微型染色体维持复合物成分 4； MCM4

微型染色体维持，酿酒酵母，4 的同源物
细胞分裂周期 21，S. Pombe，同源物
CDC21，S. POMBE，同系物

HGNC 批准的基因符号：MCM4

细胞遗传学位置：8q11.21 基因组坐标（GRCh38）：8:47,960,941-47,978,160（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

Schizosaccharomyces pombe Cdc21 是 Mcm 蛋白家族的成员，该家族是酵母质粒（微型染色体）有丝分裂稳定性和细胞基因组复制所需的一组核蛋白（参见 600592）。 Hu 等人通过使用针对 Mcm 蛋白最高度保守区域的抗体筛选 HeLa 细胞 cDNA 表达文库（1993） 鉴定了编码 Cdc21 人类同源物的部分 cDNA，将其命名为 MCM4。

穆萨尔等人（1995） 使用了 Hu 等人分离的 cDNA 片段（1993） 克隆额外的 MCM4 cDNA。他们发现预测的 MCM4 蛋白与 Cdc21 有 45% 的氨基酸同一性。通过 SDS-PAGE 观察到的 864 个氨基酸的 MCM4 蛋白的分子量为 97 kD，与其计算的分子量 96.6 kD 相似。使用和不使用磷酸酶处理的蛋白质印迹分析表明 MCM4 在有丝分裂细胞中高度磷酸化。细胞分级分离研究表明，MCM4 的磷酸化不足和过度磷酸化形式均与细胞核相关。磷酸化程度较低的形式似乎与核结构的结合更紧密。免疫沉淀和色谱研究表明 MCM4 与其他 2 个 MCM 蛋白形成稳定的复合物，并且与 MCM2 松散关联（116945）。

▼ 测绘

拉登堡等人（1997） 通过荧光原位杂交（FISH） 将 MCM4 基因定位到染色体 8q12-q13。他们表明 MCM4 和 PRKDC（600899） 基因的 5-prime 末端相距不到 1 kb。这些基因以相反的方向转录。

康纳利等人（1998）报道MCM4和PRKDC基因的转录起始位点相距约700 bp，起始密码子相距1018 bp。这些基因的启动子似乎是自主的。

佐藤等人（1997） 通过 FISH 将 MCM4 基因定位到 8q11.2。

▼ 基因功能

格罗斯等人（2007） 描述了人组蛋白伴侣 ASF1（参见 609189）和 MCM2-7（假定的复制解旋酶）通过组蛋白 H3-H4 桥连接的复合物。 RNA 干扰对 ASF1 的消耗阻碍了复制位点的 DNA 解旋，并且新组蛋白 H3-H4 的过量产生损害了 ASF1 的功能，从而产生了类似的缺陷。格罗斯等人（2007） 得出结论，他们的数据将 ASF1 伴侣功能、组蛋白供应和染色质中 DNA 的复制解旋联系起来。格罗斯等人（2007） 提出 ASF1 作为组蛋白受体和供体，通过 ASF1-（H3-H4）-MCM2-7 中间体在复制叉处处理亲本和新组蛋白，从而提供了一种微调复制叉进程的方法组蛋白的供应和需求。

Sheu 和 Stillman（2010） 在酿酒酵母中表明，Mcm4 的氨基末端富含丝氨酸/苏氨酸的结构域（NSD） 在 DNA 复制控制中具有抑制和促进作用，并且 Dbf4（604281）/ 的唯一基本功能Cdc7（603311） 激酶（DDK，Dbf4 依赖性蛋白激酶）可缓解 NSD 内的抑制活性。通过将缺乏抑制活性的 mcm4 突变体与绕过启动 DNA 复制所需的细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK） 的突变相结合，Sheu 和 Stillman（2010） 表明，当 CDK 和 DDK 被激活时，DNA 合成可以发生在 G1 期。有限的。然而，DDK 仍然是有效 S 期进展所必需的。在缺乏 DDK 的情况下，Mcm4 NSD 远端部分的 CDK 磷酸化变得至关重要。此外，DDK-null 细胞在羟基脲诱导的 DNA 损伤存在的情况下无法激活 S 期内检查点，并且无法在这一挑战中生存。 Sheu 和 Stillman（2010） 得出的结论是，他们的研究证实，Mcm4 的真核生物特异性 NSD 已经进化为整合多个蛋白激酶调节信号，以进入 S 期。

Sedlackova 等人使用 U2OS 细胞（2020） 表明，母细胞通过回收染色质结合的（亲代）MCM 并合成新的（新生）MCM 来建立 MCM 核池，以便子细胞能够维持无错误的 DNA 复制。尽管所有 MCM 都可以形成复制前复合物（RC），但亲本池本质上是稳定的，并且优先成熟为基因组复制所需的高效 CDC45（603465）-MCM-GINS（参见 610608）（CMG） 解旋酶。相比之下，新生的 MCM3（602693）、MCM4、MCM5（602696）、MCM6（601806） 和 MCM7（600592），而不是 MCM2，在细胞质中经历快速蛋白水解，并且它们的稳定和核转位需要与 MCM 复合物相互作用。结合蛋白（MCMBP；610909），一种遥远的 MCM 旁系同源物。通过陪伴新生的 MCM，MCMBP 通过增加前 RC 的染色质覆盖率来保护复制基因组，前 RC 不参与复制起点，但调整复制体运动的速度，以最大限度地减少 DNA 复制过程中的错误。因此，尽管 MCMBP 缺陷细胞中前 RC 的缺乏并没有改变 DNA 的整体合成，但它增加了单个复制体的速度和不对称性，从而导致 DNA 损伤。因此，MCM 的过剩通过限制细胞复制 DNA 的速度来提高基因组复制的稳健性。塞德拉科娃等人（2020） 提出，生理叉速度的改变可能解释了为什么即使 MCM 水平轻微降低也会破坏基因组的稳定性并导致肿瘤形成增加。

▼ 分子遗传学

Gineau 等人在爱尔兰旅行者群体中患有免疫缺陷 54（IMD54；609981）的 2 个近亲亲属的受影响成员中，其特征是自然杀伤（NK）细胞和糖皮质激素缺乏并伴有 DNA 修复缺陷（2012） 鉴定出 MCM4 基因中的纯合突变（602638.0001）。 Eidenschenk 等人此前曾报道过其中一个家庭（2006）。体外功能表达研究表明，该突变导致亚型异构体的翻译。与对照相比，用突变等位基因转染的细胞显示出处于G1和S期的细胞比例较低，而处于G2/M期的细胞比例较高。研究结果表明，突变型 MCM4 不利地破坏了 DNA 复制的协调，并损害了防止再复制的正常控制，对有丝分裂期产生了影响。与对照相比，患者细胞的基因组不稳定性增加，DNA 断裂增加。

休斯等人（2012） 在来自 3 个近亲爱尔兰旅行者亲属的 8 名 IMD54 儿童中发现了相同的纯合截短突变。

凯西等人（2012） 在来自爱尔兰旅行者群体 3 个氏族的 10 名个体中发现了 MCM4 基因相同突变的纯合性，这些个体表现出自然杀伤细胞缺陷、DNA 修复障碍和家族性糖皮质激素缺陷。

▼ 动物模型

Mcm4（微型染色体维护缺陷 4 同源物）编码 MCM2-7 复合体（也称为 MCM2-MCM7）的亚基、复制许可因子和假定的复制解旋酶。志摩等人（2007） 报道称，在正向遗传筛选中分离出的小鼠染色体不稳定突变 Chaos3（自发发生的染色体畸变 3）是 Mcm4 的可行等位基因。 Chaos3 突变编码进化不变氨基酸（F345I） 的变化，产生明显不稳定的 MCM4。志摩等人（2007） 改造酿酒酵母菌株使其含有相应的等位基因（导致 F391I 变化），并发现它表现出典型的微型染色体丢失表型。破坏的 Mcm4 等位基因的纯合性导致小鼠植入前致死，而带有 Chaos3 等位基因与无效等位基因复合杂合的小鼠胚胎在妊娠晚期死亡，表明 Chaos3 突变是低等位性的。突变的胚胎成纤维细胞对 DNA 复制抑制剂 aphidicolin 诱导的染色体断裂高度敏感。值得注意的是，超过 80% 的 Chaos3 纯合女性死于乳腺癌，平均潜伏期为 12 个月。这些发现表明，编码 MCM2-7 复合体亚基的基因的亚等位基因可能会增加患乳腺癌的风险。

休斯等人（2012） 发现 Mcm4 无效等位基因的纯合性在小鼠胚胎中是致命的。然而，Mcm4 突变小鼠却存活了下来。他们的肾上腺异常，类固醇生成细胞被非类固醇生成、GATA4（600576） 和 GLI1（165220） 阳性细胞取代，这些细胞可能会损害类固醇生成的输出。具有亚等位基因的小鼠还表现出高度的染色体脆性和基因组不稳定性、严重的生长障碍以及对乳腺肿瘤、组织细胞肉瘤和淋巴瘤的易感性增加。

麦克奈恩等人（2019） 发现异六聚体微型染色体维持复合体中的突变导致基因组不稳定，使得雌性小鼠胚胎比雄性小鼠胚胎更容易受到胚胎致死的影响。这种偏差并非归因于 X 染色体失活缺陷、差异复制许可或 X 与 Y 染色体大小，而是归因于“男性”、“性别”。因为 XX 胚胎可以通过转基因介导的性逆转或睾酮注射来挽救。外源性或内源性睾酮保护胚胎的能力与其抗炎特性有关。布洛芬是一种非甾体抗炎药，它挽救了不仅含有 Mcm 基因而且含有 Fancm（609644） 基因突变的女性胚胎；与 Mcm 突变体类似，Fancm 突变体胚胎由于复制叉修复受损而导致基因组不稳定性（以具有微核的细胞数量来衡量）水平增加。此外，抗炎性 IL10 受体（IL10RA; 146933） 的缺陷对于 Mcm4（Chaos3） 解旋酶突变体来说是综合致死的。麦克奈恩等人（2019） 得出的结论是，他们的实验表明，在发育过程中，与 DNA 复制相关的 DNA 损伤会诱发炎症，这种炎症优先对女性胚胎致命，因为男性胚胎受到高水平的内在睾酮的保护。

▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：

.0001 免疫缺陷54
MCM4、IVS1AS、A-G、-2

Gineau 等人在爱尔兰旅行者社区内患有免疫缺陷 54（IMD54；609981）的 2 个近亲亲属的受影响成员中（2012） 鉴定了 MCM4 基因内含子 1（71-2A-G） 中的纯合 A 到 G 转变，该转变将剪接位点移动 1 个核苷酸，导致插入单个 G 核苷酸（70_71insG），并导致密码子 27（Phe24ArgfsTer4） 处发生移码和提前终止。 Eidenschenk 等人此前曾报道过其中一个家庭（2006）。该突变是通过连锁分析和该区域内的基因测序确定的，在 1,003 个对照个体或几个大型数据库中均未发现该突变。患者细胞没有表现出任何全长野生型 MCM4 蛋白，而是表现出 2 种较低分子量的蛋白（大约 90 和 95 kD），在对照细胞中也发现了低水平的蛋白。 HEK293T 细胞研究表明，患者细胞中发现的较短的 MCM4 亚型是由下游起始密码子生成的，并且缺乏野生型蛋白的 N 末端。较短的 MCM4 亚型能够与正常的 MCM4 结合配偶体相互作用，并与野生型类似的染色质结合。然而，与对照组相比，转染突变等位基因的细胞显示出处于 G1 和 S 期的细胞比例较低，而处于 G2/M 期的细胞比例较高。研究结果表明，突变型 MCM4 不利地破坏了 DNA 复制的协调，并损害了防止再复制的正常控制，对有丝分裂期产生了影响。与对照相比，患者细胞的基因组不稳定性增加，DNA 断裂增加。患者的 CD56（dim） NK 细胞数量减少，表明 NK 细胞分化存在缺陷。此外，患者 CD56（bright） NK 细胞的增殖能力受损。吉诺等人（2012） 的结论是该突变是亚态的。

休斯等人（2012） 在来自 3 个近亲爱尔兰旅行者亲属的 8 名患有 NKGCD 的儿童中发现了相同的纯合截短突变。通过纯合性作图和外显子组测序发现了该突变，该突变在 300 条对照染色体或多个外显子组数据库中均未发现。对照细胞显示两种主要的 MCM4 蛋白，分子量分别为 96 kD 和 85 kD，而来自患者淋巴细胞的细胞裂解物仅显示 85 kD MCM4 种类，表明存在替代转录或翻译起始位点。在患者细胞中观察到的更快迁移的亚型似乎是由第三个框内 ATG 的内部起始引起的，并且所得蛋白质缺乏 N 末端序列。休斯等人（2012） 表明这种较小的亚效同工型将患者从致命的表型中拯救出来。

凯西等人（2012） 还在 Eidenschenk 等人报道的受影响的家庭成员中发现了这种突变的纯合性（2006）。该突变是通过外显子组测序发现的。