化受损有关。存在毛囊样结构，但显示出分化改变。凯塞利利等人（2009）得出结论，ALX4 在颅面发育以及皮肤和毛囊发育中发挥着关键作用。

Kayserili 等人发现一名患有轻度 FND2 的土耳其近亲父母所生男孩（2012）鉴定了 ALX4 基因中的纯合错义突变（Q225E; 605420.0011）。未进行功能研究。这对突变杂合的父母发现双侧顶孔较小。患者有轻度鼻畸形、顶孔、胼胝体发育不全和扭结，但精神运动发育正常。凯塞利利等人（2012）假设与 Kayserili 等人报告的患者相比，在该患者中观察到的表型不太严重（2009）是由于错义突变保留了一些功能。

颅缝早闭易感性 5

亚格尼克等人（2012）研究了 203 例非综合征性颅缝早闭患者（参见 CRS5, 615529），其中 197 例为单矢状缝融合，6 例为矢状受累的多缝融合。在 203 个单缝融合先证者中的 111 个和所有 6 个多缝融合先证者中，Boyadjiev（2007）先前排除了 FGFR1（136350）、FGFR2（176943）和 FGFR3（134934）基因热点区域的突变，以及整个 TWIST1 基因（601622）。亚格尼克等人（2012）对 203 个 CRS 先证者的候选基因 ALX4（605420）的整个编码区进行了测序，并在其中 2 个先证者中鉴定出杂合错义变异 V7F（605420.0009）和 K211E（605420.0010）。功能分析显示这两种变体都获得了功能，这也存在于每个家庭中未受影响的父母中。亚格尼克等人（2012）的结论是，这些变异代表了低外显率突变，易患 CRS，但其本身并不是致病因素。

▼ 动物模型

极化活动区（ZPA）是一组位于肢芽中胚层后缘的间充质细胞，表达 Shh（600725），并作为形成前后轴模式的信号中心。具有“Strong luxoid”（lst）表型的小鼠表现出轴前多指畸形，在发育过程中先于异位 ZPA 的形成和肢芽前间充质中的 Shh 表达。曲等人（1998）在具有 Strong luxoid 表型的 3 种孤立小鼠品系以及其他品系特异性表型之外，还发现了 Alx4 基因中的 3 个失活突变。3 个 Alx4 突变包括围绕 Alx4 基因的大缺失、编码配对型同源域的区域内的 16 bp 缺失，导致移码，以及错义突变，从 arg206 变为 gln（R206Q），影响关键的保守精氨酸在配对型同源域内。曲等人（1998）表明野生型 Alx4 作为二聚体与高亲和力 P3 回文 DNA 序列结合，而 R206Q 同源域无法作为二聚体或单体结合 P3。当在人 293 细胞中表达时，野生型 Alx4 有效激活含有 P3 序列的报告构建体的转录，但 R206Q 突变体则不然。曲等人（1998）得出的结论是，Alx4 突变导致 Strong luxoid 小鼠出现多指畸形和异常的 ZPA 信号传导，而杂合子和纯合子小鼠中存在的可变表型，包括半肢畸形、腹侧体壁缺陷和脱发，是由品系特异性引起的，而不是由品系特异性引起的。等位基因特异性效应。

高桥等人孤立地（1998）在 Strong luxoid 小鼠中鉴定出 Alx4 基因中的半显性 16-bp 缺失。利用鸡胚胎，他们发现 Alx4 表达起源于顶端外胚层脊的前半部分。Alx4 在建立前后基因不对称的早期事件下游发挥作用，并且 Alx4 表达在 Shh 上调之前下调。局部应用Shh和成纤维细胞生长因子（参见131220），或去除顶端外胚层脊，表明Alx4和Shh在肢体生长过程中以负反馈回路相互作用。小鼠中 Alx4 和 Shh 的相互作用孤立于负 Shh 调节因子 Gli3（165240）。高桥等人（1998）得出结论，正确的 ZPA 定位需要 ALX4。

▼ 等位基因变异体（14 个选定示例）：

.0001 顶骨孔 2
ALX4，GLN140TER

在分离顶叶孔 2（PFM2; 609597）的家庭受影响成员中，Mavrogiannis 等人（2001）鉴定了 ALX4 基因中的杂合 c.418C-T 转变，导致 gln140 到 ter（Q140X）的取代。预计该突变将完全或部分消除 DNA 结合同源结构域。

.0002 顶骨孔 2
ALX4，GLN246TER

在分离顶叶孔 2（PFM2; 609597）的家庭受影响成员中，Mavrogiannis 等人（2001）鉴定了 ALX4 基因中的杂合 c.736C-T 转变，导致 gln246 到 ter（Q246X）的取代。预计该突变将完全或部分消除 DNA 结合同源结构域。

.0003 顶骨孔 2
ALX4, ARG218GLN

Mavrogiannis 等人在 2 个患有顶孔 2（PFM2; 609597）的不相关家庭的受影响成员中（2001）鉴定了 ALX4 基因中的杂合 c.653G-A 转变，导致 arg218 到 gln（R218Q）取代。该突变取代了同源结构域 N 端臂中与 DNA 小沟接触的高度保守的残基。在小鼠中，相同的突变是 Strong luxoid 等位基因 Alx4（lst）的基础，并在体外消除 DNA 结合和转录激活，没有可检测到的显性失活效应。

在对来自 2 个不相关家庭的 7 名因 R218Q 突变而患有顶孔的患者进行的回顾中，Mavrogiannis 等人（2006）发现与其他突变的患者相比，这些患者的缺陷范围过大。作者假设存在显性负效应。

.0004 顶骨孔 2
ALX4，1-BP DEL，504T

在分离顶叶孔 2（PFM2; 609597）的家族中，Wuyts 等人（2000）鉴定出 cDNA 第 504 位（c.504delT）的 1 bp 缺失（起始密码子的腺苷 +1），导致 179 个氨基酸后出现过早的终止密码子。

.0005 顶骨孔 2
ALX4, ARG272PRO

在分离顶叶孔 2（PFM2; 609597）的家庭受影响成员中，Wuyts 等人（2000）鉴定了第 815 位的 G 至 C 取代，导致精氨酸被脯氨酸残基取代（arg272 至 pro；R272P）。Arginine-272 位于同源基因的高度保守区域，作者得出结论，这种突变可能会破坏 DNA 结合。

.0006 顶骨孔 2
ALX4，SER207TER

Mavrogiannis 等人在患有顶骨孔 2（PFM2; 609597）的 5 名受影响家庭成员中（2006）鉴定了 ALX4 基因中的杂合 c.620C-A 颠换，导致 ser207 到 ter（S207X）的取代。三个兄弟姐妹也有轻度畸形的面部特征、高腭和短而宽的拇指。受影响的父亲和祖父有顶孔和宽拇指。所有人都有正常的智力发育。

.0007 顶骨孔 2
ALX4，10-BP DEL，NT385

Mavrogiannis 等人在患有顶骨孔 2（PFM2; 609597）的女性中（2006）鉴定出 ALX4 基因中核苷酸 385 至 394 的杂合 10 bp 缺失，导致移码和过早终止。

.0008 额鼻发育不良 2
ALX4、ARG265TER

Kayserili 等人在 2 个土耳其近亲家庭的受影响成员中分离出额鼻发育不良 2（FND2；613451）（2009）鉴定了 ALX4 基因中 793C-T 转变的纯合性，这导致密码子 265（R265X）处提前终止。受影响的个体表现出大的颅骨缺损、冠状颅缝早闭、距离过远、鼻梁和鼻脊严重凹陷、鼻尖分叉、隐睾、胼胝体发育不全、全秃和智力低下。

.0009 颅缝早闭 5，对
ALX4、VAL7PHE的敏感性

在一名患有孤立性矢状面颅缝早闭（CRS5; 615529）的患者中，Yagnik 等人（2012）鉴定了 ALX4 基因中 c.19G-T 颠换的杂合性，导致高度保守残基处的 val7-to-phe（V7F）取代。转染的人颅骨成骨细胞中的双荧光素酶测定表明，与野生型相比，V7F 突变体导致发光增加 5.8 倍。先证者的术后评估证实其发育符合年龄且不存在相关异常。这种突变也存在于未受影响的父母身上。亚格尼克等人（2012）的结论是，V7F 变异代表一种低外显率的功能获得性突变，易患 CRS，但其本身并不是致病因素。

.0010 颅缝早闭 5，对
ALX4、LYS211GLU的敏感性

在一名患有孤立性颅缝早闭的患者中，涉及同位缝、右侧鳞状缝和矢状缝（CRS5; 615529），Yagnik 等人（2012）鉴定了 ALX4 基因中 c.631A-G 转变的杂合性，导致高度保守残基处的 lys211-to-glu（K211E）取代。转染的人颅骨成骨细胞中的双荧光素酶测定表明，与野生型相比，K211E 突变体导致发光增加 5 倍。先证者的术后评估证实其发育符合年龄且不存在相关异常。这种突变也存在于一位未受影响的父母身上，他已经接受了临床遗传学家的评估。亚格尼克等人（2012）得出的结论是，K211E 变体代表一种低外显率的功能获得性突变，易患 CRS，但其本身并不是致病因素。

.0011 额鼻发育不良 2
ALX4、GLN225GLU

Kayserili 等人发现，一名由土耳其近亲结婚的男孩患有轻度额鼻发育不良 2（FND2; 613451）（2012）鉴定了 ALX4 基因外显子 2 中的纯合 c.673C-G 颠换，导致同源域第一个螺旋基序中高度保守的残基发生 gln225-to-glu（Q225E）取代。在 100 条种族匹配的对照染色体中未检测到该突变；未进行功能研究。这对突变杂合的父母发现双侧顶孔较小。该男孩患有鼻距过远、上斜睑裂、宽鼻梁和鼻脊、鼻尖分叉、宽鼻小柱、鼻翼裂和上唇龈沟。颅骨和脑部成像显示双侧顶孔和胼胝体轻度发育不全、扭结，蚓部发育不全。他的精神运动发育正常。

.0012 顶骨孔 2
ALX4，10-BP DEL/26-BP INS，NT1080

Bertola 等人在一对患有顶孔 2（PFM2; 609597）和额鼻异常的儿子和他的母亲中（2013）在 ALX4 基因的最后一个外显子（c.1080-1089del/ins）中发现了杂合缺失/插入突变，导致提前终止（Asp326fsTer21）。预计该突变会导致保守 OAR 结构域的丢失。贝尔托拉等人（2013）假设该突变将逃避无义介导的 mRNA 衰减，并可能以显性失活方式干扰正常的 ALX4 等位基因。

.0013 顶骨孔 2
ALX4, ARG216GLY

在土耳其近亲家庭的 4 名患有顶孔 2（PFM2; 609597）的成员中，Altunoglu 等人（2014）鉴定了 ALX4 基因外显子 2 中的杂合 c.646C-G 颠换，导致同源结构域中的保守残基处的 arg216 至甘氨酸（R216G）取代。在公开的 SNP 数据库中未发现该突变；未进行功能研究。除了通过影像学证实的微小顶孔外，患者还表现出从轻度鼻裂和宽鼻小柱到鼻形态细微变化的表型谱。

.0014 额鼻发育不良 2
ALX4，1-BP DEL，503C

Kariminejad 等人在一名患有额鼻发育不良 2 型（FND2; 613451）的伊朗近亲父母所生女孩中（2014）在 ALX4 基因的外显子 2 中发现了纯合 1-bp 缺失（c.503delC, NM_021926.3），导致移码和提前终止（Pro168LeufsTer12）。父母双方都表现出轻微的特征，都是突变的杂合子，预计这将导致蛋白质功能完全丧失。