啤酒花复合物的 VPS41 亚基； VPS41

液泡蛋白分选 41，酵母，同源物

HGNC 批准的基因符号：VPS41

细胞遗传学位置：7p14.1 基因组坐标（GRCh38）：7:38,722,974-38,909,191（来自 NCBI）

▼ 说明

VPS41 基因编码同型融合和液泡蛋白分选（HOPS）复合物的一个组成部分，该复合物参与内体-溶酶体和自噬体-溶酶体融合。因此，VPS41 在囊泡介导的货物转移至其他细胞内细胞器中发挥着重要作用。此外，VPS41 还参与跨高尔基体网络的溶酶体膜蛋白的转运，以及神经肽的调节分泌（Steel 等人，2020 年和 van der Welle 等人，2021 年总结）。

▼ 克隆与表达

亚铁转运（Fet）蛋白参与酵母中铁的吸收和加工。 Radisky 等人通过对 Fet 突变体的分析（1997）鉴定酵母 Vps41 是组装和靶向高亲和力铁转运系统所需的基因。通过检索EST数据库并筛选人心脏cDNA文库，他们获得了编码人VPS41的cDNA。推导的 854 个氨基酸的蛋白质包含在 VPS41 同源物中高度保守的 C 端序列，并且也在网格蛋白重链（118955）中发现。非酵母 VPS41 同源物也具有 RING-H2 基序。 Northern 印迹分析检测到 3.5 kb 转录物在所有测试组织中均等表达。

Cabrera 等人使用免疫电子显微镜（2010）表明 Vps41 定位于酵母的晚期内体。

▼ 测绘

拉斯基等人（1997）指出对应于 VPS41 的 EST 对应到染色体 14q23。然而，Hartz（2009）根据 VPS41 序列（GenBank AK026848）与基因组序列（GRCh37）的比对，将 VPS41 基因对应到染色体 7p14.1。

▼ 基因功能

卡布雷拉等人（2010）表明酵母 Vps41 通过 2 种不同的转移途径将转移囊泡与靶膜融合：内体-液泡融合和 AP3 囊泡-液泡融合，后者依赖于与内体-液泡融合相同的融合机制，但绕过内体并递送蛋白质直接进入液泡。 Vps41 的 N 端结构域包含两亲性脂质堆积传感器（ALPS）基序，该基序可以形成两亲性 α 螺旋，识别高度弯曲的膜并与之相关。在内体中，ALPS 基序被插入脂质双层并掩蔽 Vps41 的 PEST 结构域，以防止其与 AP3 复合物 Apl5（AP3D1；607246）的 δ 亚基结合，从而使 Vps41 仅在内体-液泡融合中发挥作用。在弯曲较小的液泡中，ALPS 基序可以被液泡酪蛋白激酶 Yck3 磷酸化，从而暴露 AP3 结合位点并允许 Vps41 在 AP3 途径中发挥作用。这种基于磷酸化的切换机制通过从曲率传感模式切换到外套识别模式来区分贩运路线。

阿森西奥等人（2013）发现，与 Ap3 类似，Vps41 是果蝇 S2 细胞和大鼠 PC12 细胞中受调节分泌途径分选所必需的。 Vps41 也是 PC12 细胞中大致密核心囊泡（LDCV）形成所必需的，并影响 LDCV 数量、形态、行为和组成。 Vps41对分泌途径的调节依赖于AP3复合体，Vps41是唯一需要通过与AP3相互作用进行调节的HOPS复合体亚基。 Vps41自组装成晶格，调控分泌途径的形成依赖于Vps41自组装。

▼ 分子遗传学

Steel 等人在一名患有常染色体隐性遗传脊髓小脑共济失调 29（SCAR29; 619389）的近亲父母出生的男孩中（2020）鉴定了 VPS41 基因（605485.0001）中的纯合剪接位点突变。该变异是通过桑格靶向测序发现的；没有报道家庭隔离研究。尚未对该变体进行功能研究，但对患者细胞的电子显微镜分析显示异常空泡，表明溶酶体功能障碍。

Sanderson 等人在来自 5 个无关近亲家庭的 9 名 SCAR29 患者中（2021）鉴定了 VPS41 基因中的纯合错义突变（参见，例如，S285P, 605485.0002；R633P, 605485.0003；和 C791F, 605485.0004）。通过外显子组测序发现的突变被证明在所有具有可用父母遗传物质的家庭中与该疾病分离。突变发生在整个基因中并影响不同的功能域。患者细胞的 VPS41 蛋白水平出现不同程度的降低，表明存在不稳定的突变蛋白或转录本。与对照组相比，VPS41 缺失细胞和患者细胞中的 LAMP2（309060）有所增加；这种缺陷可以通过表达野生型 VPS41 来弥补，但不能通过表达突变体来弥补。

van der Welle 等人在来自 2 个不相关家庭的 3 名 SCAR29 患者中（2021）鉴定了 VPS41 基因中的复合杂合突变（605485.0002; 605485.0005-605485.0006）。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。有 1 个错义变体、1 个无义变体和一个剪接位点突变。这些突变发生在整个基因中，并且仅在 gnomAD 数据库中的杂合状态下以非常低的频率被发现。尽管与野生型 VPS41 相似，突变蛋白定位于细胞质以及 LAMP1（153330）和 LAMP2 阳性内溶酶体，但敲低 VPS41 基因的患者成纤维细胞和 HeLa 细胞含有异常小的酸化溶酶体，不具有包涵体。溶酶体组织蛋白酶 B 也呈阳性（CTSB；116810）。体外功能表达研究表明，S285P（605485.0002）和 R662X（605485.0005）突变无法挽救 VPS41 缺失细胞中的内体-溶酶体融合动力学缺陷，这与存在突变时无功能的 HOPS 复合物一致。患者细胞在将内吞的货物转移至具有酶活性的 LAMP1 阳性溶酶体时表现出类似的动力学缺陷。免疫共沉淀研究表明，S285P 变体能够与核心 HOPS 成分 VPS18（608551）和 VPS33A（610034）相互作用，但 R662X 突变体却不能。然而，S285P 无法挽救 VPS41 缺失的 HeLA 细胞中 HOPS 复合物形成缺陷。尽管这两种突变蛋白与野生型 VPS41 类似，均能结合其他 HOPS 亚基 RAB7（602298）和 ARL8B（616596），但两者都不能形成功能性 HOPS 复合物，导致内吞和自噬货物的溶酶体递送延迟。患者细胞和 VPS41 缺失细胞表现出对饥饿的自噬反应受损，这可以通过野生型 VPS41 来挽救，但不能通过突变型 VPS41 构建体来挽救。 VPS41 缺失细胞和患者细胞中的 mTORC1（参见 601231）复合轴存在扰动，mTORC1 在胞质中重新分布，TFE3（314310）持续定位于细胞核，并且 LC3II 表达增加（参见 601242）。在帕金森病秀丽隐杆线虫模型中，突变型 VPS41 蛋白失去了野生型 VPS41 的神经保护作用，表明 HOPS 复合物参与神经保护作用。作者得出的结论是，这些变异消除了 HOPS 功能，从而干扰 mTORC1 信号轴并导致内体/溶酶体系统缺陷，从而导致神经退行性疾病过程。

▼ 动物模型

桑德森等人（2021）发现 CRISPR/Cas9 介导的斑马鱼 vps41 同源物破坏导致黑素细胞色素沉着缺陷、体长缩短以及与表面活性剂产生或分布异常相关的膀胱缺陷，这与溶酶体相关细胞器的异常一致。突变动物的视动反应和眼球运动控制系统也存在缺陷，表明小脑功能障碍。与对照相比，突变鱼的小胶质细胞表现出形态异常，溶酶体区室更大或更多，并且酸性溶酶体标记物的表达增加；这些变化可以通过野生型 VPS41 的表达来挽救。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 脊髓小脑性共济失调，常染色体隐性遗传 29
VPS41、IVS7DS、G-T、+1

Steel 等人在一名患有常染色体隐性遗传脊髓小脑共济失调 29（SCAR29; 619389）的近亲父母出生的男孩中（2020）在 VPS41 基因中鉴定出纯合内含子 G-to-T 颠换（c.450+1G-T, NM_014396.3），导致外显子 7 的跳过和 22 个氨基酸的框内删除（Ile129_Lys150del ）。该变异是通过桑格靶向测序发现的；没有报道家庭隔离研究。尚未对该变体进行功能研究，但对患者细胞的电子显微镜分析显示异常空泡，表明溶酶体功能障碍。

.0002 脊髓小脑性共济失调，常染色体隐性遗传 29
VPS41、SER285PRO

Sanderson 等人在来自 2 个不相关的沙特近亲父母（家庭 1 和 2）的 4 名患者中，患有常染色体隐性遗传性脊髓小脑共济失调 29（SCAR29；619389）（2021）在 VPS41 基因中鉴定出纯合 c.853T-C 转换（c.853T-C, NM_014396），导致 WD40 结构域中的保守残基处发生 ser285 到 pro（S285P）的取代。该突变通过外显子组测序发现并经桑格测序证实，与家族 1 中的疾病分离。家族 2 中未检查亲本 DNA。

van der Welle 等人在 2 个患有 SCAR29 的同胞（家庭 1）中（2021）鉴定了 VPS41 基因中的复合杂合突变：S285P 突变和 c.1984C-T 转换，导致 CHCR 结构域中的 arg662-to-ter（R662X; 605485.0005）。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，与家族中的疾病分开。 S285P 变体在 gnomAD 数据库中以杂合状态被发现两次（282,128 个等位基因中有 2 个，0.0007%）。在杂合状态的 gnomAD 中，282,180 个等位基因中的 98 个（0.03%）发现了无义突变。对携带 S285P 突变的患者和亲本细胞进行蛋白质印迹分析，结果显示突变蛋白得到表达。对患者细胞的详细功能研究和对转染突变的细胞的体外研究表明，它导致内体-溶酶体融合过程中的动力学缺陷，表明 HOPS 复合体功能失调。

.0003 脊髓小脑性共济失调，常染色体隐性遗传 29
VPS41、ARG633PRO

Sanderson 等人有 2 名姐妹，由伊朗近亲父母出生（家庭 3），患有常染色体隐性遗传性脊髓小脑共济失调 29（SCAR29；619389）（2021）鉴定出 VPS41 基因中的纯合 c.1898G-C 颠换（c.1898G-C，NM_014396），导致 CHCR 结构域中的 arg633 至 pro（R633P）取代。通过外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。

.0004 脊髓小脑性共济失调，常染色体隐性遗传 29
VPS41、CYS791PHE

Sanderson 等人发现，巴西近亲父母（家庭 4）的 2 名同胞患有常染色体隐性遗传性脊髓小脑共济失调 29（SCAR29；619389）（2021）鉴定出 VPS41 基因中的纯合 c.2372G-T 颠换（c.2372G-T，NM_014396），导致锌指/RING 结构域中的保守残基处发生 cys791 至 phe（C791F）取代。通过外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。

.0005 脊髓小脑性共济失调，常染色体隐性遗传 29
VPS41、ARGR662TER

van der Welle 等人在来自 2 个无关家族的 3 名患有常染色体隐性遗传性脊髓小脑共济失调 29（SCAR29; 619389）的患者中（2021）鉴定出 VPS41 基因中的复合杂合突变。所有患者均携带 c.1984C-T 转变（c.1984C-T，NM_014396.19），导致 1 个等位基因上的 CHCR 结构域中的 arg662 至 ter（R662X）替换。来自家庭 1 的两名同胞在另一个等位基因上携带 S285P 突变（605485.0002），而第三名患者由犹太血统的远亲父母所生，在内含子 17（c.1423-2A-G）中携带 A 到 G 的转变。 ; 605485.0006），预计会导致另一个等位基因的剪接异常。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，在两个家族中都与疾病分离。 S285P 变体在 gnomAD 数据库中以杂合状态被发现两次（282,128 个等位基因中有 2 个，0.0007%）。在杂合状态的 gnomAD 中，282,180 个等位基因中的 98 个（0.035%）发现了无义 R662X 突变；在 31,398 个等位基因中的 1 个中发现了剪接位点突变（0.003%）。对患者细胞的蛋白质印迹分析表明，突变体 R662X 转录物受到无义介导的 mRNA 衰减，并导致蛋白质表达下降。

.0006 脊髓小脑性共济失调，常染色体隐性遗传 29
VPS41、IVS17AS、A-G、-2

用于讨论 VPS41 基因内含子 17 中的 A 至 G 转变（c.1423-2A-G、NM_014396.19），预计会导致剪接位点缺陷，该缺陷在患者的复合杂合状态中发现van der Welle 等人患有常染色体隐性遗传脊髓小脑共济失调 29（SCAR29; 619389）（2021），参见 605485.0005。