设置含有蛋白质 1A 的结构域； SETD1A

SET1A
SET1
赖氨酸特异性甲基转移酶 2F； KMT2F
KIAA0339

HGNC 批准的基因符号：SETD1A

细胞遗传学位置：16p11.2 基因组坐标（GRCh38）：16:30,957,754-30,984,664（来自 NCBI）

▼ 说明

SET1A 是组蛋白甲基转移酶（HMT） 复合物的一个组成部分，该复合物在 lys4（K4） 处产生单甲基化、二甲基化和三甲基化组蛋白 H3。该复合体与酿酒酵母 Set1/COMPASS 复合体类似（Lee 和 Skalnik，2005）。另请参见 SET1B（611055）。

▼ 克隆与表达

威索卡等人（2003） 纯化了与 HCF1（300019） 相关的蛋白质，并鉴定了一种先前未表征的人类三胸（159555） 相关 SET1/ASH2（604782） 组蛋白甲基转移酶复合物，其中包括 SET1A（酿酒酵母 Set1 的人类同源物）。 SET1A 蛋白含有 1,709 个氨基酸，与酵母 Set1 一样，在 C 端含有高度保守的 SET 和后 SET 结构域（与人类和果蝇 trithorax 蛋白的相关），以及与许多 RNA 结合蛋白中发现的 RRM RNA 识别基序。与动物（但不包括酵母）、人类和线虫（但不包括酵母）中存在 HCF1 一致，Set1 蛋白含有在 HCF1 Kelch 结构域结合蛋白（例如转录激活剂 VP16）中发现的 HCF1 结合基序。

于等人（2019） 发现 Setd1a 基因在发育中的小鼠大脑中表达。

通过数据库分析，Mukai 等人（2019） 发现 Setd1a 在整个成年小鼠大脑中表达，其中在新皮质中表达更高。实时定量 RT-PCR 检测小鼠前额皮质（PFC） 各个发育阶段的 Setd1a mRNA。对 6 周龄小鼠内侧 PFC 前边缘区域的免疫染色分析显示，Setd1a 阳性细胞分布在除 L1 之外的所有皮质层中，并与神经元核细胞融合。

▼ 测绘

通过辐射杂交分析，Nagase 等人（1997） 将 SETD1A 基因（他们将其命名为 KIAA0339）对应到 16 号染色体。 Scott（2007） 根据 SETD1A 序列（GenBank AB002337） 与基因组序列（build 36.2） 的比对，将该基因对应到 16p11.2。

▼ 基因功能

威索卡等人（2003） 表明，与酵母中一样，HCF1 相关的人类 SET1/ASH2 HMT 复合物具有组蛋白 H3-K4 甲基化活性，可激活转录。此外，这种活性被转录抑制因子 K9 的预甲基化所阻断，表明 SET1/ASH2 复合物的 K9 甲基化和 K4 甲基化之间存在串扰。人类 SET1/ASH2 HMT 复合物与 HCF1 Kelch 结构域相关，而 Sin3 组蛋白脱乙酰酶（HDAC）（参见 607776 和 601241）（一种抑制转录的染色质相关复合物）与碱性区域相关。从随后的共沉降和免疫沉淀实验来看，Wysocka 等人（2003） 发现人类 SET1/ASH2 复合物在相互排斥的相互作用中可以与与 Sin3 HDAC 结合的 HCF1 或与 VP16 结合的 HCF1 结合，表明转录调节作用的多样性。

Lee 和 Skalnik（2005） 确定 SET1A 与大约 450 kD 的复合物结合，该复合物包含 5 个非催化组分，包括 ASH2、CXXC1（609150）、RBBP5（600697）、WDR5（609012） 和 WDR82（611059）。通过共聚焦显微镜，他们证明 SET1A 和 CXXC1 共定位于与常染色质相关的核斑点。

Tajima 等人使用针对 43 种组蛋白赖氨酸甲基转移酶（KMT） 的短发夹 RNA 筛选（2015） 表明 KMT SETD1A 通过诱导几种靶向 BTG2 的 microRNA 来抑制抗增殖基因 BTG2（601597） 的表达。尽管该机制是间接的，但它是介导转录激活标记的染色质调节因子可以诱导关键效应基因下调的高度特异性方式。此外，该机制与 p53 途径的多个基因共享。田岛等人（2015） 得出结论，SETD1A 在调节肿瘤生长中具有重要作用。

李等人（2016） 证明，最小化的人 RBBP5-ASH2L 异二聚体是与所有 MLL 家族组蛋白甲基转移酶相互作用并激活的结构单元（MLL1, 159555；MLL2, 602113；MLL3, 606833；MLL4, 606834；SET1A；SET1B, 611055）。他们的结构、生化和计算分析揭示了 MLL 家族蛋白的两步激活机制。李等人（2016） 得出的结论是，他们的研究结果为 MLL 家族甲基转移酶的复杂组装和活性调节中的共同主题和功能可塑性提供了前所未有的见解，并且还提出了大多数组蛋白甲基转移酶的通用调节机制。

星井等人（2018） 发现 MLLAF9 小鼠白血病细胞中 Setd1a 的敲低会诱导细胞凋亡、细胞周期停滞和中性粒细胞分化，表明 Setd1a 是白血病细胞生长和存活所必需的。 Setd1a 需要调节对 DNA 损伤反应重要的基因表达，从而保护白血病细胞染色体完整性并防止 p53（TP53; 191170） 依赖性细胞凋亡。突变分析表明，Setd1a 的一个内部区域（作者称之为 FLOS1）是维持 DNA 损伤反应重要基因所必需的。 Setd1a 对于细胞周期蛋白 K（CCNK; 603544） 的染色体募集至关重要，Setd1a 的 FLOS1 结构域结合细胞周期蛋白 K。Setd1a-细胞周期蛋白 K 途径促进 Cdk12（615514） 占据/激活、RNA 聚合酶 II 的磷酸化（参见 180660），以及细胞周期 S 期 DNA 损伤反应基因的表达。此外，作者证实 SETD1A/cyclin K/CDK12 通路也调节人类白血病细胞的生长。

希格斯等人（2018） 发现 SETD1A 和 BOD1L（BOD1L1; 616746） 相互作用，在 HeLa 细胞复制应激后调节基因组稳定性。 SETD1A 和 BOD1L 共同作用，通过抑制 BLM（RECQL3; 604610）/FBH1（FBXO18; 607222） 的抗重组酶功能，稳定新生 DNA 上的 RAD51（179617），从而保护受损的复制叉免受 DNA2（601810） 依赖性切除。敲低分析表明，SETD1A 的催化甲基转移酶活性是其在叉保护中发挥作用所必需的。 SETD1A 催化新生 DNA 上的 H3K4 甲基化也是分叉保护所必需的。 H3K4 甲基化通过抑制 CHD4 介导的叉降解来保护基因组稳定性（603277）。 SETD1A 依赖性 H3K4 甲基化还增强了下游 FANCD2（613984） 依赖性组蛋白伴侣活性，使 SETD1A、H3K4 甲基化和 FANCD2 在同一通路内发挥作用，以促进 RAD51 依赖性分叉保护。

▼ 分子遗传学

伴有或不伴有发育迟缓的早发性癫痫

Yu 等人在一个 4 代中国家庭的 3 名患有早发性癫痫（无发育迟缓）的成员中（EPEDD；618832）（2019） 在 SETD1A 基因（R913C; 611052.0002） 中发现了杂合错义突变。随后发现另外三名患有类似疾病（无论有或没有发育迟缓）的患者在 SETD1A 基因中携带新生杂合错义突变（Q269R，611052.0003；G1369R，611052.0004；和 R1392H，611052.0005）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与该疾病分离在 1 个家族中。没有对患者细胞进行研究。野生型 SETD1A 和 4 个突变构建体在小鼠皮质初级神经元中的表达表明，这些突变与树突次级分支（代表兴奋性突触）上蘑菇状棘密度的降低有关。相反，突变对轴突长度没有影响。研究结果表明，SETD1A 突变不会影响轴突生长或一般神经元形态，但可能对突触的正常发育产生不利影响。对小鼠大脑的研究还表明，这些突变会破坏正常的神经元发育，从而可能导致癫痫（参见动物模型）。

伴有言语障碍和面部畸形的神经发育障碍

Kummeling 等人在 15 名患有神经发育障碍、言语障碍和面容畸形的无关患者中（NEDSID; 619056）（2021）鉴定了SETD1A基因中的14种不同的从头杂合突变（参见，例如，611052.0001；611052.0006-611052.0008）。这些突变是通过常规诊断测试发现的，并且通过 GeneMatcher 程序从几个不同的地方确定了患者。有 5 个无义、6 个移码、1 个错义和 2 个剪接位点突变。预计所有变体都会破坏或删除 SET 催化结构域。五名患者携带影响其他基因的意义不确定的额外变异。对 3 名患者（包括唯一具有 SETD1A 错义变异的患者（Y1499D；611052.0006））来源的成纤维细胞的分析显示，与对照组相比，应激条件下 DNA 损伤反应的激活增强，DNA 降解增加。研究结果与功能丧失效应和 SETD1A 单倍体不足相一致。库梅林等人（2021） 的结论是，这些发现与 H3K4 甲基化和其他表观遗传变化在调节成年神经元发育后功能中的可能作用一致。

与精神分裂症的关联

Takata 等人使用 231 例精神分裂症三人组（181500） 和 34 例对照三人组的外显子组数据（2014） 在 2 名不相关的精神分裂症患者中鉴定出 SETD1A 基因中的 2 个从头杂合功能丧失变异（参见例如 611052.0001）。患者还存在学习困难和强迫症。研究结果表明，参与染色质调节的基因功能障碍可能会导致精神分裂症的发生。

Takata 等人使用 1,021 名精神分裂症患者的外显子组数据（2016） 鉴定出一名患者在 SETD1A 基因中携带新杂合的、潜在功能性同义变异。与对照相比，这些发现非常显着（p = 1.79 x 10（-6），p 校正 = 0.033）。没有进行变异的功能研究和患者细胞的研究。高田等人（2016） 指出 Guipponi 等人（2014） 发现一名精神分裂症患者的 SET1A 基因具有与 Takata 等人报道的 2 名精神分裂症患者相同的功能丧失变异（2014）。他们表示，在 1,074 名先证者的 SET1A 基因中总共发现了 3 个从头功能丧失突变和 1 个从头功能同义突变（p = 1.2 x 10（-8））。

Singh 等人对 4,264 名精神分裂症患者、9,343 名对照者和 1,077 名三人组进行了外显子组测序（2016） 在 SETD1A 基因中发现了 1 个从头变异和 6 个功能丧失变异（参见例如 611052.0001）。在对照中未发现功能丧失变异（p = 3.3 x 10（-9））。包括之前报道的 3 名患者（Takata 等，2014；Guipponi 等，2014）在内，10 名携带 SETD1A 变异的精神分裂症患者中，有 7 名也存在学习困难。荟萃分析结果显示，SETD1A 破坏在精神分裂症中很少见，发生率约为 0.13%。辛格等人（2016） 还在 4,281 名患有严重神经发育障碍的儿童中的 4 名以及来自 5,720 名芬兰外显子组样本的 2 名个体中发现了 SETD1A 基因的杂合功能丧失变异，两人均具有神经精神表型。研究结果表明，SETD1A 基因的功能缺失变异可导致一系列神经发育障碍，组蛋白 H3K4 甲基化途径的表观遗传失调可能在精神分裂症的发病机制中发挥作用。

▼ 动物模型

图西等人（2015） 发现 Setd1a -/- 小鼠胚胎致死。造血室中 Setd1a 的条件性敲除会导致骨髓中祖细胞向前体 B 细胞的发育和脾脏中 B 细胞的成熟受阻。条件性基因敲除小鼠表现出脾脏肿大、脾结构破坏和白细胞减少。骨髓中缺乏 Setd1a 会降低关键 B 细胞基因位点的 H3K4 三甲基化水平，包括 Pax5（167414）、Rag1（179615） 和 Rag2（179616），这些基因对于 IgH 位点（147100） 收缩和重排非常重要。图西等人（2015） 得出结论，SETD1A 及其介导的表观遗传修饰对于调节 IgH 重排和 B 细胞发育至关重要。

于等人（2019） 使用电穿孔将 R913C SETD1A 突变引入 E14.5 小鼠胎儿中。尸检表明，表达 R913C 突变的神经元比对照神经元迁移得更快，表明该突变扰乱了皮质发育的正常过程。对转染野生型 SETD1A 或 R913C、Q269R、G1369R 或 R1392H 突变的胎儿小鼠的皮质神经元样本进行转录组分析表明，与对照组相比，G1369R 和 R1392H 突变与 Neurl4（615865） 和 Usp39（611594） 的显着下调相关。 R913C 和 Q269R 引起的 Neurl4 表达变化未达到统计学显着性。相比之下，小鼠 Setd1a 基因的 shRNA 敲除导致 Neurl4 和 Usp39 的表达水平增加。这两个基因都与泛素连接酶途径相关。

向井等人（2019） 发现 Setd1a +/- 小鼠的 Setd1a RNA 和蛋白质水平降低了约 50%，但在体型、体重和姿势方面与野生型小鼠没有区别。成年 Setd1a +/- 小鼠的大脑表现出正常的总体形态，神经元的总体密度仅略有降低。然而，Setd1a 缺乏会损害工作记忆并改变 PFC 中神经元的短期可塑性和兴奋性。对 Setd1a +/- 小鼠皮层层状组织和细胞结构的检查表明，Setd1a 缺陷会破坏轴突分支和脊柱密度。对成年小鼠 PFC 中 Setd1a 直接靶标的鉴定表明，Setd1a 与其靶基因的启动子和增强子结合，并且 Setd1a 和 Mef2 在增强子上有重叠。 Setd1a 靶标在锥体神经元中高度表达，并表现出复杂的转录失调模式，该模式是由 Setd1a 对启动子和 Mef2 结合增强子的假定相反功能形成的。此外，Setd1a 调控的基因在产前和产后神经发育中发挥着独特的作用，并与精神分裂症和其他神经发育障碍相关。恢复 Setd1a 或药物抑制 Lsd1（KDM1A; 609132） 可挽救成年 Setd1a 缺陷小鼠的工作记忆缺陷，并抵消 Setd1a 缺陷的影响。

长滨等人（2020） 生成了 Setd1a 基因外显子 7 携带移码突变（Setd1a +/-） 的杂合小鼠，模仿精神分裂症患者的功能丧失突变（Singh 等人，2016 年；Takata 等人，2014 年） ）。与野生型相比，Setd1a +/- 小鼠的内侧前额皮质（mPFC）中 Setd1a 蛋白表达几乎减半，并且 Setd1a +/- 幼仔的出生率也较低。 Setd1a +/- 小鼠表现出与精神分裂症相关的各种异常行为。 Setd1a +/- 小鼠还表现出 mPFC 2/3 层（L2/3） 锥体神经元兴奋性突触传递减弱，导致 mPFC L2/3 神经元兴奋和抑制失衡。 Setd1a +/- 小鼠的 mPFC 中与神经发育障碍相关的基因以及与突触前和突触后功能相关的基因的表达发生了改变。同样，mPFC L2/3 锥体神经元中的 Setd1a 敲低会减弱 L2/3 锥体神经元的突触前和突触后功能，导致突触输入的兴奋和抑制平衡升高，并重现 Setd1a +/- 小鼠表现出的受损社会行为。然而，突触后位点的 Setd1a（而非突触前神经元中的 Setd1a）是维持 mPFC 的 L2/3 锥体神经元的兴奋性突触功能和结构所必需的。

库梅林等人（2021） 发现，果蝇 SETD1A 直系同源物 Set1 在蘑菇体（MB）（果蝇大脑的主要记忆和学习中心）终末分化的有丝分裂后神经元中的敲除，导致了通过求偶条件实验评估的记忆缺陷。对突变果蝇大脑的组织学研究并未显示 MB 的形态异常。作者得出的结论是，该基因是成年 MB 神经元在记忆形成过程中正常发挥功能所必需的，而不是在发育过程中。

▼ 等位基因变异体（8 个精选示例）：

.0001 伴有言语障碍和面容畸形的神经发育障碍
SETD1A、2-BP DEL、4582-2AG

Kummeling 等人在 2 名不相关的患者（患者 14 和 15）中发现了神经发育障碍，伴有语言障碍和面容畸形（NEDSID；619056）（2021） 在 SETD1A 基因的内含子 15 中发现了一个从头杂合的 2-bp 缺失（c.4582-2_4582-1delAG），导致剪接位点改变。该突变是通过常规诊断测试发现的：在 gnomAD 数据库（8.237 x 10（-6）） 中，该突变以杂合状态存在于低水平。对患者细胞的 RT-PCR 分析表明，该突变导致外显子 15 和 16 之间出现剪接缺陷，这会中断功能性 N-SET 结构域。突变转录本部分受到无义介导的 mRNA 衰变的影响。对患者细胞的免疫印迹分析显示，与对照组相比，SETD1A 蛋白水平降低。在应激条件下，与对照组相比，患者细胞表现出 DNA 损伤反应的激活增强和 DNA 降解增加。总体结果与功能丧失效应和 SETD1A 单倍体不足一致。两名患者均出现行为异常，其中一名患者具有双相情感障碍的特征。

Singh 等人在 2 名无关的精神分裂症患者中（2016） 在 SETD1A 基因的内含子 15 中发现了杂合 2-bp 缺失（c.4582-2_4582-1delAG），导致剪接位点改变和预测的提前终止密码子。患者还存在学习困难和强迫症。辛格等人（2016） 指出，之前的研究（Takata 等人，2014 年；Guipponi 等人，2014 年）也发现该变异与其他 3 名不相关患者的精神分裂症之间存在关联。辛格等人（2016） 还在 4,281 名患有严重神经发育障碍的儿童中的 3 名中发现了该变异的杂合性：2 名是从头发生的，1 名是母系遗传的。

.0002 癫痫，早发，无发育迟缓
SETD1A，ARG913CYS

Yu 等人在一个 4 代中国家庭的 3 名患有早发性癫痫（无发育迟缓）的成员中（EPEDD；618832）（2019） 在 SETD1A 基因的外显子 10 中发现了一个杂合的 c.2737C-T 转换，导致远离 SET 结构域的区域中的 arg913 到 cys（R913C） 取代。该突变是通过全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。在 dbSNP、1000 基因组计划、ExAC 或 gnomAD 数据库中未找到它。尽管没有对患者细胞进行研究，但对小鼠原代神经元的表达研究和对携带突变的小鼠的研究表明，它可能会破坏正常的神经元和突触发育。

.0003 癫痫，早发，无发育迟缓
SETD1A，GLN269ARG

在一名 2.5 岁的中国女孩（患者 2）中，她患有早发性癫痫，无发育迟缓（EPEDD；618832），Yu 等人（2019） 在 SETD1A 基因的外显子 6 中发现了从头杂合的 c.806A-G 转变，导致远离 SET 结构域的区域发生 gln269 到 arg（Q269R） 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，在 dbSNP、1000 基因组计划、ExAC 或 gnomAD 数据库中均未发现。尽管没有对患者细胞进行研究，但对小鼠原代神经元的表达研究和对携带突变的小鼠的研究表明，它可能会破坏正常的神经元和突触发育。

.0004 癫痫，早发，发育迟缓
SETD1A，GLY1369ARG

Yu 等人在一名患有发育迟缓的早发性癫痫（EPEDD; 618832） 的 2 岁中国男孩（患者 3）中进行了研究（2019） 在 SETD1A 基因的外显子 14 中发现了从头杂合的 c.4105G-A 转变，导致靠近 SET 结构域的区域发生 gly1369 到 arg（G1369R） 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，在dbSNP、1000基因组计划或ExAC数据库中未发现，但在gnomAD数据库中以较低频率（7.9 x 10（-6））发现。在东亚人中没有发现这种变异。尽管没有对患者细胞进行研究，但对小鼠原代神经元的表达研究和对携带突变的小鼠的研究表明，它可能会破坏正常的神经元和突触发育。

.0005 癫痫，早发，发育迟缓
SETD1A，ARG1392HIS

在一名患有早发性癫痫并推测发育迟缓的中国男孩（患者 4）中（EPEDD；618832），Yu 等人（2019） 在 SETD1A 基因的外显子 14 中发现了从头杂合的 c.4175G-A 转变，导致靠近 SET 结构域的区域中 arg1392 到 his（R1392H） 的取代。该突变经桑格测序证实，在 dbSNP 和 1000 基因组计划数据库中未发现，但在 ExAC（1.0 x 10（-4）） 和 gnomAD（3.3 x 10（-5）） 中以较低频率被发现。 ） 数据库。在东亚人中没有发现这种变异。尽管没有对患者细胞进行研究，但对小鼠原代神经元的表达研究和对携带突变的小鼠的研究表明，它可能会破坏正常的神经元和突触发育。

.0006 伴有言语障碍和面容畸形的神经发育障碍
SETD1A，TYR1499ASP

Kummeling 等人在一名患有神经发育障碍、言语障碍和面容畸形的 4.7 岁男孩（患者 13）中（NEDSID；619056）（2021） 鉴定了 SETD1A 基因中的从头杂合 c.4495T-G 颠换（c.4495T-G，NM_014712.2），导致催化 SET 结构域内的 tyr1499 到 asp（Y1499D） 取代。该突变是通过常规诊断测试发现的。对患者细胞的分析显示 SETD1A 蛋白水平正常。然而，在应激条件下，与对照组相比，患者细胞表现出 DNA 损伤反应的激活增强和 DNA 降解增加。研究结果与功能丧失效应和 SETD1A 单倍体不足相一致。该患者还携带其他 2 个基因（EFNB2，600527 和 NHS，300457）中未知意义的变异。

.0007 伴有言语障碍和面部畸形的神经发育障碍
SETD1A、2-BP DEL、NT1602

Kummeling 等人在一名患有神经发育障碍、言语障碍和面容畸形的 10.4 岁女孩（患者 6）中（NEDSID；619056）（2021） 在 SETD1A 基因中发现了一个从头杂合的 2-bp 缺失（c.1602_1603del, NM_014712.2），导致催化结构域之前发生移码和提前终止（Gly535AlafsTer12）。该突变是通过常规诊断测试发现的。对患者细胞的免疫印迹分析显示，与对照组相比，SETD1A 蛋白水平降低。在应激条件下，与对照组相比，患者细胞表现出 DNA 损伤反应的激活增强和 DNA 降解增加。研究结果与功能丧失效应和 SETD1A 单倍体不足相一致。

.0008 伴有言语障碍和面部畸形的神经发育障碍
SETD1A、1-BP DUP、1014C

Kummeling 等人在一名患有神经发育障碍、言语障碍和面容畸形的 6 岁女孩（患者 2）中（NEDSID；619056）（2021） 在 SETD1A 基因中发现了一个从头杂合的 1-bp 重复（c.1014dupC, NM_014712.2），导致催化结构域之前发生移码和提前终止（Ala339ArgfsTer23）。该突变是通过常规诊断测试发现的。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但作者假设单倍剂量不足会导致功能丧失。