细胞色素c氧化酶III； MTCO3

复合体 IV，细胞色素 c 氧化酶亚基 III； COⅢ

HGNC 批准的基因符号：MT-CO3

▼ 说明

细胞色素 c 氧化酶亚基 III（COIII 或 MTCO3）是呼吸复合物 IV 的 3 个线粒体 DNA（mtDNA） 编码亚基（MTCO1、MTCO2、MTCO3）之一。复合物 IV 位于线粒体内膜内，是线粒体氧化磷酸化电子传递链的第三个也是最后一个酶。它从铁细胞色素 c（还原细胞色素 c）收集电子，然后转移到氧气中产生水。释放的能量用于将质子转移穿过线粒体内膜。复合物IV由13个多肽组成。亚基 I、II 和 III（MTCO1、MTCO2、MTCO3）由 mtDNA 编码，而亚基 VI、Va、Vb、VIa、VIb、VIc、VIIa、VIIb、VIIc 和 VIII 则由核编码（Kadenbach 等人， 1983 年；卡帕尔迪，1990 年；肖夫纳和华莱士，1995 年）。亚基 VIa、VIIa 和 VIII 具有全身肌亚型和心肌亚型（Capaldi，1990；Lomax 和 Grossman，1989）。

亚基III是复合体III中高度保守且普遍存在的亚基，但其功能仍不清楚。该亚基是一种完整的膜蛋白，它在谷氨酸 90 处结合二环己基碳二亚胺（DCCD），表明它可能参与质子易位（Prochaska 等，1981；Suzuki 等，1988）。然而，最近的证据表明 MTCO1 在质子传输中是双核中心（Rousseau 等，1993；Hosler 等，1993）。

▼ 测绘

MTCO3 由位于核苷酸对（nps） 9207 和 9990 之间的 mtDNA 富含鸟嘌呤的重（H） 链编码（Anderson 等，1981；Wallace 等，1994）。它与 mtDNA 一起通过母系遗传（Giles 等，1980；Case 和 Wallace，1981）。

▼ 基因结构

MTCO3基因包含783 nps的连续mtDNA序列，缺乏内含子并编码单一多肽。 mRNA 以 AUG 起始密码子开始，以 UAA 终止密码子结束。该转录本被转录为 H 链多顺反子转录本的一部分，其侧翼为 5 引物末端的 MTATP6 基因和 3 引物末端的 tRNA。 tRNA 处的切割，随后进行聚腺苷酸化，完成终止密码子（Ojala 等人，1981）。

5-prime 末端的切割发生在 MTATP6 终止密码子 ACA TA //A UG ACC（ThrTerMetThr） 的两个 As 之间，产生转录物 15，即 MTCO3 mRNA（Montoya 等人，1981；Ojala 等人，1981；Attardi等人，1982）。这是 2 个孤立转录本（MTATP8-MTATP6 的转录本 14 和 MTCO3 的转录本 15）没有被 tRNA 分开的唯一实例。因此，它们必须由单独的系统处理。如果14+15转录物未被切割，则MTATP6将被翻译，但MTCO3可能不会被翻译，因为其起始密码子与MTATP6终止密码子重叠。由于 MTATP6 和 MTCO3 之间的比率在患者和对照细胞线粒体之间可能有所不同，因此转录物 14 + 15 的裂解可能提供了一种调节电子传递链相对于 ATP 合酶的生物发生的机制（Wallace 等人， 1986）。

▼ 基因功能

MTCO3 的预测分子量（MW） 为 30 kD（Anderson 等人，1981；Wallace 等人，1994）。然而，使用 Tris-甘氨酸缓冲液时，其在 SDS 聚丙烯酰胺凝胶（PAGE） 上的表观分子量为 22.5 kD（Oliver 等人，1984；Oliver 和 Wallace，1982；Wallace 等人，1986），而使用 Tris 甘氨酸缓冲液时，其表观分子量为 18 kD。尿素磷酸缓冲液（Ching 和 Attardi，1982；Hare 等人，1980）。

▼ 分子遗传学

已在指定酶的以下核苷酸位置鉴定了限制性位点多态性（其中“+”=位点增益，“-”=相对于参考序列的位点丢失，Anderson等人等，1981）：Alu I：+9299、+9504、-9644；艾娃二号：+9589； DDE I：-9272、-9500、-9641；海二号：+9326；海三号：+9209、+9253、-9266、-9294、-9342、+9386、-9553、+9714、-9953；哈我：+9327，-9380； HinfI：+9683、-9753、+9820、+9859、+9984；姆博一号：+9942； Rsa I：+9429、-9746、+9926； Taq I：-9751（Wallace 等人，1994）。

MTCO3 的一些等位基因变异与 Leber 遗传性视神经病（LHON; 535000） 相关：MTCO3LHON9438A（516050.0001） 和 MTCO3LHON9804A（516050.0002）。

▼ 等位基因变异体（7 个精选示例）：

.0001 勒伯视神经萎缩
MTCO3，LHON9438A

该等位基因将氨基酸 78 处高度保守的甘氨酸更改为丝氨酸（G78S）。它在 5 名孤立患者中被发现，是同质的，并且在 400 名疾病和正常对照中不存在（Johns 和 Neufeld，1993）。

当发现 9438 序列变异发生在表面健康的非洲和古巴人身上时，其作用受到质疑（Howell，1994）。约翰斯等人（1994） 在 2 名患有视神经和周围神经病变的古巴人中描述了这种突变。奥斯特拉等人（1995） 筛查了 49 个 LHON 谱系和 38 个分离的 LHON 先证者的血液样本是否存在 9438 突变。他们在 28 个 LHON 谱系中的 2 个中发现了 9438 突变，之前他们在其中发现了 11778 突变（516003.0001）。这两种突变在测试个体中都是同质的。 9438 突变未在其他 LHON 谱系中发现，即 7 个​​携带 3460 突变（516000.0001）、11 个携带 11484 突变（516006.0001） 或 3 个不携带这 2 个突变 - 也没有在任何分离的 LHON 先证者。关于 3460、11778 和 14484 突变的主要致病重要性的最令人信服的论据是 LHON 谱系中明显的相互排斥，以及这些突变在正常对照中从未报道过的事实。然而，9438 突变不符合这两个标准。奥斯特拉等人（1995） 得出结论，9438 突变既不是主要也不是次要参与 LHON 的发病机制。在没有 3 种已知主要突变中的 1 种情况下出现这种突变的谱系中，他们认为，假设存在另一种主要突变是合理的，但其位置仍有待发现。

.0002 勒伯视神经萎缩
MTCO3、LHON9804A

该等位基因将氨基酸 200 处高度保守的丙氨酸更改为苏氨酸（A200T）。它存在于 3 名孤立患者中，是同质的，并且在 400 名疾病和正常对照中未发现（Johns 和 Neufeld，1993）。

.0003 线粒体复合体 IV 缺陷
线粒体复合物 IV 缺乏症伴复发性肌红蛋白尿
MTCO3，15-BP DEL

凯特利等人（1996） 报道了被认为是第一例在分子水平上定义的孤立 COX 缺乏症（220110）。两次肌肉痉挛和肌红蛋白尿发作，第一次是由病毒性疾病引起，第二次是由长时间运动引起，促使他们对一名以前正常的 15 岁白人女性进行了调查。两次发作都与热量摄入减少有关。随后，又发生了 2 次发作，期间肌酸激酶水平升至 17,000-44,000 I.U.（正常 = 低于 170 I.U.）。肌肉组织化学显示以 1 型纤维为主，许多参差不齐的红色纤维因琥珀酸脱氢酶（SDH） 活性而被严重染色，并且 COX 阴性纤维比例很高（64%）。在电子显微镜下，分散区域显示线粒体数量增加，有些增大且不规则，嵴紊乱。他们在 MTCO3 基因的高度保守区域中发现了导致 5 个氨基酸丢失的 15 bp 微缺失。肌肉中突变 DNA 占 92%，白细胞中 mtDNA 占 0.7%。免疫印迹和免疫细胞化学表明复合物缺乏组装或不稳定。显微解剖的肌肉纤维显示，COX 阴性纤维中突变 mtDNA 的比例显着高于 COX 阳性纤维中。 15 bp 的缺失是符合读框的，从 COX 亚基 III 的第三个疏水结构域中去除了 5 个氨基酸，并包含 2 个高度保守的苯丙氨酸残基。

.0004 线粒体复合体 IV 缺陷
MTCO3、9952G-A、TRP-TER

汉娜等人（1998） 发现了线粒体 DNA 中的第一个点突变，产生了与人类疾病相关的终止密码子。一名 36 岁女性经历过脑病发作并伴有乳酸血症，并患有运动不耐受和近端肌病。组织化学分析表明，90% 的肌纤维表现出细胞色素 c 氧化酶（COX） 活性降低或缺失（220110）。生化研究证实 COX 活性单独严重降低。肌肉免疫细胞化学揭示了一种模式，表明 COX 缺陷纤维中存在原发性 mtDNA 缺陷，并且与全酶稳定性降低或组装受损一致。序列分析在患者骨骼肌中的核苷酸 9952 处发现了一种新的异质性 G 到 A 点突变，而在她的白细胞 mtDNA 中、在 120 名健康对照者或另外 60 名线粒体疾病患者的白细胞 mtDNA 中都没有检测到这种突变。该点突变位于 MTCO3 基因的 3-prime 末端，预计会导致该亚基高度保守的 C 端区域最后 13 个氨基酸的丢失。从患者母亲或她的两个儿子的白细胞、骨骼肌或成肌细胞中提取的 mtDNA 中未检测到该突变，表明该突变不是母系遗传的。单纤维 PCR 研究为这种点突变与 COX 缺陷之间的关联提供了直接证据，并表明诱导 COX 缺陷所需的突变 mtDNA 的比例低于报道的 tRNA 基因点突变的比例。 9952G-A 转变导致色氨酸的野生型 TGA 密码子转变为 TAA 终止密码子。

.0005 线粒体复合体 IV 缺乏症
MTCO3，1-BP INS，9537C

蒂兰蒂等人（2000） 报道了一名 11 岁女孩，她有阴性家族史和一个表面健康的弟弟。自4岁起，她出现了伴有眼肌麻痹的进行性痉挛性截瘫、中度智力低下、严重乳酸性酸中毒以及壳核Leigh样病变。通过皮肤和肌肉的组织化学和生化检测发现了 COX（220110） 的严重、孤立的缺陷。肌肉 mtDNA 的序列分析揭示了 MTCO3 基因中实际上存在同质移码突变，这是由于在核苷酸位置 9537 处插入了一个额外的 C。尽管 9537insC 没有损害 MTCO3 的转录，但在 MTCO3 基因中没有检测到全长 COX 亚基 III 蛋白。 mtDNA 体内翻译测定。蛋白质印迹分析显示，特定交叉反应物质减少，COX 早期组装中间体积累，而完全组装的复合物不存在。其中一种中间体的电泳迁移率与对照组不同，表明 COX 组装存在质量异常。使用特异性抗体的免疫染色未能检测到缺少COX亚基III的复合物中几个较小亚基的存在，尽管证明这些亚基存在于患者培养的成纤维细胞的粗制线粒体部分中。作者提出了 COX 亚基 III 在复合物中较小 COX 亚基的掺入和维持中的作用。

.0006 线粒体复合体 IV 缺陷
MTCO3、9379G-A、TRP58TER

Horvath 等人在一名患者中表现出相对轻微的、儿童期发病、缓慢进行性肌病，伴有运动不耐受、乳酸性酸中毒、生长迟缓、骨骼肌中存在大量参差不齐的红色纤维、脂质沉积症和严重的细胞色素 C 氧化酶缺乏症（220110）（2002） 鉴定了 MTCO3 基因中的异质 9379G-A 转变，导致 trp58 到 ter（W58X） 突变。患者和母亲一方的家庭成员的白细胞均不存在突变，这表明该突变是散发性的。免疫组织化学显示骨骼肌中 COX 亚基 II（516040） 和 III 的稳态水平降低，而核编码亚基 IV（123864） 的染色正常。

.0007 癫痫发作和乳酸中毒
MTCO3、2-BP DEL、9205TA

该缺失发生在 MTATP6（516060） 和 MTCO3 基因之间的连接处。参见 516060.0007，Seneca 等人（1996），坦珀利等人（2003）。