粘脂蛋白 1; MCOLN1

ML4 基因
粘脂素
瞬时受体电位阳离子通道，粘脂蛋白亚族，成员 1； TRPML1

HGNC 批准的基因符号：MCOLN1

细胞遗传学位置：19p13.2 基因组坐标（GRCh38）：19:7,522,624-7,534,009（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

Bargal 等人通过对染色体 19p 上的粘脂沉积症 IV（ML4; 252650） 基因座进行定位克隆（2000） 鉴定了一个基因，命名为 MCOLN1，编码名为 mucolipin-1 的 580 个氨基酸的蛋白质。 mucolipin-1 蛋白在 N 端区域包含 1 个跨膜螺旋，在 C 端区域包含至少 5 个跨膜结构域。

巴西等人（2000） 还鉴定了 MCOLN1 基因，他们将其命名为“ML4”。相应的蛋白质，作者称之为“粘脂蛋白”，定位于质膜上，在羧基末端区域，与多囊肾病基因（PKD2; 173910） 的产物多囊蛋白-2 以及瞬时受体电位 Ca（2+） 通道家族具有同源性（参见 602343）。他们认为粘脂蛋白在内吞作用中发挥重要作用。

孙等人（2000）孤立克隆了MCOLN1基因。 65-kD 蛋白包含瞬时受体电位（TRP） 阳离子通道结构域（氨基酸 331-521）和内部钙和钠通道孔区域（氨基酸 496-521）。 TRP 结构域跨越跨膜片段 3-6，假定的成孔环位于第五和第六片段之间。 C 末端还有一个双亮氨酸基序，可作为晚期内体/溶酶体靶向基序。预计该蛋白质的 N 端和 C 端均位于细胞质内。孙等人（2000） 认为 mucolipin-1 可能在钙离子转运中发挥作用。

▼ 基因结构

巴尔加尔等人（2000） 确定 MCOLN1 基因包含 14 个外显子，跨度约为 14 kb。

▼ 生化特征

冷冻电子显微镜

施米格等人（2017） 报道了全长人 TRPML1 的 2 个电子冷冻显微镜结构：pH 7.0 闭合状态下的 3.72 埃 apo 结构，以及开放状态 pH 6.0 下的 3.49 埃激动剂结合结构。孔螺旋 1、螺旋 S5 和 S6 以及相邻亚基的螺旋 S6 中的几个芳香族和疏水残基形成一个疏水空腔来容纳激动剂，这表明与 TRPV1（602076）（一种 TRP）中发现的激动剂结合位点不同来自不同亚科的通道。

陈等人（2017） 提出了嵌入纳米圆盘中的小鼠 TRPML1 通道的单粒子电子冷冻显微镜结构。结合诱变分析，TRPML1 结构揭示磷脂酰肌醇 3,5-二磷酸结合到远离孔的通道 N 末端，并且段 S2 和 S3 之间的螺旋-转角-螺旋延伸可能将配体结合到孔开口上。

▼ 测绘

通过基因组序列分析，Bargal 等人（2000） 将 MCOLN1 基因定位到染色体 19p13.3-p13.2。

▼ 基因功能

溶酶体胞吐作用是一种钙依赖性过程，其中晚期内体与溶酶体融合，然后融合到质膜。局部钙源是晚期内涵体或溶酶体本身的腔室。通过体外电生理学研究，LaPlante 等人（2002, 2004） 将 mucolipin-1 确定为一种钙通道，可以通过钙浓度的变化进行瞬时调节。该通道还可以渗透钠和钾，并且可以在细胞内囊泡膜（包括溶酶体）和质膜上检测到。与野生型细胞相比，来自 MCOLN1 基因突变的 ML IV 患者的成纤维细胞显示出钙信号传导紊乱、酸性细胞器大以及内体和溶酶体之间的融合减少。拉普兰特等人（2004） 得出结论，MCOLN1 通道有助于膜转移不同阶段之间过渡期间局部钙浓度的增加。 MCOLN1 通道缺陷的细胞无法释放足够的钙，导致内体和溶酶体融合缓慢且低效，以及脂质和其他物质的异常积累，如 ML IV 中所示。

雷乔杜里等人（2004） 评估了无效（MCOLN1 -/-） 和 mucolipin-1 过表达细胞的内体囊泡以及含有体外翻译蛋白的脂质体的 mucolipin-1 通道功能。两种制剂的证据表明，野生型蛋白是一种多亚电导非选择性阳离子通道，其功能会因 pH 值降低而受到抑制。 V446L 和 F408del ML IV 引起的突变保留了通道功能，但没有通过降低 pH 值而急剧抑制。 mucolipin-1 通道的原子力成像表明 pH 值的变化改变了单一通道的聚集。 pH 值降低时，突变蛋白的大小没有变化。雷乔杜里等人（2004） 得出结论，mucolipin-1 通道活性受 pH 依赖性机制调节，该机制在某些导致 ML IV 的基因突变中存在缺陷。他们还提出了阳离子通道在酸化和正常内体功能中的作用。

Venkatachalam等人通过用小鼠Trpm13（MCOLN3；607400）、鸡Trpm12（MCOLN2；607399）和人TRPML1的各种组合转染人胚胎肾细胞（2006）表明每个TRPML可以与其他TRPML蛋白形成同源多聚体和异源多聚体。当单独表达时，TRPML1和Trpml2是溶酶体膜蛋白，而Trpml3保留在内质网中。相反，当Trpml3与TRPML1或Trpml2共表达时，它重新定位至溶酶体。 TRPML1或Trpm12的溶酶体靶向序列的突变或网格蛋白介导的内吞作用的破坏导致TRPML1和Trpm12错误定位至质膜，并且还导致Trpm13的质膜分布。 Trpml3不影响TRPML1或Trpml2的细胞内定位。

通过测量放射性标记的铁摄取、监测胞质和溶酶体内铁的水平，以及通过直接膜片钳晚期内体和溶酶体膜，Dong 等人（2008） 表明TRPML1 在晚期内体和溶酶体中充当Fe（2+） 通透性通道。导致 ML IV（252650） 的 TRPML1 突变会不同程度地损害 TRPML1 对 Fe（2+） 的渗透性，这与疾病严重程度密切相关。 TRPML1-null ML IV 和对照人皮肤成纤维细胞的比较显示，TRPML1-null 细胞中胞质 Fe（2+） 水平降低，溶酶体内 Fe（2+） 水平增加，脂褐素样分子积累。董等人（2008）提出TRPML1介导Fe（2+）从晚期内体和溶酶体释放的机制。董等人（2008） 得出结论，铁转运受损可能会导致 ML IV 患者的血液学和退行性症状。

Cuajungco 等人使用酵母 2-杂交和免疫沉淀分析（2014） 表明人类 TMEM163 与 TRPML1 相互作用，并且这种相互作用需要 TMEM163 的 N 末端。人成纤维细胞和 HEK293 细胞的共聚焦显微镜显示，人 TMEM163 和 TRPML1 共定位于晚期内涵体或溶酶体中。 ML4 患者的成纤维细胞中 TMEM163 mRNA 和蛋白减少，并且 TMEM163 的减少与溶酶体锌水平增加相关。进一步的分析证实，TRPML1 与 TMEM163 的相互作用对于维持细胞锌稳态很重要。

▼ 分子遗传学

Bargal 等人在 21 名德系犹太人 ML IV 患者中进行了研究（2000） 鉴定了 MCOLN1 基因中的 2 个突变（IVS3-2A-G, 605248.0001; 6,450-bp del, 605248.0002），它们与 Slaugenhaupt 等人鉴定的主要和次要单倍型相关（1999）。 6 名患者的两种突变均为复合杂合子，2 名患者的 1 个创始突变和第二个未识别突变为复合杂合子。所有患者的临床表现均表现出相似的严重程度。

巴尔加尔等人（2001） 在严重受 ML IV 影响的患者中发现了 MCOLN1 基因的 4 个突变。在一名患有异常轻度精神运动迟缓的患者中发现了框内缺失（F408del）。通过对 2,000 名匿名、不相关的个​​体进行 2 个创始人突变检测，我们估计了一般德系犹太人群中 ML IV 的频率。该分析表明杂合子频率约为百分之一。

埃德尔曼等人（2002）指出，2种常见的MCOLN1突变（IVS3-2A-G，605248.0001；511del6434，605248.0002）占德系犹太人群体中突变等位基因的95%以上。在纽约大都市区，剪接位点突变的频率为 0.54%，缺失突变的频率为 0.25%，综合携带者频率为 0.79%，即每 127 个人中有 1 人。他们建议考虑添加这两种突变来对该人群进行产前携带者筛查。

巴赫等人（2005） 在 Dor Yeshorim 计划的 66,749 名阿什肯纳兹犹太人受试者中发现 ML IV 的携带频率为 0.0104，Dor Yeshorim 计划是一项为正统犹太社区设计的独特婚前人口筛查计划。 2 个德系犹太人创始人突变 IVS3-2A-G 和 del Ex1-Ex7 的分布确定为分别为 78.15% 和 21.85%。

▼ 动物模型

与其他溶酶体贮积病不同，ML IV 与溶酶体水解酶缺乏无关。相反，ML IV 细胞表现出异常的脂质内吞作用并积累大囊泡，表明内吞作用的缺陷可能是该疾病的基础。 Fares 和 Greenwald（2001） 报道了秀丽隐杆线虫 mucolipin-1 同源物 cup-5 中功能丧失突变的鉴定，并表明该突变导致液相标记物的摄取率提高，降解减少内吞蛋白质和大液泡的积累。 cup-5（+） 的过度表达引起相反的表型，表明 cup-5 活性控制内吞作用的各个方面。

韦努戈帕尔等人（2007） 描述了 IV 型粘脂沉积症的小鼠模型，该模型准确地复制了患有该疾病的患者的表型。 Mcoln1 -/- 敲除小鼠的大脑中所有细胞类型（特别是神经元）中均出现大量致密包涵体、血浆胃泌素升高、胃壁细胞空泡化和视网膜变性。神经行为评估，包括步态和紧握分析，证实了神经系统缺陷的存在。步态缺陷发展为后肢完全瘫痪，并在大约 8 个月大时死亡。 Mcoln1 -/- 小鼠以孟德尔比例出生，雄性和雌性 Mcoln1 -/- 小鼠均具有生育能力。人类 IV 型粘脂沉积症的一个标志是血浆胃泌素升高（Schiffmann 等，1998），可升高至正常值的 13 倍。与野生型小鼠相比，基因敲除小鼠的血清胃泌素显着升高。

使用 ML IV 的果蝇模型，Venkatachalam 等人（2008）发现大分子的囊泡积聚是由于自噬缺陷造成的，导致氧化应激和突触传递受损。晚期凋亡细胞在Trpm1突变脑中积累，并且凋亡细胞的积累和运动缺陷被神经元、神经胶质细胞或造血细胞中野生型Trpm1的表达抑制。文卡塔查拉姆等人（2008） 的结论是，ML IV 模型中的神经变性和运动缺陷主要是由于凋亡细胞清除率降低所致。

▼ 等位基因变异体（9 个精选示例）：

.0001 粘脂病 IV
MCOLN1、IVS3AS、A-G、-2

在 21 名德系犹太人患者中，有 12 人患有粘脂沉积症 IV（ML4；252650），与 Slaugenhaupt 等人定义的主要德系犹太人创始人单倍型相关（1999），Bargal 等人（2000） 鉴定了 MCOLN1 基因第三个内含子的受体剪接位点中的纯合 A 到 G 转变。在 60 名德系正常对照者中发现 1 名杂合子；这与该群体中杂合子的估计频率（1/50） 一致。

巴西等人（2000） 鉴定了这种受体剪接位点突变，他们将其命名为 486-2A-G，作为患有 ML4 的德系犹太人患者的主要创始人突变。该突变破坏了 GT-AG 剪接规则，并由于外显子 4 的跳过而导致转录本缺少 165 bp。这导致移码，导致下游 374 bp 过早翻译终止。预测的截短蛋白仅保留野生型蛋白的前 21 个氨基酸。

.0002 粘脂症 IV
MCOLN1，6,450-BP DEL

在 21 名德系犹太人患者中，有 1 名患有粘脂沉积症 IV（ML4；252650），与 Slaugenhaupt 等人定义的次要创始人单倍型相关（1999），Bargal 等人（2000） 鉴定了 MCOLN1 基因中的纯合 6,450 bp 缺失。该缺失跨越从 MCOLN1 第一个外显子上游 928 bp 到外显子 7 bp 31 的区域（del EX1-EX7）。该突变或 IVS3-2A-G（605248.0001） 纯合子或复合杂合子的临床表现表现出相似的严重程度。 21 例德系 ML4 患者中，12 例为剪接突变纯合子，1 例为 del EX1-EX7 突变纯合子，6 例为复合杂合子。两名患者的其中一种突变和未识别的第二个等位基因是复合杂合子。

巴西等人（2000）证明了这种缺失，他们测量为 6,432 bp，跨越从基因 5 素末端到外显子 6 的区域，是患有 ML4 的德系犹太人患者的次要创始人突变。

埃德尔曼等人（2002） 将此突变称为 511del6434。

.0003 粘脂病 IV
MCOLN1、ARG321TER

Bargal 等人在一名阿拉伯德鲁兹人粘脂沉积症 IV（ML4; 252650） 患者中（2000） 鉴定了 MCOLN1 基因外显子 8 中的纯合 1048C-T 转变，导致 arg321 到 ter（R321X） 突变。父母是堂兄弟姐妹，并携带相同的独特单倍型。

.0004 粘脂症 IV
MCOLN1、3-BP DEL、1346CTT

Sun 等人在一名患有 IV 型粘脂沉积症（ML4; 252650） 的德系犹太人患者中（2000） 鉴定了 MCOLN1 基因中 2 个突变的复合杂合性：消除 TRP 阳离子通道结构域中密码子 408 的 3 bp 缺失，以及共同剪接位点突变（605248.0001）。

.0005 粘脂症 IV
MCOLN1，ASP362TYR

Sun 等人在一名患有 IV 型粘脂沉积症（ML4; 252650） 的非德系犹太人患者中（2000） 鉴定了 MCOLN1 基因中 2 个突变的复合杂合性：1209G-T 颠换导致 TRP 阳离子通道结构域中 asp362-to-tyr（D362Y） 取代，以及 429C-T 转换导致 arg102-to -ter（R102X; 605248.0006） 终止密码子。多布罗沃尔尼等人（2007） 指出 D362Y 取代发生在蛋白质的第三个跨膜区域，并导致蛋白质保留在内质网中。他们还使用了核苷酸名称 1084G-T。

Dobrovolny 等人在一名患有 ML4 的非德系犹太女孩中（2007） 鉴定了 MCOLN1 基因中 D362Y 取代和剪接位点突变（605248.0009） 的复合杂合性。该表型的不同寻常之处在于，症状仅限于眼睛，包括角膜混浊和视力下降。她没有神经系统异常。

.0006 粘脂症 IV
MCOLN1、ARG102TER

Sun 等人讨论了 MCOLN1 基因中的 arg102-to-ter（R102X） 突变，该突变在粘脂贮积症 IV（ML4; 252650） 患者中以复合杂合状态发现（2000），参见 605248.0005。

.0007 粘脂症 IV
MCOLN1，ARG403CYS

戈尔丁等人（2004） 描述了一名患有 IV 型粘脂沉积症（ML4; 252650） 的 4 岁女孩，她是 MCOLN1 基因 2 个突变的复合杂合子，其中只有 1 个从父亲遗传的突变被表达。他们在她的 mucolipin-1 cDNA 中发现了一个 1207C-T 转变，预示着 arg403 到 cys（R403C） 的取代，该取代将 mucolipin-1 第四个跨膜结构域中的碱性氨基酸变为中性氨基酸。患者从母亲那里继承了线粒体 NADH 脱氢酶 5 基因（MTND5; 516005） 的 93 bp 片段，该片段按读码框插入到 MCOLN1 基因外显子 2 的最后一个核苷酸（236_237ins93; 605248.0008） 之前。这一改变废除了 MCOLN1 的正确剪接。由于插入片段的抑制作用，未使用外显子末端的剪接位点，导致下游内含子中含有终止密码子的2个异常剪接产物。这些产物通过无义介导的衰变被消除。作者表示，这是第一份关于线粒体 DNA 遗传转移导致遗传病的报告。线粒体 DNA 剪接位点的消除需要剪接预测模型的改变。

.0008 粘脂症 IV
MCOLN1、93-BP INS、NT236

Goldin 等人讨论了 MCOLN1 基因中的 93 bp 插入，该插入在粘脂沉积症 IV 型患者（ML4; 252650） 中以复合杂合状态发现（2004），参见 252650.0007。

.0009 粘脂症 IV
MCOLN1，1704A-T

Dobrovolny 等人在一名患有 IV 型粘脂沉积症（ML4; 252650） 的非德系犹太女孩中（2007） 鉴定了 MCOLN1 基因中 2 个突变的复合杂合性。一个等位基因在外显子 13 的 3-prime 末端附近携带 1704A-T 颠换，导致错误剪接、4-bp 缺失以及预测的蛋白质产物，其中最后 12 个氨基酸交换为 9 个不同的氨基酸。在皮肤成纤维细胞和白细胞中检测到正常和病理性剪接形式，正常形式估计为 40%，大概足以预防精神运动迟缓。另一个等位基因携带 D362Y（605248.0005）。该表型的不同寻常之处在于，症状仅限于眼睛，包括角膜混浊和视力下降。她没有神经系统异常。