基质金属蛋白酶 13; MMP13

胶原酶3；CLG3

HGNC 批准的基因符号：MMP13

细胞遗传学位置：11q22.2 基因组坐标（GRCh38）：11:102,942,995-102,955,732（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

弗莱耶等人（1994）从乳腺肿瘤的 cDNA 文库中克隆了编码新型人基质金属蛋白酶（MMP）的 cDNA。分离的 cDNA 含有编码 471 个氨基酸的多肽的开放解读码组。预测的蛋白质序列与先前已知的 MMP 表现出广泛的相似性，并呈现出该蛋白质家族的所有结构特征，包括高度保守的 PRCGXPD 基序。此外，它的氨基酸序列中包含胶原酶亚家族特有的几个残基（tyr214、asp235 和 gly237），并且缺少基质溶解素中存在的 9 残基插入。由于结构特征，Freije 等人（1994）将其称为新的 MMP 胶原酶-3（CLG3），因为它代表了该家族的第三个成员，由成纤维细胞（MMP1; 120353）和中性粒细胞（MMP8; 120355）胶原酶组成。对正常组织和病理组织的 RNA 进行 Northern 印迹分析表明，乳腺肿瘤中存在 3 种不同的 mRNA，这似乎是利用该基因 3-prime 非编码区中存在的不同聚腺苷酸化位点的结果。相比之下，通过Northern印迹或RNA聚合酶链反应分析来自其他人体组织（包括正常乳腺、乳腺纤维腺瘤、肝脏、胎盘、卵巢、子宫、前列腺和腮腺）的RNA，均未检测到CLG3 mRNA。提出了这种金属蛋白酶在肿瘤过程中的可能作用。

▼ 基因功能

弗莱耶等人（1994）在牛痘病毒系统中表达 CLG3 cDNA，发现重组蛋白能够降解纤维状胶原，这为它编码真正的胶原酶的观点提供了支持。

米切尔等人（1996）得出结论，骨关节炎软骨中 MMP13 的表达及其对 II 型胶原的活性表明，该酶在软骨胶原降解中发挥着重要作用，因此必须构成基于胶原酶抑制的拟议治疗干预措施的复杂目标的一部分。雷布尔等人（1996）同样提供了人类软骨细胞中胶原酶 3 表达和合成的数据，并表明其参与人类骨关节炎软骨病理生理学。

劳施等人（2009）表明软骨内骨化中 MMP13 和 MMP9（120361）之间存在功能联系，因为直接失活（在隐性疾病中，由于 MMP9 功能丧失）、激活受损（在隐性疾病中）导致 MMP9 蛋白功能受损由于 MMP13 功能丧失）或转催化降解（在由 MMP13 功能获得引起的显性疾病中）似乎是干骺端发育不全发病机制中常见的下游步骤。

▼ 基因结构

彭达斯等人（1997）报道 MMP13 基因包含 10 个外显子，跨度约为 12.5 kb。整体基因组织与其他 MMP 基因相似，包括 MMP1、MMP7（178990）和 MMP12（601046）。

▼ 测绘

通过荧光原位杂交，Pendas 等人（1995）将 CLG3 基因（也称为 MMP13）定位于 11q22.3。含有 CLG3 的 YAC 克隆的物理作图表明，该基因与编码其他基质金属蛋白酶的基因紧密相连，包括成纤维细胞胶原酶（MMP1）、Stromelysin-1（MMP3; 185250）和 Stromelysin-2（MMP10; 185260）。使用脉冲场凝胶电泳对该区域进行进一步作图表明，CLG3 基因位于基质金属蛋白酶簇的端粒侧。彭达斯等人（1995）发现基因座的相对顺序是cen--STMY2--CLG1--STMY1--CLG3--tel。彭达斯等人（1996）分离出一个 1.5-Mb YAC 克隆，对应到 11q22。该非嵌合YAC克隆的详细分析按如下顺序排列了7个MMP基因：cen--MMP8--MMP10--MMP1--MMP3--MMP12--MMP7--MMP13--tel。

▼ 分子遗传学

密苏里型脊椎干骺端发育不良

脊椎骨骺发育不良（SEMD）是一组异质性骨骼疾病，其特征是脊柱和长骨的生长和造型缺陷。在受影响的家庭成员中，孤立出密苏里型 SEMD（SEMDM；602111），最初由 Patel 等人描述（1993），肯尼迪等人（2005）鉴定了 MMP13 基因中错义突变（F56S; 600108.0001）的杂合性。肯尼迪等人（2005）通过模拟 MMP13 结构预测，F56S 突变将导致疏水性空腔，并导致细胞内突变蛋白的错误折叠、自动激活和降解。野生型和突变型 MMP13 在人胚胎肾细胞中的表达证实了 F56S MMP13 的异常细胞内自动激活和自动降解，从而仅分泌酶促无活性的小片段。因此，F56S 突变导致 MMP13 缺陷，从而导致密苏里型 SEMD 中出现的人类骨骼发育异常。

干骺端发育不良 1

劳施等人（2009）研究了 5 个家族干骺端发育不良的分子基础，并在 3 个家族中鉴定出 MMP13 基因（600108.0002-600108.0003）的杂合突变；参见 MANDP1（602111）。在第四个家族中，他们发现了 MMP9 基因的突变（120361.0001）；请参阅 MANDP2（613073）。劳施等人（2009）发现隐性干骺端发育不良（MANDP2）是由 MMP9 纯合子功能丧失引起的，而显性干骺端发育不良（MANDP1）是由 MMP13 前结构域的错义突变引起的；这些突变决定了 MMP13 的自动激活以及 MMP13 和 MMP9 的细胞内降解，从而导致双酶缺乏。Lausch 等人研究的第五个家庭（2009），先证者是 MMP13 基因错义突变的纯合子（H213N; 600108.0004）。尽管该患者最初被诊断为患有隐性 MANDP1，但 Bonafe 等人（2014）表示，他可以回顾性诊断为 Spahr 型干骺端发育不良（MDST; 250400）。

在一名患有 MANDP1 的中国男孩中，Song 等人（2019）在 MMP13 基因（M71T; 600108.0003）中发现了一个从头杂合错义突变，该突变此前已被 Lausch 等人发现（2009）。该变异通过下一代靶向测序鉴定并通过桑格测序确认，在包括 gnomAD 在内的大型群体数据库中不存在。

Spahr 型干骺端发育不良

在患有干骺端发育不良的瑞士家庭受影响成员中，最初由 Spahr 和 Spahr-Hartmann（1961）、Bonafe 等人描述（2014）鉴定了 MMP13 基因错义突变的纯合性（W207G; 600108.0005）。

在 2 名身材矮小、骨骺和干骺端混合发育不良的阿尔巴尼亚兄弟中，Li 等人（2015）进行了全外显子组测序，并鉴定了 MMP13 基因中无义突变的纯合性（R109X; 600108.0006）。

▼ 动物模型

通过基因打靶，Inada 等人（2004）创造了 Mmp13 缺失小鼠。纯合子小鼠以预测的孟德尔比率出生，并且出生时看起来很健康。然而，突变小鼠的生长板软骨显示出严重缺陷，肥大区明显增加，软骨内骨化以及初级骨化中心的形成和血管化延迟。Mmp13 的缺失导致间质胶原蛋白显着积累，部分原因是缺乏通常发生在生长板和初级骨化中心的胶原酶介导的裂解。软骨生长板异常在成年小鼠中持续存在，并且在人类遗传性软骨发育不良中观察到表型缺陷。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 脊椎骨干骺端发育不良，密苏里型（1 个家族）
MMP13，PHE56SER

在密苏里州家族中，患有脊椎骨干骺端发育不良（SEMDM；602111）最初由 Patel 等人描述（1993），肯尼迪等人（2005）证明这种疾病是由 MMP13 基因密码子 56 中的杂合 252T-C 转变引起的，导致蛋白质前区结构域中进化保守的苯丙氨酸残基（F56S）被丝氨酸取代。

.0002 干骺端发育不良 1，常染色体显性
MMP13，PHE55SER

Lausch 等人在德国家庭的 3 名受影响成员中分离出了一种主要形式的干骺端发育不良（见 602111）（2009）鉴定了 MMP13 基因中 249-C 转变的杂合性，导致前结构域中的 phe55 到 Ser（F55S）取代。在祖先匹配的未受影响个体的 228 个等位基因中未发现该突变。

.0003 干骺端发育不良 1，常染色体显性
MMP13，MET72THR

Lausch 等人在来自 2 个家庭（一名德国人，另一名日本人）的 7 名患者中分离出了一种主要形式的干骺端发育不良（见 602111）（2009）鉴定了 MMP3 基因外显子 2 中 300T-C 转变的杂合性，导致前结构域中的 met72 至 thr（M72T）取代。在祖先匹配的未受影响个体的 228 个等位基因中不存在这种突变。

在一名患有 MANDP1 的中国男孩中，Song 等人（2019）在 MMP13 基因的外显子 2 中鉴定出从头杂合 TC 转换（c.212T-C, NM_002427.3），导致在前结构域中高度保守的残基处发生 met71 至 thr（M71T）取代蛋白质。该变异通过靶向二代测序鉴定，并通过桑格测序确认；该变异不存在于未受影响的父母或大型人群数据库中。该变体的编号基于与 Lausch 等人使用的不同的序列和编号系统（2009）。

.0004 干骺端发育不良，SPAHR 型
MMP13，HIS213ASN

Lausch 等人在一名摩洛哥干骺端发育不良患者（患者 11）中进行了研究，该患者由近亲结婚生（2009）鉴定了 MMP13 基因外显子 5 中 722C-A 转变的纯合性，该转变将 proMMP13 的预测开放解读码组中催化结构域的高度保守的组氨酸 213 更改为天冬酰胺（H213N）。父母对于突变是杂合的，未受影响的同胞要么是杂合的，要么是纯合的野生型。在未受影响对照的 228 个等位基因中未发现该突变。尽管 Lausch 等人。Bonafe 等人（2009）诊断男孩的病情为干骺端发育不良（2014）表示，他可以回顾性诊断为 Spahr 型干骺端发育不良（MDST; 250400）。

.0005 干骺端发育不良，SPAHR 型
MMP13，TRP207GLY

瑞士家庭的 2 名受影响成员患有 Spahr 型干骺端发育不良（MDST; 250400），最初由 Spahr 和 Spahr-Hartmann（1961）、Bonafe 等人描述（2014）鉴定了 MMP13 基因中 c.619T-G 颠换的纯合性，导致催化结构域核心中高度保守的残基处发生 trp207-to-gly（W207G）取代。该突变以杂合性形式存在于家族中所有专性携带者中，但在 100 个本地对照中未发现；然而，在外显子组变异服务器数据库中约 13,000 个未选择的等位基因中，有 2 个检测到了该基因，其等位基因频率约为 0.00015，作者表示，该等位基因属于非常罕见的隐性等位基因范围。

.0006 干骺端发育不良，SPAHR 型
MMP13，ARG109TER（rs369083541）

在 2 名身材矮小、骨骺和干骺端混合发育不良的阿尔巴尼亚兄弟中（MDST; 250400），Li 等人（2015）鉴定了 MMP13 基因外显子 2 中 c.325C-T 转变的纯合性，导致 arg109 到 ter（R109X）取代，预计会产生明显截短的无功能蛋白质。该突变以杂合性的形式存在于未受影响的父母中；SNP 分析表明，该突变发生在一个共同的创始人中，并且 2 个突变等位基因在血统上是相同的。该变异在 ESP6500SI 数据集中检测到，次要等位基因频率为 0.000077，并在 dbSNP（build 138）（rs369083541）中报告，没有任何临床意义；然而，在 1000 个基因组计划或 COSMIC v.67 数据库或作者的 1,200 个全外显子组测序样本中没有发现它。