多核苷酸激酶3-prime磷酸酶； PNKP

多核苷酸激酶； PNK
DNA激酶

HGNC 批准的基因符号：PNKP

细胞遗传学位置：19q13.33 基因组坐标（GRCh38）：19:49,861,204-49,867,576（来自 NCBI）

▼ 说明

PNKP 基因编码多核苷酸激酶 3 素磷酸酶，该酶催化核酸的 5 素磷酸化，并且还具有相关的 3 素磷酸酶活性，预示着电离辐射或氧化损伤后 DNA 修复中的重要功能（Jilani 等）等，1999）。

▼ 克隆与表达

Jilani 等人通过使用来自牛 60-kD 多肽的 3 个胰蛋白酶肽搜索序列数据库，这些肽与 5-prime DNA 激酶和 3-prime 磷酸酶活性相关（1999）鉴定了编码 PNKP 的人和鼠 EST 克隆。预测的 57.1 kD、521 个氨基酸的 PNKP 蛋白包含一个推定的 ATP 结合位点和一个与 L-2 卤酸脱卤酶相似的潜在 3-prime 磷酸酶结构域。数据库搜索发现了秀丽隐杆线虫、粟酒裂殖酵母和果蝇中可能的同源物。 Northern印迹分析在8个人体组织中检测到2-kb转录物，其中在脾和睾丸中表达最高，在小肠中表达最低。还观察到约 7.5 kb 的第二个信号，在脾脏中强度最高。谷胱甘肽 S-转移酶-PNKP 融合蛋白显示出 5 引发 DNA 激酶和 3 引发磷酸酶活性。作者表示，PNKP 是第一个从任何生物体中鉴定出的 DNA 特异性激酶基因。 PNKP 表达部分挽救了大肠杆菌 DNA 修复缺陷的“xth nfo”对氧化损伤剂的敏感性。双突变体。此外，PNKP基因功能恢复了适合DNA聚合酶的末端，与体内去除3-prime磷酸基团一致，促进DNA修复。

卡里米-布什里等人（1999）从 HeLa 细胞中纯化了 PNKP 酶，他们将其称为 PNK，并通过质谱法获得了几个胰蛋白酶片段的氨基酸序列。通过搜索 EST 数据库，这些序列与不完整的人类 cDNA 克隆进行匹配，该克隆被用作探针，从 HeLa 细胞 cDNA 文库中检索 cDNA 序列的 5-prime 末端。完整的cDNA在大肠杆菌中表达，重组蛋白具有激酶和磷酸酶活性。 PNKP 与其他测序蛋白质的比较确定了一个 P 环基序（表明 ATP 结合结构域）和与几种不同磷酸酶相关的第二个基序。作者发现，与秀丽隐杆线虫和粟酒裂殖酵母基因组中假定的开放解读码组具有合理的序列相似性，但与噬菌体 T4 多核苷酸激酶的相似性仅限于激酶和磷酸酶结构域。 Northern印迹分析显示，主要转录本长约2.3 kb，次要转录本长约7 kb，胰腺、心脏和肾脏中的表达水平高于脑、肺和肝脏中的表达水平。人 A549 细胞的共聚焦显微镜表明 PNKP 主要存在于细胞核中。

通过原位杂交，Shen 等人（2010）发现人和小鼠 PNKP mRNA 在大脑皮质脑室区的分裂神经元前体和皮质板的有丝分裂后神经元中表达。

▼ 基因结构

PNKP 基因包含 17 个外显子（Shen et al., 2010）。

▼ 测绘

作者：FISH，Jilani 等人（1999）将 PNKP 基因定位到染色体 19q13.3-q13.4。卡里米-布什里等人（1999）使用 FISH 将 PNKP 基因定位到 19q13.4。

▼ 分子遗传学

小头畸形、癫痫发作和发育迟缓

Shen 等人通过全基因组连锁分析，然后对小头畸形、癫痫发作和发育迟缓（MCSZ; 613402）家族的染色体 19q13 上的区域进行候选基因测序（2010）鉴定出 PNKP 基因（605610.0001-605610.0004）中的纯合或复合杂合突变，导致蛋白质功能丧失。在大多数患者中，表型的特征是在婴儿期发作，与发育性癫痫性脑病（DEE10）一致。 1 名受影响个体的细胞在培养物中表现出对辐射的敏感性，反映出非同源末端连接的缺陷。此外，患者的与对照组相比，这些细胞修复过氧化氢诱导的自由基 DNA 损伤的能力显着受损，并且修复喜树碱诱导的损伤的能力也延迟。 Pnkp 对培养物中分离的小鼠神经元的 RNA 干扰导致前体神经元和分化神经元的凋亡增加。沉等人（2010）提出了 PNKP 在多种 DNA 修复途径中的作用。

Poulton 等人有 2 个荷兰兄弟，由近亲父母出生，MCSZ 病程有些延长（2013）鉴定出 PNKP 基因中的纯合截短突变（605610.0002）。与对照组相比，患者成纤维细胞在应激条件下表现出更高的敏感性。 Shen 等人也发现了相同的突变（2010）患有更严重癫痫表型的患者。

共济失调-动眼神经失用症 4

Bras 等人在来自 8 个无关葡萄牙家庭的 11 名患有常染色体隐性共济失调-动眼神经失用症 4（AOA4; 616267）的患者中（2015）鉴定了 PNKP 基因中的纯合或复合杂合突变（参见例如 605610.0002 和 605610.0005-605610.0008）。这些突变是通过纯合性作图和外显子组测序相结合发现的，在拥有可用样本的所有家族中与该疾病一起分离。没有进行变体的功能研究。该疾病的特点是在最初的十年内出现症状并迅速进展；大多数患者在第二个或第三个十年开始坐轮椅。

腓骨肌萎缩症 2B2 型

Pedroso 等人对一名患有 2B2 型腓骨肌萎缩症（CMT2B2; 605589）的 17 岁巴西男孩进行了研究（2015）鉴定出 PNKP 基因中的纯合框内缺失（Thr408del; 605610.0007）。通过全外显子组测序发现的突变在未受影响的父母中是杂合的。体外功能表达研究表明，与对照成纤维细胞相比，患者成纤维细胞对基因毒性化学损伤更敏感。患者细胞显示出细胞凋亡增加、半胱天冬酶-3（CASP3; 600636）活性增加、细胞周期动力学破坏以及 DNA 损伤的证据。研究结果表明，该突变使细胞无法有效修复碱基切除修复（BER）和非同源末端连接（NHE）途径的 DNA。

Leal 等人最初报道，哥斯达黎加一个大型多代近亲血亲家族的 CMT2B2 受影响成员中（2001），莱尔等人（2018）鉴定了 PNKP 基因中的纯合无义突变（Q517X; 605610.0009）。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。对另外 5 名具有相似表型的哥斯达黎加先证者的 PNKP 编码区分析表明，所有这些先证者都是 Q517X 突变和 Thr408del（605610.0007）突变的复合杂合子。尽管尚未进行功能研究和患者细胞研究，但分子模型预测了 Q517X 突变的破坏性影响。莱尔等人（2018）的结论是，突变蛋白将缺乏重要的功能性 C 末端结构域，导致 DNA 损伤增加并导致随后的细胞死亡。

▼ 等位基因变异体（9 个精选示例）：

.0001 小头畸形、癫痫发作和发育迟缓
PNKP、GLU326LYS

Shen 等人在来自 3 个阿拉伯巴勒斯坦近亲家庭的 7 名患有小头畸形、癫痫发作和发育迟缓的患者中（MCSZ; 613402）（2010）在 PNKP 基因的外显子 11 中鉴定出纯合 c.975G-A 转换，导致高度保守的残基中的 glu326 到 lys（E326K）取代，该残基是靠近磷酸酶结构域的第七个 α 螺旋的一部分。来自受影响个体的淋巴细胞显示 PNKP 表达减少。在 280 条对照染色体中未发现该突变。该表型的特点是婴儿期难治性癫痫发作，与发育性癫痫性脑病（DEE）一致。

.0002 小头畸形、癫痫发作和发育迟缓
共济失调-动眼神经失用 4，包含
PNKP、17-BP DUP、NT1250

Shen 等人在 2 个患有小头畸形、癫痫发作和发育迟缓的不相关家庭的受累成员中（MCSZ; 613402）（2010）在 PNKP 基因的外显子 14 中发现了纯合的 17 bp 重复（c.1250_1266dup），导致移码和提前终止。这两个家庭分别有沙特阿拉伯和土耳其血统。来自受影响个体的淋巴细胞显示 PNKP 表达减少。另外两个患有该疾病的不相关的欧洲美国家族被发现是复合杂合子，其 PNKP 基因中存在 17 bp 重复和另一个致病性突变：L176F（605610.0003）和 17 bp 缺失（605610.0004）。尽管它们的祖先不同，但单倍型分析表明 17 bp 重复有一个共同的创始人，而在 1,080 条中东或欧洲对照染色体中没有发现这一点。该表型的特点是婴儿期难治性癫痫发作，与发育性癫痫性脑病（DEE）一致。

波尔顿等人（2013）在 2 个荷兰兄弟的 PNKP 基因中发现了相同的纯合 17 bp 重复，这对兄弟是近亲父母所生，他们在儿童早期就患有神经退行性疾病。这些患者从婴儿期起就患有整体发育迟缓以及进行性和严重的小头畸形，但癫痫发作并不像 Shen 等人报道的那么严重（2010）。这些患者在 12 个月和 2.5 岁时出现癫痫发作。这两名荷兰男孩还出现了进行性小脑萎缩和感觉运动周围神经病变，导致儿童期或青春期失去孤立行走能力。波尔顿等人（2013）强调了这些患者的神经退行性表型，并表明这与 Shen 等人报道的不同（2010）。与对照组相比，患者成纤维细胞在应激条件下表现出更高的敏感性。

Bras 等人在 2 名患有共济失调-动眼神经失用症 4（AOA4；616267）的葡萄牙同胞中（2015）鉴定出 PNKP 基因中的复合杂合突变：与 Shen 等人鉴定的 PNKP 基因中相同的 17 bp 重复（2010）和 Poulton 等人（2013）和 G375W（605610.0005）。布拉斯等人（2015）将 17 bp 重复称为 c.1253_1269dup，导致激酶结构域发生移码和提前终止（Thr424GlyfsTer49）。没有进行变体的功能研究。

.0003 小头畸形、癫痫发作和发育迟缓
PNKP、LEU176PHE

Shen 等人在患有小头畸形、癫痫发作和发育迟缓的欧裔美国人家庭中受影响的成员中（MCSZ; 613402）（2010）鉴定了 PNKP 基因中 2 个突变的复合杂合性：外显子 5 中的 526C-T 转换，导致磷酸酶结构域中的 leu176 到 phe（L176F）取代，以及 17 bp 重复（605610.0002）。在280条对照染色体中未发现L176F突变。该表型的特点是婴儿期难治性癫痫发作，与发育性癫痫性脑病（DEE）一致。

.0004 小头畸形、癫痫发作和发育迟缓
PNKP，17-BP DEL

Shen 等人在患有小头畸形、癫痫发作和发育迟缓的欧裔美国人家庭中受影响的成员中（MCSZ; 613402）（2010）鉴定了 PNKP 基因中 2 个突变的复合杂合性：内含子 15 中的 17 bp 缺失，导致正确 mRNA 剪接的破坏，以及 17 bp 重复（605610.0002）。 RT-PCR 分析表明，缺失导致外显子 15 的缺失和正常蛋白浓度降低。然而，2 名受影响个体的表型比在其他 PNKP 突变患者中观察到的严重程度稍低，表明可能存在残留的蛋白质活性。在 280 条对照染色体中未发现 17 bp 缺失。

.0005 共济失调-动眼神经失用 4
PNKP、GLY375TRP

Bras 等人在来自 4 个葡萄牙家庭的 6 名患有共济失调-动眼神经失用症 4（AOA4；616267）的患者中（2015）鉴定出 PNKP 基因中的纯合 c.1123G-T 颠换，导致激酶区域潜在 ATP 核苷酸结合域中高度保守的残基发生 gly375 至 trp（G375W）取代。该突变是通过纯合性作图和外显子组测序相结合发现的，并通过桑格测序进行确认，并根据 dbSNP（版本 137）数据库和包含 2,000 多个样本的内部数据库进行过滤。来自另外 2 个家族的受影响个体是 G375W 复合杂合子和移码突变（分别为 605610.0002 和 605610.0006）。所有突变都随着家族中的疾病而分离。没有进行变体的功能研究。

.0006 共济失调-动眼神经失用 4
PNKP、5-BP INS、1322AGCCG

Bras 等人在一名患有共济失调-动眼神经失用症 4（AOA4；616267）的近亲父母出生的葡萄牙女孩中（2015）鉴定了 PNKP 基因中的复合杂合突变：5 bp 插入（c.1322_1323insACCCG），导致移码和提前终止（Gly442AlafsTer27）和 G375W（605610.0005）。这些突变是通过桑格测序发现的；没有进行家庭隔离研究和功能研究。

.0007 共济失调-动眼神经失用 4
包括轴突腓骨肌萎缩症，2B2 型
PNKP、3-BP DEL、NT1221（rs770849181）

共济失调-动眼神经失用症 4

Bras 等人在 2 名不相关的患有共济失调-动眼神经失用症 4（AOA4；616267）的葡萄牙患者中（2015）在 PNKP 基因中发现了一个杂合 3-bp 缺失（c.1221_1223del），导致残基 thr408（Thr408del）缺失。每个患者的另一个等位基因上的 PNKP 基因都有截短突变（参见例如 605610.0008）。突变随着家族中的疾病而分离；没有进行变体的功能研究。

腓骨肌萎缩症，轴突，2B2 型

Pedroso 等人对一名患有 2B2 型腓骨肌萎缩症（CMT2B2; 605589）的 17 岁巴西男孩进行了研究（2015）在 PNKP 基因中发现了纯合 Thr408del 突变。通过全外显子组测序发现的突变在未受影响的父母中是杂合的。体外功能表达研究表明，与对照成纤维细胞相比，患者成纤维细胞对基因毒性化学损伤更敏感。患者细胞显示出细胞凋亡增加、半胱天冬酶-3（CASP3; 600636）活性增加、细胞周期动力学破坏以及 DNA 损伤的证据。研究结果表明，该突变使细胞无法有效修复碱基切除修复（BER）和非同源末端连接（NHE）途径的 DNA。

Leal 等人讨论了 PNKP 基因中的 Thr408del 突变，该突变在 5 名具有 CMT2B2 的不相关哥斯达黎加先证者中以复合杂合状态发现（2018），参见 605610.0009。莱尔等人（2018）指出，Thr408del 变体出现在外显子 14 中，在 gnomAD 数据库（rs770849181）中出现频率较低（214,338 个等位基因中的 15 个）。

.0008 共济失调-动眼神经失用 4
PNKP、8-BP INS、NT1549

Bras 等人在一名患有共济失调-动眼神经失用症 4（AOA4；616267）的葡萄牙女孩中（2015）鉴定了 PNKP 基因中的复合杂合突变：8 bp 插入（c.1549_1550ins），导致移码和提前终止（Gln517LeufsTer24）和 Thr408del（605610.0007）。突变随着家族中的疾病而分离；没有进行变体的功能研究。

.0009 腓骨肌萎缩症，轴突，2B2 型
PNKP，GLN517TER（rs774995635）

在哥斯达黎加一个大型多代近亲血缘家庭的受影响成员中，患有 2B2 型腓骨肌萎缩症（CMT2B2; 605589），最初由 Leal 等人报道（2001），莱尔等人（2018）在 PNKP 基因的最后一个外显子（外显子 17）中发现了纯合的 c.1549C-T 转换，导致 gln517 到 ter（Q517X）的取代。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。该变体在 gnomAD 数据库中出现频率较低（245,644 个等位基因中的 18 个）。此前，该家族的疾病被错误地归因于 MED25 基因（A335V; 610197.0001）的纯合变异，该变异与 PNKP 对应到同一区域。 MED25 和 PNKP 变体均与该家族中的疾病完全分离，并且显示出存在于相同的单倍型上，表明祖先的创始人单倍型。对另外 5 名具有相似表型的哥斯达黎加先证者的 PNKP 编码测序分析表明，所有这些先证者都是 Q517X 突变和 Thr408del（605610.0007）突变的复合杂合子。这些患者还携带带有 MED25 变异的祖先单倍型。尽管尚未进行功能研究和患者细胞研究，但分子模型预测了 Q517X 突变的破坏性影响。莱尔等人（2018）的结论是，突变蛋白将缺乏重要的功能性 C 末端结构域，导致 DNA 损伤增加并导致随后的细胞死亡。