色氨酰-tRNA 合成酶 2; WARS2

色氨酸-tRNA 合成酶、线粒体
线粒体 TRPRS

HGNC 批准的基因符号：WARS2

细胞遗传学位置：1p12 基因组坐标（GRCh38）：1:119,031,216-119,140,672（来自 NCBI）

▼ 说明

色氨酰-tRNA 合成酶是催化 tRNA（trp）与色氨酸氨酰化的必需酶。色氨酰-tRNA 合成酶有两种形式，一种是细胞质形式，称为 WARS（191050），另一种是线粒体形式，称为 WARS2（Martinez-Dominguez 等人，1998）。

▼ 克隆与表达

通过 EST 数据库的同源性搜索，Martinez-Dominguez 等人（1998）确定了一个 WARS2 EST。推导的 WARS2 蛋白含有线粒体输入的信号肽。 WARS2 与细菌色氨酸-tRNA 合成酶高度同源。

Bonnefond 等人通过搜索含有线粒体靶向序列的氨酰基-tRNA 合成酶数据库，（2005）鉴定了 WARS2，他们将其称为线粒体 TRPRS。推导的 360 个氨基酸蛋白具有 N 端线粒体靶向信号，该信号在残基 18 之后被切割。WARS2 具有 I 类氨酰基-tRNA 合成酶的特征，包括经典的罗斯曼折叠。

穆桑特等人（2017）发现 WARS2 基因在多个大脑区域表达。

▼ 基因结构

博内丰德等人（2005）确定WARS2基因包含6个外显子，跨度为109 kb。

▼ 测绘

通过对辐射混合测绘面板的分析，Martinez-Dominguez 等人（1998）将 WARS2 基因定位到染色体 1p13.3-p13.1，位于标记 D1S453 和 D1S514 之间。

Stumpf（2022）根据 WARS2 序列（GenBank AK313740）与基因组序列（GRCh38）的比对，将 WARS2 基因对应到染色体 1p12。

▼ 分子遗传学

线粒体神经发育障碍伴运动异常和乳酸性酸中毒伴或不伴癫痫发作

Musante 等人发现，伊朗近亲父母（家庭 2）的 2 名姐妹患有线粒体神经发育障碍，伴有运动异常和乳酸性酸中毒，伴或不伴癫痫发作（NEMMLAS; 617710）（2017）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合突变（c.325delC, 604733.0001 和 W13G, 604733.0002）。这些突变是通过全基因组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。体外功能表达研究表明，W13G 突变导致 WARS2 突变蛋白在线粒体中的定位受损。穆桑特等人（2017）表明 W13G 变体可能是一种低态多态性，仅当与功能丧失等位基因配对时才变得显着。值得注意的是，与过度表达突变蛋白的细胞相比，野生型 WARS2 的过度表达导致 SDHA（600857）减少； SDHA 是线粒体呼吸链的一部分。

Theisen 等人在一名患有 NEMMLAS 的 24 岁男性中（2017）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合突变（K313M, 604733.0003 和 c.298_300delCTT, 604733.0004）。通过全外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。患者成纤维细胞线粒体内蛋白质的从头合成减少，导致呼吸链亚基的稳态水平显着降低，与对照组相比（约 30%），耗氧率降低。

Wortmann 等人在来自 5 个不相关家庭的 6 名患有 NEMMLAS 的患者中（2017）鉴定了WARS2基因中的纯合或复合杂合突变（参见，例如，604733.0003；604733.0005-604733.0007）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。有 6 个错义突变、1 个移码和 1 个插入/缺失。与对照组相比，来自几位不相关患者的细胞显示出 WARS2 蛋白水平降低或缺失。此外，来自 2 名同胞的细胞显示带电 mt-tRNA（Trp）明显减少，而总 mt-tRNA（Trp）水平似乎正常。这些发现表明，WARS2 的缺陷会导致 tRNA（Trp）的氨酰化不当，从而导致线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）蛋白质合成异常。然而，除 1 名严重受影响的个体和另外 2 名患者的一些组织中的轻微变化外，大多数患者细胞中的 OXPHOS 活性均正常。沃特曼等人（2017）假设 OXPHOS 缺陷在中枢神经系统中可能很明显，但此类组织无法用于研究。

两姐妹，出生于无关的瑞典父母，包括 NEMMLAS、Maffezzini 等人（2019）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合错义突变：K313M（604733.0003）和 V278G（604733.0010）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。两者均在 gnomAD 数据库中以较低频率被发现（K313M 为 1.5 x 10（-4），V278G 为 2.4 x 10（-4））。 wars2缺失酵母中相应突变的表达导致不同的生长缺陷和线粒体呼吸受损。患者成纤维细胞显示完全氨酰化 tRNA（Trp）减少，但线粒体呼吸没有减少。然而，重编程为神经上皮细胞的患者成纤维细胞证实了氨酰化缺陷，并显示线粒体基因表达缺陷、耗氧量减少以及复合物 I 和 IV 活性降低，表明线粒体功能受损。

帕金森病-肌张力障碍 3，儿童期发病

Burke 等人对一名患有儿童期帕金森病-肌张力障碍 3（PKDYS3; 619738）的 17 岁男孩进行了研究（2018）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合错义突变：W13G（604733.0002）和 S228W（604733.0008）。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。 W13G 存在于 ExAC 数据库中，等位基因频率为 0.0034，预计不会极其有害，而 S228W 不存在于 ExAC 中。患者骨骼肌活检显示轻度线粒体异常，尽管 OXPHOS 活性正常；作者推测线粒体功能障碍导致黑质纹状体变性。

Hubers 等人在一名患有 PKDYS3 的 31 岁男性中（2019）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合错义突变：W13G 和 G50D（604733.0009）。这些突变是通过基于三重体的外显子组测序发现的，与家族中的疾病分开。 W13G 在 gnomAD 数据库中以纯合状态被发现了 9 次，这与它是一个亚等位基因一致，并且只有在与更有害的等位基因结合时才会引起疾病。 gnomAD 中不存在 G50D。没有进行变异的功能研究和患者细胞的研究。

Skorvanek 等人在来自 4 个不相关家庭的 6 名患有 PKDYS3 的患者中（2022）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合突变。所有患者的 1 个等位基因均携带 W13G 变异。家族 1 的两个同胞在另一个等位基因（604733.0011）上删除了外显子 2。与对照组相比，来自这些患者的成纤维细胞显示全长 WARS2 蛋白水平降低。家族 2 的两个同胞在另一个等位基因上携带 leu100del（604733.0004）；未进行功能研究。来自家庭 3 的患者在另一个等位基因上携带 G50D（604733.0009）；未进行功能研究。来自家族 4 的患者携带 c.622G-T 颠换，导致另一个等位基因上的 glu208-to-ter（E208X; 604733.0012）替换；没有进行功能研究，但预计会导致提前终止。总体而言，研究结果表明，WARS2 基因中的双等位基因功能丧失或亚等位突变会导致线粒体功能障碍和疾病。

▼ 动物模型

马菲齐尼等人（2019）发现果蝇中 wars2 的纯合性缺失会导致幼虫或蛹死亡，并与耗氧量和呼吸链酶活性严重降低相关，这与线粒体功能障碍一致。

▼ 等位基因变异体（12 个精选示例）：

.0001 线粒体神经发育障碍，伴有运动异常和乳酸中毒，无癫痫发作
WARS2，1-BP DEL，325A

Musante 等人发现，伊朗近亲父母（家庭 2）的 2 名姐妹患有线粒体神经发育障碍，伴有运动异常和乳酸性酸中毒，但没有癫痫发作（NEMMLAS; 617710）（2017）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合突变：外显子 2 中的 1-bp 缺失（c.325delA, NM_201263.2），导致移码和提前终止（Ser109AlafsTer15），以及 c.37T-G 颠换外显子 1，导致 N 端线粒体信号肽中的 trp13-to-gly（W13G; 191050.0002）取代。这些突变是通过全基因组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。这些变体根据 dbSNP（版本 138）、外显子组变体服务器、1000 基因组计划和 ExAC 数据库以及几个内部控制数据库进行过滤。 c.325delA 突变预计会导致无义介导的 mRNA 衰减和功能完全丧失。 W13G 变体在 ExAC 数据库中发现频率较低（0.003383）。 COS-7 和 HEK293 细胞的体外功能表达研究表明，W13G 突变导致 WARS2 突变蛋白在线粒体中的定位受损。穆桑特等人（2017）表明 W13G 变体可能是一种低态多态性，仅当与功能丧失等位基因配对时才变得显着。

.0002 线粒体神经发育障碍，伴有运动异常和乳酸中毒，无癫痫发作
帕金森病-肌张力障碍 3，儿童期发病，包括
战争2，TRP13GLY

线粒体神经发育障碍，伴有异常运动和乳酸性酸中毒，但不伴有癫痫发作

讨论 WARS2 基因中的 c.37T-G 颠换（c.37T-G，NM_201263.2），导致 trp13-to-gly（W13G）取代，在 2 个姐妹中以复合杂合状态发现Musante 等人提出的线粒体神经发育障碍，伴有异常运动和乳酸性酸中毒，但无癫痫发作（NEMMLAS; 617710）（2017），参见 604733.0001。

儿童期帕金森病-肌张力障碍 3

Burke 等人对一名患有儿童期帕金森病-肌张力障碍 3（PKDYS3; 619738）的 17 岁男孩进行了研究（2018）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合错义突变：外显子 1 中的 W13G 取代影响线粒体定位信号，以及外显子 6 中的 c.683C-G 颠换，导致 ser228 到 trp（S228W; 604733.0008 ）色氨酸-tRNA 连接酶结构域的取代。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。 W13G 存在于 ExAC 数据库中，等位基因频率为 0.0034，预计不会极其有害，而 S228W 不存在于 ExAC 中。对患者细胞的蛋白质印迹分析显示，与对照组相比，WARS2 的稳态水平显着降低。患者骨骼肌活检显示轻度线粒体异常，尽管 OXPHOS 活性正常；作者推测线粒体功能障碍导致黑质纹状体变性。患者在大约 2 岁时出现左旋多巴反应性帕金森病；这种疾病是进行性的。

Hubers 等人在一名患有 PKDYS3 的 31 岁男性中（2019）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合错义突变：W13G 和 c.149G-A 转换，导致 gly50 到 asp（G50D; 604733.0009）取代。这些突变是通过基于三重体的外显子组测序发现的，与家族中的疾病分开。 W13G 在 gnomAD 数据库中以纯合状态被发现了 9 次，这与它是一个亚等位基因一致，并且只有在与更有害的等位基因结合时才会引起疾病。 gnomAD 中不存在 G50D。没有进行变异的功能研究和患者细胞的研究。患者在生命的最初几年出现了严重的多动性运动障碍；他还存在认知缺陷，可以进行基本的非语言交流。脑成像显示小脑萎缩。他没有癫痫发作，这可能是他能存活下来的原因。

.0003 神经发育障碍，线粒体，伴有运动异常和乳酸中毒，伴或不伴癫痫发作
战争2，LYS313MET

Theisen 等人对一名 24 岁男性患有线粒体神经发育障碍、运动异常、乳酸性酸中毒、癫痫发作（NEMMLAS; 617710）进行了研究（2017）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合突变：c.938A-T 颠换，导致保守残基处的 lys313-to-met（K313M）替换，以及 3 bp 框内删除（c.298_300delCTT ; 604733.0004），导致催化核心结构域中保守残基处的 leu100 缺失。通过全外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。 K313M 变体在 ExAC 数据库（121,412 个等位基因中的 18 个，0.0001483）和 gnomAD 数据库（282,690 个等位基因中的 74 个，2.62 x 10（-4））中发现频率较低。然而，未发现纯合状态。患者成纤维细胞线粒体内蛋白质的从头合成减少，导致呼吸链亚基的稳态水平显着降低，与对照组相比（约 30%），耗氧率降低。

2 个男孩，由无关的荷兰父母（F2 家庭）出生，与 NEMMLAS、Wortmann 等人一起（2017）鉴定了 WARS2 基因中的复合杂合突变：外显子 6 中的 c.938A-T 颠换，导致反密码子识别域中高度保守的残基处发生 lys313-to-met（K313M）取代，以及外显子 6（c.797delC; 604733.0005）中 1-bp 缺失，导致移码和提前终止（Pro266ArgfsTer10）。一名无亲属关系的患者（I6），出生于无亲属关系的加拿大父母（家庭 F5），无癫痫发作，其 K313M 为复合杂合子，且外显子 2 中存在 c.134G-T 颠换，导致 gly45 至 val（G45V；604733.0006）替换位于覆盖 tRNA 结合位点的小环内的保守残基处。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。它们根据 dbSNP（版本 137）和 gnomAD 数据库进行过滤。在gnomAD数据库中，K313M和c.797delC变体的发现频率较低（分别为0.0001407和4.07 x 10（-5）），而G45V变体未列出。对患者细胞的研究表明，K313M 突变蛋白对蛋白水解降解敏感。

两姐妹，出生于无关的瑞典父母，包括 NEMMLAS、Maffezzini 等人（2019）鉴定了 WERS2 基因中的复合杂合错义突变：K313M 和 c.833T-G 颠换，导致 val278 到 gly（V278G; 604733.0010）取代。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。两者均在 gnomAD 数据库中以较低频率被发现（K313M 为 1.5 x 10（-4），V278G 为 2.4 x 10（-4））。 wars2缺失酵母中相应突变的表达表现出不同的生长缺陷和线粒体呼吸受损。患者成纤维细胞显示完全氨酰化 tRNA（Trp）减少，但线粒体呼吸没有减少。然而，重编程为神经上皮细胞的患者成纤维细胞证实了氨酰化缺陷，并显示线粒体基因表达缺陷、耗氧量减少以及复合物 I 和 IV 活性降低，表明线粒体功能受损。

Ilinca 等人在一名患有 NEMMLAS 的 22 岁瑞典女性中进行了研究（2022）鉴定了 WARS2 基因中 K313M 和 V278G 突变的复合杂合性。她在新生儿期出现持续性癫痫和左旋多巴反应性帕金森病。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0004 神经发育障碍，线粒体，伴有运动异常和乳酸中毒，伴有癫痫发作
帕金森病-肌张力障碍 3，儿童期发病，包括
WARS2、3-BP DEL、298CTT

线粒体神经发育障碍伴有异常运动、乳酸酸中毒和癫痫发作

为了讨论 WARS2 基因中的 3 bp 框内删除（c.298_300delCTT），导致 leu100（Leu100del）删除，这种情况在运动异常的线粒体神经发育障碍患者中以复合杂合状态被发现，乳酸酸中毒和癫痫发作（NEMMLAS; 617710），作者：Theisen 等人（2017），参见 604733.0003。

儿童期帕金森病-肌张力障碍 3

Skorvanek 等人讨论了 WARS2 基因中的 leu100del 突变（c.298_300delCTT，NM_015836.3），该突变在 2 名患有儿童期帕金森病 - 肌张力障碍 - 3（PKDYS3；619738）的同胞中以复合杂合状态发现（2022），参见 604733.0002。

.0005 神经发育障碍，线粒体，伴有运动异常和乳酸中毒，伴有癫痫发作
WARS2、1-BP DEL、797C

用于讨论 WARS2 基因的外显子 6（c.797delC, NM_015836.3）中的 1-bp 缺失，导致移码和提前终止（Pro266ArgfsTer10），该现象在线粒体神经发育障碍患者的复合杂合状态中被发现伴有异常运动、乳酸性酸中毒和癫痫发作（NEMMLAS; 617710），作者：Wortmann 等人（2017），参见 604733.0003。

.0006 神经发育障碍，线粒体，伴有运动异常和乳酸中毒，伴有癫痫发作
战争2，GLY45VAL

讨论 WARS2 基因外显子 2 中的 c.134G-T 颠换（c.134G-T，NM_015836.3），导致 gly45-to-val（G45V）取代，该取代在复合杂合状态中发现一位患有线粒体神经发育障碍的患者，伴有运动异常、乳酸性酸中毒和癫痫发作（NEMMLAS; 617710），作者：Wortmann 等人（2017），参见 604733.0003。

.0007 神经发育障碍，线粒体，伴有运动异常和乳酸中毒，伴有癫痫发作
战争2，VAL178LEU

在一名患者（I5）中，出生于伊拉克近亲父母（家庭 4），患有神经发育障碍，伴有运动异常、乳酸性酸中毒和癫痫发作（NEMMLAS; 617710），Wortmann 等人（2017）在 WARS2 基因的外显子 5 中鉴定出纯合 c.532G-C 颠换（c.532G-C, NM_015836.3），导致保守残基处 val178 变为 leu（V178L）。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。它根据 dbSNP（版本 137）进行过滤；在 gnomAD 数据库中找不到它。

.0008 帕金森-肌张力障碍 3，儿童期发病
战争2，SER228TRP

讨论 WARS2 基因外显子 6 中的 c.683C-G 颠换（c.683C-G，NM_015836.3），导致 ser228-to-trp（S228W）取代，这是在复合杂合状态中发现的Burke 等人研究了一位患有儿童期帕金森病-肌张力障碍 3（PKDYS3; 619738）的患者（2018），参见 604733.0002。

.0009 帕金森-肌张力障碍 3，儿童期发病
战争2，GLY50ASP

用于讨论 WARS2 基因中的 c.149G-A 转变（c.149G-A，NM_201263.2），导致在儿童患者的复合杂合状态中发现的 gly50 到 asp（G50D）取代Hubers 等人的发作性帕金森病-肌张力障碍-3（PKDYS3; 619738）（2019），参见 604733.0002。

.0010 神经发育障碍，线粒体，伴有运动异常和乳酸中毒，伴或不伴癫痫发作
战争2，VAL278GLY

讨论WARS2基因中的c.833T-G颠换（c.833T-G，NM_015836.3），导致val278到gly（V278G）的取代，这种情况在患有线粒体神经发育障碍的2个姐妹中发现Maffezzini 等人的异常运动和乳酸性酸中毒伴或不伴癫痫发作（NEMMLAS; 617710）（2019），参见 604733.0003。

伊林卡等人（2022）在一名患有 NEMMLAS 的 22 岁瑞典女性中发现了 V278G 和 K313M（604733.0003）突变的复合杂合性。

.0011 帕金森-肌张力障碍 3，儿童期发病
战争2、EX2删除

讨论 WARS2 基因中的外显子 2 缺失，导致 86 个氨基酸缺失（Lys31_Gln116del），在患有儿童期帕金森病-肌张力障碍 3（PKDYS3; 619738）的 2 名同胞（家族 1）的复合杂合状态中发现了这种缺失）由斯科瓦内克等人（2022），参见 604733.0002。

.0012 帕金森-肌张力障碍 3，儿童期发病
战争2，GLU208TER

讨论WARS2基因中的c.622G-T颠换（c.622G-T，NM_015836.3），导致glu208-to-ter（E208X）取代，这是在患者的复合杂合状态中发现的（家庭 4）患有儿童期帕金森病-肌张力障碍-3（PKDYS3; 619738），作者：Skorvanek 等（2022），参见 604733.0002。