磷酸三糖异构酶缺乏症引起的溶血性贫血

TPI1基因编码磷酸三糖异构酶（TPI; EC 5.3.1.1），这是一种同二聚酶，在糖酵解和糖异生过程中催化二羟丙酮磷酸酯（DHAP）和3-磷酸甘油醛的相互转化（Chang等，1993）。

细胞遗传学位置：12p13.31
基因座标（GRCh38）：12：6,866,833-6,870,947

▼ 克隆和表达
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磷酸甘油糖异构酶的电泳变异体由高尔顿实验室小组鉴定（霍普金森和哈里斯，1971年）。

布朗等（1985）从重组DNA文库分离了人TPI的功能基因和3个无内含子假基因。假基因与功能基因具有高度的同源性，但是含有阻止合成活性TPI酶的突变。序列差异表明假基因的起源大约在1800万年前。布朗等（1985）得出结论，人TPI基因家族只有1个功能基因。

Yuan等（1979）基于结构分析得出结论，TPI-A和TPI-B同工酶是不同结构位点的产物。Decker和Mohrenweiser（1981）提出的证据表明，磷酸三糖异构酶同工酶是单个结构基因座的表达（有人建议存在两个可能由第12号染色体编码的TPI基因座来解释观察到的同工酶模式。）他们鉴定了一种罕见的电泳变异体，发现该变异表型在两个红细胞的TPI-B同工酶中都有表达。和循环淋巴细胞，并在有丝分裂原刺激的淋巴母细胞的TPI-A同工酶中表达。

▼ 基因功能
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TPI是具有相同亚基的二聚体酶，其特征在于在所有组织中的高组成型活性。它参与糖酵解和糖异生，催化DHAP和3-磷酸甘油醛的相互转化。TPI是已知的最有效的酶之一，可将质子转移提高10（10）倍，并且是糖酵解中最小的限速步骤（Watanabe等，1996）。

▼ 基因结构
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布朗等（1985）发现功能性TPI1基因跨度3.5 kb并且包含7个外显子。

▼ 测绘
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根据对3名12号染色体不同缺失患者的研究，Rethore等人（1976年，1977年）的结论是，GAPD基因座（138400）是12p的远端部分，12p12.2和12pter之间，并且所述LDHB基因座（150100）是12p12.1和12p12.2之间的中间三分之一。TPI的结果类似于GAPD的结果，表明相同的远端定位。

Law和Kao（1978）总结了数据，表明12号染色体上的顺序为12pter-TPI-GAPD-SHMT（SHMT2; 138450）。SHMT位于着丝粒和PEPB之间的12q的近端（169900）。

布朗等（1985）证实功能性TPI基因在第12号染色体上，而假基因在其他染色体上。

Asakawa和Iida（1985）也发现了对单个TPI基因座的支持。GPI（172400）和PEPD（613230）位于人的第19号染色体上，位于中国仓鼠的9号染色体上，TPI位于人的第12号染色体上，位于中国仓鼠的8号染色体上（Siciliano等， 1983）。

▼ 分子遗传学
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Eber等（1979）确定了一个TPI无效等位基因杂合的5个人。

Maquat等（1985年）得出结论，TPI缺乏症的遗传基础（TPID；615512）是异质的：一种纯合子中TPI mRNA的正常水平，另一种纯合子中约40％的水平。罕见的纯合缺陷型患者通常具有正常酶活性的3％至10％。

Daar等（1986）和Pekrun等（1995年）确定了三磷酸磷酸异构酶缺乏症患者TPI1基因中glu104-to-asp（E104D; 190450.0001）突变的纯合性。Arya等（1997）发现E104D突变占北欧起源的7个不相关的TPI缺乏家族的14个突变等位基因中的11个（79％）。单倍型分析支持创始人效应。

通过研究Boyer等（1989）和博耶（Boyer）和马夸特（Maquat）（1990）在5-prime区域鉴定了一些序列，这些序列似乎是维持正常基因表达水平所必需的。这些包括跨越核苷酸-6和-12的CAP近端元件（CPE）。渡边等人确定了-5A-G和-8G-A取代（1996年）位于CPE区域内。观察到所有7个受影响的个体共享相同的CPE等位基因变异，这种等位基因在一般的非裔美国人人群中不以较高的频率出现，这向作者暗示了这种TPI缺陷等位基因的共同起源。如何将等位基因频率维持在如此高的水平尚不清楚。

渡边等（1996）对频率研究中确定的7个非裔美国人和3个不相关的白人个体的变异等位基因进行了分子表征。在高加索人中，他们发现了3个氨基酸取代，全部位于不直接参与酶的活性位点但在进化过程中高度保守的残基，这表明这些残基在维持亚基结构和构象方面起着重要作用。先前已在由于TPI缺乏而导致的溶血性贫血中发现了一种氨基酸替代形式，即glu104-asp（1904500.0001）。7个非裔美国人个体中的变异等位基因在转录起始位点5个引物侧的-8和-5位置具有核苷酸变化。

在对424位非裔美国人和75位白人的研究中，施耐德等（1998）发现在非裔美国人受试者中，磷酸三糖磷酸异构酶基因中的-5（592A-G），-8（382G-A）和-24（573T-G）变体频繁发生（41％），而在白人中则没有发生。这些数据表明，这套多态性可能是非洲谱系中发生率较高的分子标记之一。尽管变体替换（发生在3个单倍型中：单独-5，-5 -8和-5 -8 -24）与酶活性的中等降低有关，但不能确定地鉴定出严重缺乏的杂合子，而且都没有单倍型仅限于酶活性明显降低的受试者。三名受试者是-5 -8单体型的纯合子，这一发现与该单体型的推定作用是纯合子中与生活不相容的无效变异的原因不一致，正如过去针对非裔美国人中TPI缺乏的纯合子的罕见性所建议的那样。尽管有这些发现，Schneider等（1998年）承认-5 -8或-5 -8 -24单体型在某些情况下可能导致复合杂合性和临床TPI缺乏的可能性。

在2个TPI缺乏的无关儿童中，Fermo等人（2010年）确定了TPI基因中的复合杂合突变。每个患者在一个等位基因上携带E104D突变，在另一个等位基因上携带一个不同的突变（190450.0007和190450.0008）。

▼ 动物模型
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Gnerer等（2006）发现果蝇的隐性亚型突变，被他们称为“浪费”（wstd），导致进行性运动障碍，液泡神经病理，并严重缩短了寿命。他们发现wstd是由Tpi1基因突变引起的。该突变并未导致ATP的显着不足，并且作者提出，TPI1活性的缺乏可能会导致有毒代谢产物在酶阻滞上游的积累。

▼ 历史
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TPI是Stoltzfus等人使用的4种代表性“古老”蛋白质中的1种（1994）测试基因的外显子理论。剪接内含子存在于大多数真核生物的核蛋白编码基因中，但尚未在几种真核原生生物门或真细菌，古细菌和细胞器中检测到。在关于这些内含子起源的持续辩论中出现了两种主要理论。基因的外显子理论（有时称为内含子-早期观点）提出外显子是古代微型基因的后代，内含子是它们之间空间的后代。首先从外显子集合中组装出足以编码现代蛋白质的基因。剪接的机制起源于一个古老的RNA世界；内含子完全从细菌界和几个保护主义者群体中消失了。相反，内含子起源的插入理论（也称为内含子-后视图）认为，分裂基因是通过插入内含子从不间断的基因中产生的。在没有内含子参与的情况下，首先出现了足以编码当代蛋白质的足够大的基因（可能来自较小的基因）；剪接体剪接的机制是由片段化的自剪接内含子引起的；而剪接体内含子从未出现在现在缺少它们的那些生物的祖先中。进行的分析 而剪接体内含子从未出现在现在缺少它们的那些生物的祖先中。进行的分析 而剪接体内含子从未出现在现在缺少它们的那些生物的祖先中。进行的分析Stoltzfus等（1994）在TPI上，球蛋白，丙酮酸激酶和酒精脱氢酶证明外显子与蛋白质结构单位之间无显着对应关系，这表明推定的对应关系不存在，基因的外显子理论是站不住脚的。

Kwiatowski等人也以TPI为模型研究了先出现的鸡和蛋的问题-外显子还是内含子（1995）和Logsdon等（1995）。每组研究了许多系统发育多样性物种的同源TPI基因中内含子的位置。两组均得出结论，内含子是通过插入预先存在的基因而在真核生物进化中相对较新地获得的。

从对cri-du-chat综合征的研究（123450）中，Sparkes等人（1969）提出TPI基因座在5号染色体的短臂上。其他人未能证实这一点（Brock and Singer，1970），后来又证实该基因座在12号染色体上（Brown et al。，1985）。

▼ 等位基因变异体（8个示例）：
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.0001三磷酸盐磷酸异构酶缺乏症
TPI1，GLU104ASP
Daar等在2名无关的TPI缺乏症患者中（TPID; 615512）（1986）确定TPI1基因的纯合G到C转换，导致在高度保守的残基上由glu104到asp（E104D）取代。E104D取代产生不耐热的酶。Chang等人鉴定出相同的纯合突变（1993）在2个澳大利亚家庭的患病成员中。

Pekrun等（1995年）发现了一个2岁女孩的纯合E104D突变，该女孩由近亲土耳其父母出生，患有严重的TPI缺乏症。红细胞中的TPI活性降低至正常水平的20％。酶的热稳定性大大降低；由于代谢受阻，生理底物DHAP的浓度增加了20倍。

Arya等（1997年）发现在7个临床TPI缺乏的北欧不相关亲戚中，E104D突变占14个突变等位基因中的11个（79％）。在3个家族中，分子分析显示常见E104D突变和新的错义突变（190450.0004和190450.0005）具有复合杂合性。单倍型分析表明有创始人效应。

Rodriguez-Almazan等（2008）确定E104D突变导致TPI二聚体不稳定并且导致酶解离成非活性单体。取代不会改变催化残基，但会破坏跨越二聚体界面的保守水网络，这对于保持TPI二聚体稳定性至关重要。

.0002三磷酸盐磷酸酯异构酶曼彻斯特
TPI1，GLY122ARG
在对密歇根州安阿伯市的3,400多人进行的筛查中，Perry和Mohrenweiser（1992）仅发现了1种TPI电致变体实例。聚合酶链反应（PCR）扩增的DNA产物的变性梯度凝胶电泳和随后的直接测序确定了G到A的过渡，导致TPI的gly122到arg（G122R）电泳迁移率变异体，称为TPI-曼彻斯特。取代是在α/β-桶结构的第五个β-折叠的氨基末端或溶剂相互作用末端。TPI-曼彻斯特被发现是不耐热的，但变异酶的稳定性对其他变性剂不敏感。

.0003三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症
TPI1，PHE240LEU
在2个患有磷酸甘油三酯异构酶缺乏症（TPID; 615512）的匈牙利兄弟中，Chang等人（1993年）确定了TPI1基因中的复合杂合突变：从T到C的过渡，导致在高度保守的残基处phe240到leu（F240L）取代，并编码不耐热蛋白质，以及一个未鉴定的变体，导致将TPI mRNA降低10到20倍。F249L变体已被称为TPI-匈牙利。第二个变体后来被鉴定为E145X（190450.0006）（Orosz et al。，2001）。Chang等（1993）认为F240L取代通过破坏亚基间接触或底物结合而影响了酶的活性。这个家庭具有临床意义，因为这名23岁的先证者仅患有慢性溶血性贫血，而没有神经肌肉残疾，而他的15岁的哥哥既有溶血性贫血又有神经肌肉症状。

Hollan等报道了同一个匈牙利家庭（1993年），他给出了患有严重TPI缺乏症的先天性溶血性贫血和运动过度性扭转运动障碍的弟弟以及他的兄弟，一名业余摔跤手的临床细节，他也患有先天性溶血性贫血但没有神经系统症状（Hollan等（1993）两者都具有少于10％的TPI活性，并且其红细胞中的磷酸二羟丙酮磷酸酯（DHAP）水平大大提高。他们的TPI电泳迁移率慢，并且热不稳定。父母和第三兄弟都是健康的杂合子。哥哥代表了独特的表型，因为所有发表的纯合子均从婴儿期或幼儿期开始就出现了严重的神经系统改变，除了1名婴儿在11个月时死亡，可能还太年轻而无法注意到神经系统症状。此外，与2个受影响的匈牙利兄弟相反，除1个纯合子以外，其他所有兄弟均在6岁之前死亡。

Orosz等（2001）比较了正常和不足的红细胞溶血物中重组人野生型和F240L突变酶与TPI的动力学，热力学和缔合特性。相对于野生型，重组突变酶的比活性比从溶血产物中测得的活性（3％）要高得多（30％）。来自英国患者的glu104-to-asp（E104D; 190450.0001）纯合性（Ationu et al。，1999）和匈牙利家庭的血小板裂解物的溶血产物的比较研究表明，TPI的微隔室并不是来自匈牙利TPI缺陷兄弟。

.0004三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症
TPI1，CYS41TYR
在2个磷酸三糖异构酶缺乏症（TPID; 615512）的家庭中，Arya等人（1997）发现由于TGT到TAT的转变，常见的glu104到asp突变（E104D; 190450.0001）和以前未知的错义突变cys41到tyr（C41Y）具有复合杂合性。

.0005三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症
TPI1，ILE170VAL
在一个有磷酸三糖异构酶缺乏症（TPID；615512）的家庭中，Arya等人（1997年）发现，受影响的个体对于常见的glu104-to-asp取代（E104D；1904500.0001）和新的ile170-to-val（I170V）错义突变表现出复合杂合性。

.0006三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症
TPI1，GLU145TER
为了讨论TPI1基因中的glu145-to-ter（E145X）突变，Orosz等人在三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症（TPID; 615512）的患者中发现了复合杂合状态（2001），参见190450.0003。

.0007三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症
TPI1，PHE240SER
Fermo等人在一名患有磷酸甘油三酯异构酶缺乏症（TPID; 615512）的意大利女孩中（2010年）确定了TPI1基因中的复合杂合突变：c.722T-C过渡，导致在高度保守的残基处phe240到ser（F240S）取代，以及常见的E104D突变（190450.0001）。每个未受影响的亲本均是其中一种突变的杂合子。患者组织显示，TPI1活性是正常水平的23％，DHAP水平是正常水平的75倍。F240S变体的功能研究尚未进行，但Fermo等人（2010）指出，已经报道了在相同密码子上的不同突变（F240L；1904500.0003）。

.0008三磷酸磷酸酯酶异构酶缺乏症
TPI1，1-BP INS，28G
Fermo等人在患有磷酸甘油三酯异构酶缺乏症（TPID; 615512）的男婴中（2010年）确定了TPI1基因中的复合杂合突变：插入1 bp（c.28_29insG），导致第71位残基发生移码和终止密码子，以及常见的E104D突变（1904500.0001）。该患者患有严重的疾病，并在10周龄时死亡。在未受影响的父母中，TPI活性处于杂合范围。