真核翻译起始因子 2-α 激酶 4； EIF2AK4
一般控制非减压 2； GCN2
KIAA1338
HGNC 批准的基因符号：EIF2AK4
细胞遗传学位置：15q15.1 基因组坐标（GRCh38）：15:39,934,115-40,035,591（来自 NCBI）
▼ 说明
EIF2AK4 属于磷酸化真核翻译起始因子 2（EIF2S1; 603907） 的 α 亚基的激酶家族，以下调蛋白质合成以响应不同的细胞应激（Berlanga 等人，1999）。
▼ 克隆与表达
贝尔兰加等人（1999） 克隆了小鼠 Eif2ak4，他们将其命名为 Gcn2。推导的 1,648 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 186.4 kD。 Gcn2 包含真核丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的所有 12 个保守催化亚结构域。 Gcn2 的 N 端一半包含一个简并激酶结构域，后面是一个带有 EIF2-α 激酶典型的大插入片段的中央催化结构域。 Gcn2 的 C 端一半包含 3 个在 II 类氨酰基-tRNA 合成酶中保守的基序（参见 138295）。 Northern 印迹分析检测到 Gcn2 在所有检查的小鼠组织中表达，其中肝脏和大脑中的水平最高。蛋白质印迹分析在小鼠肝脏提取物中检测到 Gcn2，表观分子质量约为 190 kD。
Nagase 等人通过对从尺寸分级的胎儿脑 cDNA 文库中获得的克隆进行测序（2000）克隆了 EIF2AK4，他们将其命名为 KIAA1338。转录本的 3-prime UTR 包含 Alu 元件。推导的 1,495 个氨基酸的蛋白质与酿酒酵母 Gcn2 具有显着的相似性。 RT-PCR ELISA 检测到所有组织和特定脑区域中 EIF2AK4 表达中度至高度。在成人肝脏、卵巢和杏仁核中检测到最高表达。胎儿肝脏的 EIF2AK4 表达低于成人肝脏。
使用免疫组织化学，Eyries 等人（2014）在对照肺组织中的肺血管壁平滑肌细胞、间质组织和巨噬细胞中检测到 EIF2AK4 的表达。
▼ 测绘
Hartz（2005） 根据 EIF2AK4 序列（GenBank AB037759） 与基因组序列的比对，将 EIF2AK4 基因对应到染色体 15q15.1。
▼ 基因功能
贝尔兰加等人（1999） 证明从小鼠肝脏提取物中免疫纯化的 Gcn2 可以在体外磷酸化兔 Eif2。血清饥饿使转染小鼠 Eif2ak4 的人胚胎肾细胞中磷酸化 EIF2-α 的水平增加了 2 倍以上。
科斯塔-马蒂奥利等人（2005） 报道了 Gcn2 缺失小鼠海马切片的一个独特特征：在 CA1 中，单个 100 Hz 序列诱导了强烈且持续的长期增强（晚期 LTP 或 L-LTP），这依赖于转录和翻译。相比之下，在野生型切片中引发 L-LTP 的刺激（例如四个 100 Hz 序列或毛喉素）未能在 Gcn2 缺失切片中引发 L-LTP。这种异常的突触可塑性反映在莫里斯水迷宫中 Gcn2 缺失小鼠的行为中：在弱训练后，它们的空间记忆得到增强，但在更剧烈的训练后，它们的空间记忆受到损害。激活的 GCN2 刺激 ATF4（604064） 的 mRNA 翻译，ATF4 是 cAMP 反应元件结合蛋白（CREB；123810） 的拮抗剂。因此，在Gcn2缺失小鼠的海马中，ATF4的表达减少，CREB活性增加。科斯塔-马蒂奥利等人（2005） 得出的结论是，他们的研究提供了遗传、生理、行为和分子证据，表明 GCN2 通过调节 ATF4/CREB 通路来调节突触可塑性以及学习和记忆。
奎雷克等人（2009） 指出疫苗学的一个主要挑战是前瞻性地确定功效。他们应用系统生物学方法，包括多重细胞因子分析、流式细胞术和微阵列转录谱分析，来识别早期基因特征，预测用 YF-17D（一种成熟且成功的黄热病疫苗）免疫的人类的免疫反应。计算分析确定了一个基因特征，其中包括 C1QB（120570） 和 EIF2AK4，这是综合应激反应的一部分，与疫苗的 CD8（参见 186910）阳性 T 细胞反应相关并预测。中和抗体反应与 B 细胞成熟因子 TNFRSF17（109545） 的诱导完全相关。奎雷克等人（2009） 得出的结论是，系统生物学方法可以识别先天免疫和随后的适应性免疫反应的相关性。
拉文德兰等人（2014） 指出 GCN2 是氨基酸饥饿的传感器，并通过 EIF2A Ser51 的磷酸化来协调综合应激反应。他们发现，用活的（而非灭活的）YF-17D 刺激人单核细胞衍生的树突细胞（DC） 会诱导应激颗粒的形成以及 EIF2A 和 GCN2 的磷酸化。与 YF-17D 一起孵育的 DC 显示细胞内游离精氨酸和其他氨基酸浓度降低，不带电荷的 tRNA 分子增加，并诱导自噬。
拉文德兰等人（2016） 在小鼠中证明 GCN2 通过抑制炎症小体激活来控制肠道炎症。在氨基酸饥饿或肠道炎症期间，在肠道抗原呈递细胞（APC）和上皮细胞中观察到整合应激反应（ISR）的激活增强。 CD11c+ APC 或肠上皮细胞中 Gcn2 的基因缺失导致炎症体激活和白细胞介素（IL）1-β（147720） 产生增强，从而导致肠道炎症和 T 辅助 17 细胞（TH17） 反应增强。这是由于 Gcn2 -/- 肠道 APC 和上皮细胞自噬减少导致活性氧（ROS） 增加，而活性氧是炎症小体的有效激活剂。因此，肠道 APC 中 Atg5（604261） 或 Atg7（608760） 的条件消融导致 ROS 和 TH17 反应增强。此外，体内 ROS 和 IL1-β 的阻断可抑制 Gcn2 -/- 小鼠的 TH17 反应并减少炎症。重要的是，急性氨基酸饥饿通过依赖 GCN2 的机制抑制肠道炎症。拉文德兰等人（2016） 得出的结论是，这些结果揭示了一种将氨基酸传感与通过 GCN2 控制肠道炎症结合起来的机制。
▼ 分子遗传学
Eyries 等人在 13 个患有常染色体隐性肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的无关家庭的受影响成员中（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的纯合或复合杂合突变（参见例如 609280.0001-609280.0006）。使用连锁分析和全外显子组测序发现了最初的突变；通过对 EIF2AK4 基因进行直接桑格测序发现了随后的突变。另外 20 名明显散发性疾病的患者中，有 5 名（25%）也发现了双等位基因突变。总共鉴定出 22 种不同的突变。大多数是截断或插入/删除突变，破坏了基因的功能。肺动脉高压的诊断年龄为11至50，但大多数患者在20多岁时被诊断出来。 CT 成像通常显示小叶中心毛玻璃样混浊、间隔线和淋巴结肿大。肺活检（如有）显示间隔静脉和间隔前小静脉的纤维性内膜增生，以及肺毛细血管瘤病。患者要么死亡，要么接受肺移植。在具有纯合截短突变的患者的肺组织中未发现可检测到的 EIF2AK4，这与功能丧失一致。没有明显的基因型/表型相关性来解释发病年龄的范围。
在 PVOD2 的 2 个兄弟中，Best 等人（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的复合杂合突变（609280.0007 和 609280.0008）。这些突变是通过外显子组测序发现的，并与家族中的疾病分开。在另外 11 名患有该疾病的先证者中筛查该基因，发现 2 名患者（609280.0001 和 609280.0009-609280.0010）存在双等位基因突变。预计所有突变都会产生截短的蛋白质，但未进行功能研究。贝斯特等人（2014） 指出 EIF2AK4 基因属于调节血管生成的激酶家族。
▼ 动物模型
张等人（2002） 发现 Gcn2 -/- 小鼠能够存活且具有生育能力，并且在标准生长条件下没有表现出表型异常。然而，如果母亲在妊娠期间缺乏亮氨酸、色氨酸或甘氨酸的饮食，则 Gcn2 -/- 小鼠的产前和新生儿死亡率显着增加。亮氨酸剥夺产生了最明显的效果。来自 Gcn2 -/- 小鼠的培养胚胎干细胞在亮氨酸剥夺后未能显示 Eif2-α 磷酸化的正常诱导。野生型小鼠的肝脏灌注实验表明，组胺前体组氨醇存在时的组氨酸限制会导致 Eif2-α 磷酸化增加 2 倍，并伴随 Eif2b 减少（参见 606686）。这些反应在 Gcn2 -/- 肝脏中被消除。
Guo 和 Cavener（2007） 发现，在长期亮氨酸剥夺期间，野生型小鼠肝脏中的脂质合成受到抑制，而 Gcn2 -/- 小鼠中的脂质合成持续不减，导致严重的肝脏脂肪变性。未能下调脂质合成是由于 Srebp1c（SREBF1; 184756） 及其脂肪酸和甘油三酯合成的下游转录靶标的持续表达所致。
Ravindran 等人使用免疫荧光显微镜（2014） 证明，接种 YF-17D 后，Gcn2 -/- 小鼠的肝脏和肺中产生 Ifng（147570） 的 Cd8 阳性 T 细胞的频率降低。 Gcn2 -/- 小鼠中的 Cd4（186940） 阳性 T 细胞反应也有所减少。 DC 中特别缺乏 Gcn2 的小鼠产生 Ifng 的细胞也较少。炎症、抗炎和抗病毒细胞因子不受 Gcn2 缺乏的影响。来自用 YF-17D 刺激的 Gcn2 -/- 小鼠的 DC 减少了自噬的诱导和自噬标记物 LC3 II 的表达（参见 601242）。 LC3 II 和 p62（SQSTM1; 601530） 的积累表明，野生型 DC 中对病毒诱导的自噬的抑制作用比 Gcn2 -/- DC 更强，后者向 T 细胞呈递抗原的能力也较差。 Gcn2 -/- 小鼠对其他病原体的免疫反应分析表明，Gcn2 在针对减毒流感病毒活疫苗（Flumist） 的抗原特异性 Cd8 阳性 T 细胞反应中发挥作用，但未观察到对其他测试病毒或细菌的反应。拉文德兰等人（2014） 得出结论，GCN2 在 DC 激活和调节适应性免疫反应中发挥作用。
▼ 等位基因变异体（10 个精选示例）：
.0001 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、1-BP DEL、NT1392
Eyries 等人在 2 名患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的同胞中（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的复合杂合突变：1-bp 缺失（c.1392del），导致假激酶结构域中的移码和提前终止（Arg465ValfsTer38），以及 c.3802C-T 转变，导致His-tRNA 合酶样结构域中的 gln1268-to-ter（Q1268X; 609280.0002） 替换。这些突变是通过全外显子组测序发现并通过桑格测序证实的，它们与家族中的疾病分离，并且要么非常罕见（频率低于 0.1%），要么不存在于外显子组变异服务器和 1000 基因组计划数据库中。两名患者均在 20 岁时被诊断出来，并且还活着。
Best 等人在一名患有 PVOD2 的患者中（2014） 在 EIF2AK4 基因中发现了纯合 c.1392delT 突变，导致移码和提前终止（Arg465fs）。在 1000 个基因组计划或外显子组变异服务器数据库或 112 个对照外显子组中未发现该突变。该患者是接受 EIF2AK4 突变筛查的 11 名患有该疾病的先证者之一。
.0002 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、GLN1268TER
Eyries 等人讨论了 EIF2AK4 基因中的 gln1268-to-ter（Q1268X） 突变，该突变在 2 名患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的同胞中以复合杂合状态发现（2014），参见 609280.0001。
.0003 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、1-BP DUP、NT567
Eyries 等人在 2 名患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的同胞中，他们是近亲父母所生（2014） 在 EIF2AK4 基因的外显子 5 中发现了纯合 1-bp 重复（c.567dup），导致移码和提前终止（Leu190GlufsTer8）。该突变是通过桑格测序发现的。患者确诊时分别为 20 岁和 27 岁。 28个月后，其中一人死亡，另一人接受了肺移植。其中 1 名患者的肺活检显示没有 EIF2AK4 免疫染色。
.0004 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、ARG1136TER
在患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的患者中，Eyries 等人（2014） 在 EIF2AK4 基因中发现了一个纯合的 c.3406C-T 转换，导致 His-tRNA 合酶样结构域中的 arg1136 到 ter（R1136X） 取代。患者32岁时确诊并接受肺移植；一名受影响的同胞已经死亡。
.0005 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、ARG585GLN
Eyries 等人在一名患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的患者中，该患者的父母是近亲结婚（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的纯合 c.1754G-A 转变，导致蛋白激酶结构域中的 arg585 至 gln（R585Q） 取代。没有对该变体进行功能研究。患者26岁时确诊并接受肺移植。
.0006 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、ARG463TER
在患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的患者中，Eyries 等人（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的纯合 c.1387C-T 转换，导致假激酶结构域中的 arg463 至 ter（R463X） 取代。患者在 19 岁时被诊断出来并死亡。一名受影响的同胞也死亡。
.0007 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4，1-BP DUP，1153G
Best 等人在 2 名患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的兄弟中（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的复合杂合突变：1-bp dup（c.1153dupG），导致移码和提前终止（Val385fs），以及 c.3766C-T 转变，导致 arg1256 到 -三（R1256X；609280.0008）替代。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。它们不存在于 1000 个基因组计划或外显子组变异服务器数据库或 112 个对照外显子组中。
.0008 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、ARG1256TER
Best 等人讨论了 EIF2AK4 基因中的 arg1256-to-ter（R1256X） 突变，该突变在患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的 2 名兄弟中以复合杂合状态发现（2014），参见 609280.0007。
.0009 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、ARG1150TER
Best 等人在患有肺静脉闭塞病 2（PVOD2; 234810） 的患者中（2014） 鉴定了 EIF2AK4 基因中的复合杂合突变：c.3438C-T 转换，导致 arg1150 到 ter（R1150X） 取代，以及剪接位点突变（c.860-1G-A; 609280.0010）。这些突变不存在于 1000 个基因组计划或外显子组变异服务器数据库或 112 个对照外显子组中。该患者是接受 EIF2AK4 突变筛查的 11 名患有该疾病的先证者之一。
.0010 肺静脉闭塞性疾病 2
EIF2AK4、NT860-1G-A
讨论 Best 等人在肺静脉闭塞病 2（PVOD2；234810） 患者的复合杂合状态下发现的 EIF2AK4 基因（c.860-1G-A） 剪接位点突变（2014），参见 609280.0009。
