纽蛋白; VCL

含美达霉素

HGNC 批准的基因符号：VCL

细胞遗传学位置：10q22.2 基因组坐标（GRCh38）：10:73,998,116-74,121,363（来自 NCBI）

▼ 说明

纽蛋白是一种细胞骨架蛋白，与细胞-细胞和细胞-细胞外基质粘附型连接的细胞质面相关，它被认为是参与将 F-肌节蛋白锚定到膜上的几种相互作用蛋白之一（Weller 等人） .，1990）。

▼ 克隆与表达

韦勒等人（1990）确定了人类纽蛋白基因的完整序列。他们发现人类和鸡胚胎的纽蛋白序列均含有 1,066 个氨基酸，此外，这两种蛋白表现出高水平的序列同一性（大于 95%）。与短纽蛋白 cDNA 片段杂交的人类基因组 DNA 的 Southern 印迹表明存在单个纽蛋白基因。

科捷利安斯基等人（1992）确定metavinculin 是VCL 基因选择性剪接的结果，并含有一个额外的外显子。在不同物种中，推导的蛋白质与纽蛋白的不同之处在于，在分子的 C 端一半处额外插入了 68 至 79 个氨基酸。 Strasser 等人通过比较猪、人、鸡和青蛙的美维库林序列（1993）发现插入片段分为两部分：第一个变量和第二个高度保守的变量。最长的插入片段是在非洲爪蟾中发现的，有 79 个氨基酸。在大肠杆菌中过表达的纽蛋白和元纽蛋白的三种不同的C-末端构建体可以通过柱色谱法纯化。 Gimona 等人使用对完整分子及其蛋白水解亚片段进行氨基酸测序的方法，以及仅对猪胃中的美维库林具有特异性的多克隆抗体（1988）鉴定并测序了猪metavinculin 分子中的插入片段。通过与鸡成纤维细胞纽蛋白的完整序列比对，他们确定了插入物的确切位置。在猪美粘蛋白中，该插入片段位于分子的 90-kD 蛋白酶抗性 N 末端核心和 C 末端之间。它含有 68 个氨基酸，两侧是 KWSSK 序列，其中之一存在于纽蛋白中。该不同肽之外的映射的纽蛋白和元纽蛋白序列的身份与通过 mRNA 水平的选择性剪接产生的 2 个蛋白质一致。

▼ 基因结构

莫伊塞耶娃等人（1993）确定 VCL 基因包含 22 个外显子，跨度超过 75 kb。外显子 19 的选择性剪接产生心脏和平滑肌特异性的metavinculin 亚型，其中含有额外的 68 个氨基酸。

▼ 测绘

Weller 等人通过使用一组人类-啮齿动物体细胞杂交体（1990）将 VCL 基因定位到染色体 10q11.2-qter。通过对 3 代家庭的连锁研究，Mulligan 等人（1992）将 VCL 基因定位到染色体 10q22.1-q23，位于 D10S22 的远端。他们通过将纽蛋白 cDNA 与包含 10 号染色体部分的流式分选易位衍生染色体杂交，证实了这一分配。

▼ 生化特征

晶体结构

巴科利察等人（2004）描述了全长纽蛋白分子（1,066 个氨基酸）的晶体结构，其显示出 5 结构域自抑制构象，其中羧基末端尾部结构域被纽蛋白头保持为钳状，并且配体结合是空间和变构调节。巴科利察等人（2004）表明头部、尾部和富含脯氨酸的结构域的构象变化在结构和热力学上是相关的，并提出了一种组合激活途径，确保纽蛋白仅在细胞粘附位点被激活时，当其 2 个或多个结合伙伴处于并列状态。

del Rio 等人使用磁力镊子、全内反射荧光和原子力显微镜（2009）研究了力对 talin（186745）（一种将配体膜整合素连接到细胞骨架的蛋白质）和粘蛋白（一种通过 talin 结合激活的粘着斑蛋白，导致细胞骨架重组）之间相互作用的影响。施加生理相关力导致单个踝关节拉伸，从而暴露出纽蛋白的隐秘结合位点。因此，在踝蛋白-纽蛋白系统中，在踝蛋白-纽蛋白系统中隐藏的结合位点暴露后，分子力转导可以通过蛋白质结合发生。

▼ 基因功能

Turner 和 Burridge（1989）报道的实验表明纽蛋白是血小板中主要的踝蛋白结合蛋白。然而，此外，大约 150 kD 的丰度较低的蛋白质也与踝蛋白片段强烈相互作用。 Turner 和 Burridge（1989）证实，这种蛋白质是美维库林（metavinculin），这种蛋白质以前被认为仅限于心脏和平滑肌组织。

胡等人（2007）开发了相关荧光散斑显微镜来测量粘着斑蛋白与肌节蛋白丝的耦合（参见 102610）。不同类别的粘着斑结构和调节分子表现出与肌节蛋白丝不同程度的相关运动，表明肌节蛋白运动通过粘着斑的分层传递。纽蛋白、踝蛋白和肌节蛋白丝之间的相互作用似乎构成了细胞骨架和整合素之间的滑动界面，产生了在细胞迁移的形态动力学转变过程中受到调节的分子离合器。

Vasile 等人使用免疫组织化学（2006）检查了患有与肥厚相关的各种心血管疾病的患者的心肌细胞的闰盘和 Z 盘中纽蛋白/美达霉素的表达模式。源自阻塞性肥厚型心肌病（CMH；参见 CMH15, 613255）和主动脉瓣狭窄（参见 109730）患者的组织标本显示，闰盘中纽蛋白/美达纽蛋白表达存在普遍缺陷，但在心脏 Z 盘中保留了表达，而来自患有扩张型心肌病（CMD；参见 CMD1W，611407）、高血压性心脏病（参见 145500）或肺动脉高压（参见 178600）的患者在 Z 盘和闰盘中表现出纽蛋白/美达霉素的正常表达，尽管与肥大有关。瓦西里等人（2006）表明，心脏肥大中纽蛋白/美达蛋白的差异表达可能取决于潜在的病理生理学，其定位不受血流动力学超负荷的影响，但闰盘中的表达因阻塞性疾病而显着减少。

Kanchanawong 等人（2010）使用 3 维超分辨率荧光显微镜来绘制粘着斑中的纳米级蛋白质组织。他们的结果表明，整合素和肌节蛋白被约 40 nm 的粘着斑核心区域垂直分隔开，该核心区域由多个蛋白质特异性层组成：膜贴附的整合素信号层，包含整合素胞质尾部（参见 193210）、粘着斑激酶（600758）、桩蛋白（602505）；含有踝蛋白和纽蛋白的中间力传导层；最上面的肌节蛋白调节层含有 zyxin（602002）、血管舒张刺激磷蛋白（601703）和 α-肌节蛋白（102575）。 Kanchanawong 等人通过定位氨基和羧基末端标记的 talins（2010）揭示了talin的偏振方向，表明其在组织粘着斑层中的作用。 Kanchanawong 等人（2010）得出的结论是，他们的复合多层蛋白质结构为理解粘着斑功能提供了分子蓝图。

▼ 分子遗传学

奥尔森等人（2002）使用 SSCP 分析了 350 名不相关的散发性或家族性扩张型心肌病患者（611407）的纽蛋白基因，这些患者的 ACTC（102540）和 TPM1（191010）基因突变呈阴性，并鉴定了 3-bp 杂合性2 名患者分别出现框架缺失（L954del；193065.0001）和错义突变（R975W；193065.0002）。在 500 个对照中没有发现这两种突变。一名患有扩张型心肌病的 30 岁男性在诊断为进行性心力衰竭 2 年后死亡，在杂合性中发现了一种潜在的风险多态性 A934V；在 500 名对照者中，有 1 名也发现了这种变异，这名 67 岁女性的心电图显示 T 波异常，但超声心动图无法诊断扩张型心肌病。所有变异均位于外显子 19，即纽蛋白基因的美纽蛋白特异性外显子。低剪切粘度测定研究揭示了与突变相关的粘度不同程度的降低，其中 L954del 和 R975W 突变体引起的粘度降低幅度更大。荧光显微镜证实了粘度结果，A934V 变体的肌节蛋白组织与野生型相似，尽管网络显得更粗糙； L954del 观察到更突出的束，而 R975W 显示出最高的束活性。对具有 R975W 突变的患者的心肌细胞进行电子显微镜观察，显示出不规则且破碎的闰盘，以及完整的肌节细丝和粗丝。

瓦西里等人（2006）分析了 389 名无关的肥厚型心肌病（CMH）患者的 VCL 基因的美万霉素特异性外显子 19，这些患者的 8 个已知 CMH 相关肌节/肌丝编码基因的突变呈阴性，并鉴定了 R975W 突变的杂合性患有 CMH15 的患者（613255）。

Vasile 等人在 228 名 CMH 患者队列中发现，12 个已知的 CMH 相关肌节/肌丝编码基因突变呈阴性（2006）对 VCL 基因的 22 个外显子进行了全面分析，并在 1 名患者中发现了杂合突变（L277M; 193065.0003）。作者指出，尽管其表达无处不在，但 HCM 相关的 VCL 突变在临床上产生了心脏特异性表型。

▼ 动物模型

徐等人（1998）使用靶向载体使胚胎干细胞中的纽蛋白失活，然后将其注射到小鼠体内。他们发现，Vcl -/- 胚胎在妊娠第十天之后就无法发育，最多只有正常大小范围的三分之二。最突出的缺陷是头侧神经管缺乏中线融合，导致颅双小叶外观以及颅神经和脊神经发育减弱。心脏发育在 E9.5 时受到限制，心肌和心内膜结构严重减少且不能运动。体节和四肢发育迟缓，外胚层组织稀疏而脆弱。与野生型相比，从突变胚胎中分离的成纤维细胞对纤连蛋白、玻连蛋白、层粘连蛋白和胶原蛋白的粘附力降低。此外，这些基质上的迁移率高出 2 倍，粘着斑激酶（FAK；600758）水平高出 3 倍。徐等人（1998）得出结论，纽蛋白对于正常胚胎发育是必需的，可能是因为它在调节细胞粘附和运动中的作用，尽管不能排除在神经和心脏发育中的特定作用。

理查兹等人（2005）分析了 Vcl +/- 和野生型小鼠的心脏，发现虽然纽蛋白表达减少增强了室性心律失常的诱导性，但突变型和野生型之间的连接蛋白 43（GJA1; 121014）含量和分布以及传导速度没有显着差异老鼠。理查兹等人（2005）表明其他机制，例如改变整合素（参见 192968）信号传导，可能有助于心律失常的发生。

▼ 等位基因变异体（3 个选定示例）：

.0001 心肌病，扩张，1W
VCL、3-BP DEL、2862GTT

Olson 等人对一名患有扩张型心肌病（CMD1W; 611407）的 39 岁男性进行了研究（2002）鉴定了纽蛋白基因外显子 19 中 3 bp 缺失（2862delGTT）的杂合性，导致亮氨酸残基（leu954del）框内缺失。患者父亲59岁时因心力衰竭去世，70岁的叔叔也患有心力衰竭，但患者亲属拒绝进行临床和遗传评估。在 500 个不相关的对照中未发现该突变。

.0002 心肌病，扩张，1W
家族性肥厚型心肌病，15
VCL、ARG975TRP

Olson 等人对一名患有扩张型心肌病（CMD1W; 611407）并接受心脏移植的 57 岁女性进行了研究（2002）鉴定了纽蛋白基因外显子 19 中 2923C-T 转变的杂合性，导致元纽蛋白亚型中 arg975 到 trp（R975W）的取代。在3名无症状亲属中也发现了杂合性突变，其中2人在超声心动图筛查中发现患有疾病：一位70岁的产妇患有扩张型心肌病，一位38岁的女儿患有轻度左心室扩张。该患者 55 岁的姐姐携带突变，但左心室尺寸和缩短/射血分数正常。在 500 个不相关的对照中未发现该突变。

Vasile 等人在一名患有严重心尖变异型肥厚性心肌病（CMH15; 613255）的 43 岁女性中（2006）鉴定了 VCL 基因中 R975W 取代的杂合性，该取代位于美维库林尾部区域高度保守的残基中，预计会导致蛋白质二级结构和螺旋组织的显着改变。在 1,400 个参考等位基因中未发现该突变。对患者心肌的免疫组织化学分析表明，闰盘中的纽蛋白和美纽蛋白均显着减少。 Vasile 等人指出，该患者的野生型纽蛋白是纯合子，而 R975W 元蛋白是杂合子（2006）认为闰盘中蛋白质的显着减少可能是由于显性负效应所致。然而，在分析了患有与肥厚相关的各种心血管疾病的患者的免疫组织化学染色的组织标本后，Vasile 等人（2006）表明，心脏肥大中纽蛋白/美达蛋白的差异表达可能取决于潜在的病理生理学，其定位不受血流动力学超负荷的影响，但闰盘中的表达因阻塞性疾病而显着减少（参见基因功能）。

.0003 心肌病，家族性肥厚型，15
VCL、LEU277MET

Vasile 等人在一名患有严重梗阻性肥厚性心肌病（CMH15; 613255）的 76 岁白人女性中（2006）鉴定出 VCL 基因外显子 8 中的杂合 829C-A 颠换，导致关键功能域中的保守残基处由 leu277 替换为 met（L277M）。在 400 个参考等位基因中未检测到该突变。患者子宫肌瘤切除组织的免疫染色显示 Z 线染色正常，但闰盘中的纽蛋白/美达霉素染色明显减少。