EGL9 家族缺氧诱导因子 1； EGLN1

EGL9，线虫，同源物，1
含脯氨酰羟化酶结构域的蛋白 2； PHD2
缺氧诱导因子脯氨酰 4-羟化酶 2； HPH2； HIFPH2； HIFP4H2
HIF 脯氨酰 4-羟化酶 2
1 号染色体开放解读码组 12； C1ORF12
SM20，RAT，同系物； SM20
锌指 MYND 结构域蛋白 6； ZMYND6

HGNC 批准的基因符号：EGLN1

细胞遗传学位置：1q42.2 基因组坐标（GRCh38）：1:231,363,756-231,422,287（来自 NCBI）

▼ 说明

EGLN1 基因编码含有脯氨酰羟化酶结构域的蛋白 2（PHD2），该蛋白可催化缺氧诱导转录因子的翻译后修饰，而缺氧诱导转录因子在哺乳动物的氧稳态中发挥着核心作用。脯氨酰羟基化是一个关键的调控事件，它通过 von Hippel-Lindau（VHL; 608537） 泛素化复合物靶向 HIF（参见 HIF1A, 603348）亚基进行蛋白酶体破坏（Epstein 等人总结，2001）。

▼ 克隆与表达

爱泼斯坦等人（2001） 定义了秀丽隐杆线虫中保守的 HIF-VHL-脯氨酰羟化酶途径，并将 Egl9 鉴定为通过脯氨酰羟化调节 HIF 的双加氧酶。在哺乳动物细胞中，他们发现 HIF-脯氨酰羟化酶由 3 种蛋白质代表，在催化位点具有保守的 2-组氨酸-1-羧酸铁配位基序。作者克隆了编码这些蛋白质的基因，并将其命名为 PHD1（606424）、PHD2 和 PHD3（606426）。通过分级缺氧、铁螯合和钴离子直接调节重组酶活性反映了体内 HIF 诱导的特征，满足了这些酶作为调节 HIF 的氧传感器的要求。

通过限制酶筛选 YAC 克隆，该克隆跨越与主要精神病相关的 1q42.1 易位断点，以获取富含 CpG 岛的序列，Dupuy 等人（2000） 鉴定了编码 EGLN1 的 cDNA，他们将其命名为 C1ORF12。预测的 426 个氨基酸的 EGLN1 蛋白与大鼠 SM20 蛋白有 87% 的相同性，并包含 2 个核定位信号。

Bruick 和 McKnight（2001） 孤立鉴定了 HIF 脯氨酰羟化酶的保守家族，他们分别将其称为 HPH1、2 和 3，这些酶似乎负责 HIF 的翻译后修饰，使其泛素化。

Taylor（2001） 报道，除了保守的 EGLN 结构域外，人类 EGLN1 还包含 N 末端 MYND 型锌指基序。系统发育分析和结构域组织表明，EGLN1 代表后生动物中 EGLN 基因家族的祖先形式。小鼠和人类 EGLN1 具有 84% 的氨基酸一致性。

Oehme 等人通过对 17 种人体组织进行定量 RT-PCR（2002）发现EGLN1在脂肪组织中表达较高，在心脏中表达中等，在脑、小肠、肾脏、胸腺、睾丸、肾上腺、胰腺和子宫中表达较低。在其他组织中未检测到表达。

Hirsila 等人孤立地（2003） 通过人结肠、主动脉和肺 cDNA 的 PCR 克隆了 HIFP4H1、HIFP4H2 和 HIFP4H3。他们鉴定出缺少外显子 3 或 4 的 HIFP4H2 剪接变体。由于关键催化残基的丢失，外显子 3 的跳过预计会导致蛋白质失活。外显子 4 的跳过会改变 C 末端尾部，但不会改变催化位点。 PCR分析显示HIFP4H2在所有检查的组织中表达，其中在成人心脏、大脑、肺和肝脏以及胎儿大脑、心脏、脾脏和骨骼肌中表达最高。在所有检查的组织中，剪接变体的表达均弱于全长 HIFP4H2。

▼ 基因结构

Taylor（2001）指出EGLN1基因包含5个外显子。

希尔西拉等人（2003）确定EGLN1基因包含4个编码外显子。

▼ 测绘

Dupuy 等人使用 YAC 和基因组序列分析以及 FISH（2000） 将 EGLN1 基因定位到染色体 1q42-q43，着丝粒到与严重精神病相关的断点。

▼ 基因功能

在培养的哺乳动物细胞中，Bruick 和 McKnight（2001） 发现，常氧条件下 HIF1A 亚基强制表达引起的 HIF 不适当积累可通过 HPH 的共表达而减弱。在常氧条件下，通过 RNA 干扰抑制培养的果蝇细胞中的 HPH 导致缺氧诱导基因 LDH（参见 150000）的表达升高。 Bruick 和 McKnight（2001） 得出结论，HPH 是细胞感知氧气途径的重要组成部分。

Hirsila 等人使用昆虫细胞中表达的重组蛋白（2003）发现HIFP4H1、HIFP4H2和HIFP4H3在体外表现出与HIF1-α的C端脯氨酰羟基化位点相对应的19个残基肽的2-酮戊二酸依赖性羟基化。缺乏外显子 4 的 HIFP4H2 变体编码的蛋白质在该测定中没有活性。所有 3 种全长酶对对应于 HIF1-α 中 N 端更多推定脯氨酰羟基化位点的肽均表现出较低活性或无活性。所有 3 种酶羟基化肽均根据人 HIF2-α（EPAS1; 603349）、HIF3-α（HIF3A; 609976） 和秀丽隐杆线虫 HIF-α 的推定脯氨酰羟基化位点设计。由短 HIFP4H3 剪接变体编码的异构体是无活性的。

奥泽尔等人（2005） 发现 ING4（608524） 在缺氧条件下抑制 HIF 靶基因的表达。 ING4 直接与 HIF 稳定性调节因子 HPH2 相互作用，为 ING4 募集到 HIF 提供了机制。 ING4 与 HPH2 的关联不会影响羟化酶活性或 HIF 稳定性，但它以染色质依赖性方式抑制 HIF 活性。奥泽尔等人（2005） 假设 ING4 在缺氧条件下被 HPH2 招募到 HIF，充当接头蛋白来招募转录抑制因子来介导 HIF 活性。

Minamishima 和 Kaelin（2010） 表明，肝脏中所有​​ 3 个 PHD（PHD1，606424；PHD2；和 PHD3，606426）的丢失会显着增加 EPO（133170）和血细胞比容值，其浓度大大超过肾脏 PHD2 失活后所达到的浓度。 Minamishima 和 Kaelin（2010） 发现 PHD2 失活足以诱导接近最大肾脏 EPO 产生，而所有 3 个 PHD 失活则需要重新激活肝脏 EPO 产生。

郭等人（2016） 发现 AKT（164730） 被氧依赖性羟化酶 EGLN1 脯氨酰羟基化，并且 von Hippel-Lindau 蛋白（VHL; 608537） 直接与羟基化 AKT 结合并抑制 AKT 活性。 EGLN1 在 pro125 和 pro313 残基处羟基化 AKT，以触发 AKT 与 VHL 相互作用。在缺乏氧气或功能性 VHL 的细胞中，AKT 被激活以促进细胞存活和肿瘤发生。郭等人（2016） 还发现了与癌症相关的 AKT 突变，这些突变会损害 AKT 羟基化和随后被 VHL 识别，从而导致 AKT 过度激活。郭等人（2016） 得出的结论是，他们的结果表明，缺氧等微环境变化可以通过改变 AKT 激活来影响肿瘤行为，而 AKT 激活在肿瘤生长和治疗抵抗中发挥着关键作用。

▼ 分子遗传学

家族性红细胞增多症3

Percy 等人在患有家族性红细胞增多症 3（ECYT3; 609820） 的父亲、儿子和女儿中（2006） 发现了 EGLN1 基因的杂合突变（606425.0001）。突变蛋白对 HIF1-α 和 HIF2-α 的羟化酶活性显着降低（603349）。这些发现证明 EGLN1 在调节人类 EPO 生成细胞的 HIF 水平方面发挥着关键作用。

珀西等人（2007） 在一名患有中度红细胞增多症且 EPO 水平异常正常的患者中发现了 EGLN1 基因（606425.0002） 中的第二个杂合突变。

高海拔适应血红蛋白

洛伦佐等人（2014） 鉴定了 EGLN1 基因外显子 1 顺式的 2 个错义变异（D4E 和 C127S；606425.0004），这些变异与藏族个体的高海拔适应血红蛋白（HALAH；609070）相关。该变异起源于大约 8000 年前的同一单倍型，在藏族个体中出现的频率超过 85%。体外功能研究表明，与野生型 EGLN1 相比，D4E/C127S 蛋白在较低氧张力下更有效地羟基化 HIF-α（参见，例如 EPAS1，603349）亚基，从而导致 HIF 降解增加。该变异蛋白消除了缺氧引起的红细胞生成增强，为观察到的藏族人在高海拔地区免受红细胞增多症的保护提供了分子机制。研究结果与功能获得效应一致。

宋等人（2014）表明，与野生型PHD2相比，西藏单倍型D4E/C127S PHD2蛋白抑制缺氧反应元件活性的能力减弱。作者指出，D4E 和 C127S 均位于 PHD2 的 MYND 型锌指结构域内。这些取代并不影响 PHD2 羟基化 HIF1-α 的催化活性。相反，D4E 和 C127S 的组合（但不是单独的取代）消除了 PHD2 与 p23（PTGES3；607061） 的相互作用，从而损害了 PHD2 羟基化 HIF-α 的能力，导致 HIF-α 激活。作者得出结论，D4E/C127S 是一种功能丧失（亚形）等位基因，可导致 HIF 激活增强，从而促进对高海拔的适应。

▼ 动物模型

马佐内等人（2009） 发现 Phd2 -/- 小鼠在妊娠中期死亡，而 Phd2 +/- 小鼠健康并显示正常的血管生成。肿瘤中形成的血管经常出现异常且功能低下。注射多种癌细胞系的野生型小鼠体内出现血管生成异常的肿瘤；然而，Phd2 +/- 小鼠体内生长的肿瘤看起来正常，并且氧合作用有所改善。 Phd2单倍体不足也限制了肿瘤转移。

武田等人（2011） 发现单倍体缺陷的 Phd2 小鼠表现出预先形成的侧支动脉，可以保留肢体灌注并防止缺血时的组织坏死。 Phd2 杂合子小鼠动脉生成的改善是由于组织驻留的 M2 样巨噬细胞的扩张及其动脉生成因子释放的增加，导致平滑肌细胞的募集和生长增强。巨噬细胞中一个 Phd2 等位基因的慢性和急性缺失都足以使其极化偏向促动脉生成表型。从机制上讲，侧支血管预处理依赖于 Phd2 杂合巨噬细胞中经典 NF-kappa-B（参见 164011）通路的激活。

使用诱导基因沉默，Yamamoto 等人（2019） 表明，敲除小鼠中的 Phd2 会导致体重减轻、脱发和剩余毛发油腻。基因敲除小鼠还表现出贫血、淋巴结病、脾肿大和淋巴室扩张。组织学研究显示各种组织中有显着的免疫浸润、炎症和损伤。在 Phd2 敲除小鼠中观察到的免疫效应至少部分依赖于 Hif2a，因为 Hif2a 表达的减少逆转了表型。关闭沉默诱导后，Phd2 的重新表达也逆转了敲低小鼠的表型。 Phd2 敲低表型是可转移的并且免疫细胞是自主的，因为从敲除小鼠移植骨髓足以在受体小鼠中诱导免疫表型。 Phd2 敲除小鼠中 T 细胞亚群的绝对数量增加，调节性 T 细胞（Treg） 数量增多，无法抑制 T 效应子功能，导致皮肤同种异体移植排斥和生存受损，表明存在自身免疫性疾病。

▼ 等位基因变异体（4 个选定示例）：

.0001 家族性红细胞增多症，3
EGLN1、PRO317ARG

Percy 等人在患有家族性红细胞增多症 3（609820） 的父亲、儿子和女儿中（2006） 鉴定了 EGLN1 基因中的杂合 950C-G 颠换，导致该蛋白质的高度保守区域发生 pro317 到 arg（P317R） 的取代。体外功能表达研究表明，突变蛋白的酶活性明显降低。 200 个对照样本中未发现该突变。儿子和女儿的促红细胞生成素（133170） 水平异常正常，表明 EPO 轴失调。

.0002 家族性红细胞增多症，3
EGLN1、ARG371HIS

Percy 等人在患有红细胞增多症 3（609820） 的患者中（2007） 鉴定了 EGLN1 基因中的杂合 1112G-A 转变，导致 arg371 到 his（R371H） 取代，距铁螯合残基 3 个残基。体外功能表达研究表明，与野生型 EGLN1 相比，突变蛋白与 HIF2A（603349） 和 HIF1A（603348） 的结合减少，脯氨酰羟化酶活性降低。患者有中度红细胞增多症，EPO 水平不正常。

.0003 家族性红细胞增多症，3
EGLN1、HIS374ARG

Ladroue 等人在患有红细胞增多症 3（609820） 的男性中（2008） 在 EGLN1 基因中发现了一个杂合的 1121A-G 转换，导致高度保守的残基发生 his374 到 arg（H374R） 的取代，这对 Fe（2+） 的结合很重要。体外功能表达研究表明，H374R 突变蛋白无法抑制 HIF-α 亚基（参见，例如 HIF1A；603348），表明活性受损。该患者还患有与高血压相关的复发性主动脉旁副神经节瘤。肿瘤组织检查显示野生型 EGLN1 等位基因存在 H374R 突变和杂合性丧失。研究结果表明，EGLN1 也可能充当肿瘤抑制基因。拉德鲁等人（2008） 指出，遗传性副神经节瘤综合征（参见，例如，PGL1；168000）可能是由编码琥珀酸脱氢酶的基因突变引起的（参见，例如，SDHD；602690），这会导致琥珀酸的积累，并通过过度表达抑制 PHD 功能HIF 的。作者提出，EGLN1/HIF 通路的改变可能有助于副神经节瘤的生长。

.0004 血红蛋白，高海拔适应
EGLN1、ASP4GLU 和 CYS127SER（rs186996510 和 rs12097901）

洛伦佐等人（2014） 鉴定了 EGLN1 基因外显子 1 中顺式的 2 个错义变异，这些变异与藏族个体中的高海拔适应血红蛋白（HALAH; 609070） 相关：c.12C-G 颠换，导致 asp4-to-glu（ D4E） 取代和 c.380G-C 颠换，导致 cys127 到 Ser（C127S） 取代。 c.380G-C 变异在所有 26 个藏族个体（21 个纯合子和 5 个杂合子）中被发现，并出现在 20% 的非藏族对照个体中，与千人基因组计划数据库中的次要等位基因频率相似。 c.12C-G 变体在 85% 的藏族人中发现（20 名纯合子、2 名杂合子和 4 名野生型），但在 242 名非藏族人中只发现了 0.8%。在 91 名藏族个体（包括 26 名原始藏族人）的扩大队列中，c.12C-G 变异的频率为 88%。 c.12C-G 等位基因总是在具有 c.380G-C 等位基因的单倍型上观察到，只有 1 个例外。进一步分析表明，c.12C-G 变体已有 8,000 年历史，可能出现在包含 c.380G-C 等位基因的染色体上，并且受到正选择的影响。体外功能研究表明，与野生型 EGLN1 相比，D4E/C127S 蛋白在较低氧张力下羟基化 HIF-α 亚基的效率更高。与野生型相比，表达 D4E/C127S 蛋白的肝癌细胞在缺氧条件下降低了 HIF2-α（EPAS1；603349）蛋白水平。与对照组相比，来自 2 名该变异纯合藏人的红系祖细胞对 EPO 过敏，但与对照组相比，它们在缺氧条件下表现出生长非常差和红细胞生成反应受损。尽管 D4E 和 C127S 都不位于催化结构域中，但变异蛋白在缺氧条件下增强了催化活性，这与功能获得一致。洛伦佐等人（2014）得出的结论是，EGLN1 变体 D4E/C127S 复合蛋白通过消除缺氧引起的红细胞生成增强来保护藏族人在高海拔地区免于发生红细胞增多症。

宋等人（2014）表明，与野生型PHD2相比，西藏单倍型D4E/C127S PHD2蛋白抑制缺氧反应元件活性的能力减弱。作者指出，D4E 和 C127S 均位于 PHD2 的 MYND 型锌指结构域内。这些取代并不影响 PHD2 羟基化 HIF1-α 的催化活性。相反，D4E 和 C127S 的组合（但不是单独的取代）消除了 PHD2 与 p23 的相互作用，从而损害了 PHD2 羟基化 HIF-α 的能力，导致 HIF-α 激活。作者得出结论，D4E/C127S 是一种功能丧失（亚形）等位基因，可导致 HIF 激活增强，从而促进对高海拔的适应。