聚合酶、RNA、线粒体; POLRMT

MTRNAP

此条目中涉及的其他实体：
聚合酶，RNA，核，单多肽，IV，包括； SPRNAPIV，包括

HGNC 批准的基因符号：POLRMT

细胞遗传学位置：19p13.3 基因组坐标（GRCh38）：19:617,221-633,537（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

蒂兰蒂等人（1997）使用基于表达序列标签数据库（dbEST）筛选的基因克隆策略，使用酵母线粒体管家蛋白序列，鉴定编码人线粒体 RNA 聚合酶前体的 cDNA。他们鉴定了一个 3,831 bp 的人类 cDNA，预计可编码 1,230 个氨基酸残基的蛋白质。该蛋白质序列与来自低等真核生物的线粒体RNA聚合酶和来自几种噬菌体的RNA聚合酶对应的序列显示出显着的同源性。线粒体 RNA 聚合酶执行线粒体基因表达的核心活性，并通过提供用于启动复制的 RNA 引物，还参与线粒体基因组的维持和繁殖。因此，它是核线粒体基因组间信号传导疾病的一个有吸引力的候选者。

▼ 测绘

蒂兰蒂等人（1997）通过对一组人类/啮齿动物体细胞杂交体进行基于 PCR 的筛选，将 POLRMT 基因（他们用 mtRPOL 表示为 mtRPOL）分配给 19 号染色体；使用包含 19 号染色体不同部分的第二组进行 19p13.3 区域化。

▼ 基因功能

鱼等人（2004）报道在几种人类细胞系（HeLa、A549 和 143B.TK-）和永生化淋巴细胞的链置换环（D 环）中的核苷酸位置 57 处发现了线粒体 DNA 重链复制起点。与之前描述的起始点（Anderson 等人，1981）起始的新生链相比，起始于该起始点的新生链并未在 D 环的 3 素数末端过早终止，而是远远超出了该控制点，表现得“真实”复制链。该起源主要负责稳定状态条件下 mtDNA 的维持，而从先前确定的 D 环起源合成 mtDNA 对于 mtDNA 耗尽后的恢复以及加速 mtDNA 复制以响应生理需求可能更重要。

克拉夫琴科等人（2005）证明人类和啮齿动物中一些 mRNA 的转录是由单多肽核 RNA 聚合酶介导的，他们将其命名为 spRNAP-IV。 spRNAP-IV 由线粒体 RNA 聚合酶基因 POLRMT 的替代转录物表达。 spRNAP-IV 缺乏线粒体 RNA 聚合酶的 262 个 N 端氨基酸，包括线粒体靶向信号，并且定位于细胞核。 spRNAP-IV 的转录对 RNA 聚合酶 II（PolII；参见 180660）抑制剂 α-鹅膏蕈碱具有抗性，但对 POLRMT 基因特异性的短干扰 RNA 敏感。 spRNAP-IV 的启动子与 RNA PolII 使用的启动子有很大不同，不响应转录增强子，并且包含共同的功能序列基序。

明祖克等人（2011）发现，除了一组可变的线粒体核糖体蛋白之外，还使用 POLRMT、PTCD3（614918）和 DHX30（616423）亲和纯化了固定化线粒体延伸因子 TEFM（616422），这些蛋白来自 HEK 细胞线粒体提取物。 RNase 处理使 PTCD3 和 DHX30 从稳定的 POLRMT-TEFM 二聚体中解离。突变分析表明 TEFM 与 POLRMT 的 C 端催化区域相互作用。在没有 TEFM 的情况下，POLRMT 产生长达 75 个核苷酸的短 RNA 片段。在相同的时间内，但在 TEFM 存在的情况下，POLRMT 合成了长达 400 个核苷酸的 RNA 产物。明祖克等人（2011）假设 TEFM 作为线粒体转录延伸因子发挥作用。

▼ 生化特征

晶体结构

林格尔等人（2011）报道了 2.5 埃分辨率的 mtRNAP 晶体结构，揭示了一个类似 T7 的催化 C 端结构域、一个与 T7 启动子结合结构域非常相似的 N 端结构域、一个新的五肽重复结构域和一个灵活的N端延伸。五肽重复结构域隔离了富含 AT 的识别环，该识别环在 T7 RNAP 中结合启动子 DNA，这可能解释了在启动子结合过程中需要 TFAM（600438）。与此一致的是，在富含 AT 的识别环中替换保守的精氨酸残基，或通过删除 mtRNAP N 端部分来释放该环，对转录没有影响。手指结构域和插入发夹（用于熔化噬菌体 RNAP 中的 DNA）被重新定位，解释了启动子熔化过程中对 TFB2M（607055）的需求。林格尔等人（2011）得出的结论是，他们的结果为线粒体转录的机制分析提供了一个新的场所，并且还表明早期噬菌体样 mtRNAP 如何失去启动子结合和熔化的功能，这些功能是在进化过程中由反式启动因子提供的，从而使线粒体基因调控和线粒体功能对环境变化的适应。

▼ 分子遗传学

Olahova 等人在来自 7 个不相关家庭的 8 名合并氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55; 619743）的患者中（2021）鉴定了 POLRMT 基因（601778.0001-601778.0011）中的杂合、纯合或复合杂合突变。这些突变是通过全外显子组测序、全基因组测序或一组核编码线粒体基因的测序来鉴定的。对除 2 个突变之外的所有突变进行的重组 POLRMT 功能研究表明转录起始和延伸存在异常。

▼ 历史

所有生物体的线粒体都含有与细胞核不同的基因组。环状线粒体染色体包含37个编码线粒体转录装置RNA成分的基因，即22个转移RNA和2个核糖体RNA基因，以及13个多肽编码基因。所有 13 种多肽都是形成线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）途径（复合物 I、III、IV 和 V）的 5 个复合物中的 4 个的重要组成部分。然而，线粒体中的基因表达依赖于众多核基因，这些核基因编码mtDNA编码基因转录和翻译所需的蛋白质成分，以及mtDNA复制所需的蛋白质和RNA成分。此外，核基因编码控制 OXPHOS 复合物的输入、组装和周转的因子，以及充当线粒体功能一般调节因子的蛋白质。核编码的线粒体蛋白由细胞质核糖体合成，通常作为含有 N 末端延伸的前体。导入线粒体是通过复杂的 ATP 依赖性转运系统进行的，然后切割前导肽，最终产生成熟的功能性蛋白质。蒂兰蒂等人（1997）指出，控制线粒体生物发生的核基因组库的异常被认为是某些人类疾病的原因，这些疾病的特征是存在线粒体 DNA 异常和孟德尔遗传。常染色体显性遗传（157640）和常染色体隐性遗传（258450）形式的慢性进行性眼外肌麻痹均与稳定组织中 mtDNA 多重缺失的积累有关。另一个例子是组织特异性 mtDNA 缺失（251880），这是一种常染色体隐性遗传疾病，会在婴儿早期引起严重的器官特异性综合征。孟德尔遗传表明核基因中存在可传递突变，最终会损害线粒体DNA分子的结构完整性或其拷贝数。参与控制线粒体DNA复制和表达的基因被认为是治疗这些疾病的有吸引力的候选基因。与线粒体相关的人类蛋白质集合（即所谓的人类线粒体蛋白质组）的表征对于阐明核线粒体基因组间信号传导的基本机制以及对线粒体疾病感兴趣的临床研究人员非常重要。

蒂兰蒂等人（1997）提到“网络筛选”；基于酵母-人类跨物种比较的序列数据库，作为人类线粒体蛋白质组分子解剖的一种强大、简单、快速且廉价的方法。网络筛选也可能被称为“计算机克隆”。

蛋白质组一词最初是由 Humphery-Smith 等人使用的（1994）和他的同事（Wasinger et al., 1995）指的是基因组的总蛋白质补充（他们描述了在检测各自基因之前可以识别蛋白质的方法。）

▼ 等位基因变异体（11 个选定示例）：

.0001 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT、PRO566SER 和 SER1193PHE

Bowden 等人之前报道过一名 17 岁女孩（患者 1）合并氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55；619743）（2013），奥拉霍瓦等人（2021）鉴定了 POLRMT 基因中的 3 个突变：c.1696C-T 转换（c.1696C-T，NM_005035.3），导致 pro566 到 Ser（P566S）的取代，与 c.3578C 顺式-T 转换（c.3578C-T，NM_005035.3），导致 ser1193-to-phe（S1193F）取代，其与 c.2608G-A 转换处于反式，导致 asp870-to-asn（ D870N；601778.0002）替代。这些突变是通过全外显子组测序发现的。 P566S和S1193F突变是父系遗传的，D870N突变是母系遗传的。在gnomAD数据库中，P566S突变存在于401/200,344个等位基因中，仅存在于杂合状态（等位基因频率为2.0 x 10（-3）），S1193F突变存在于42/279,886个等位基因中，仅存在于杂合状态（等位基因频率为2.0 x 10（-3））。频率为1.61 x 10（-3）），D870N突变存在于992/275,368个等位基因（等位基因频率为3.6 x 10（-3））中，并包括7个纯合子。预计这些突变会影响 POLRMT 核心结构的稳定性。具有 P556S/S1193F 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致转录起始轻微减少，而具有 D870N 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致转录严重减少。两种突变 POLRMT 形式的组合导致转录的中等程度的减少。

.0002 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT，ASP870ASN（rs139383492）

讨论 POLRMT 基因中的 c.2608G-A 转换（c.2608G-A，NM_005035.3），该转换导致 asp870 到 asn（D870N）取代，该取代在患有以下疾病的患者中以复合杂合状态发现： Olahova 等人的氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55；619743）（2021），参见 601778.0001。

.0003 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT、HIS250ASP

Olahova 等人在一名患有氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55; 619743）的 20 岁女性（患者 2）中进行了研究（2021）鉴定了 POLRMT 基因中的复合杂合突变：c.748C-G 颠换（c.748C-G，NM_005035.3），导致 his250 到 asp（H250D）替换，以及 18 bp 缺失（c.2225_2242del；601778.0004），导致氨基酸 Pro742_Pro747 的框内删除。这些突变是通过对 406 个核编码线粒体基因的基因组进行测序而鉴定的，桑格测序显示这些突变是反式的。在gnomAD数据库中，H250D突变存在于50/276,422个等位基因中（等位基因频率为1.81 x 10（-4）），Pro742_Pro747del突变存在于8/47,292个等位基因中（等位基因频率为1.69 x 10（-4）），仅在杂合状态下。具有 H250D 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致转录起始轻微减少，而具有 Pro742_Pro747del 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致转录严重减少。两种突变 POLRMT 形式的组合导致转录的中等程度的减少。

.0004 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT、18-BP DEL、NT2225

用于讨论 POLRMT 基因中的 18 bp 缺失（c.2225_2242del，NM_005035.3），导致氨基酸 Pro742_Pro747 的框内缺失，该氨基酸在氧化磷酸化缺陷患者的复合杂合状态中被发现 - 55（COXPD55；619743），作者：Olahova 等人（2021），参见 601778.0003。

.0005 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT、IVS10、G-C、-1

Olahova 等人在一名患有氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55; 619743）的 58 岁男性（患者 3）中（2021）在 POLRMT 基因内含子 10 的剪接受体位点中鉴定出杂合 c.2641-1G-C 颠换（c.2641-1G-C, NM_005035.3），预计会导致框内删除氨基酸 Gly881_Lys883。该突变通过全外显子组测序进行鉴定，并通过桑格测序进行确认。尚未进行家庭隔离研究。该突变仅以杂合状态出现在 gnomAD 数据库中，频率为 9.49 x 10（-6）。对患者成纤维细胞的研究证实，突变转录本不会受到无义介导的衰变。具有 c.2641-1G-C 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致启动子依赖性转录起始活性严重降低，但单核苷酸掺入活性仅轻度降低。奥拉霍瓦等人（2021）得出结论，突变 POLRMT 比野生型 POLRMT 发挥显性负效应，可能是由于无法在起始和延伸活性之间切换。

.0006 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT，SER611PHE

Olahova 等人在一名患有氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55; 619743）的 3 岁男孩（患者 4）中进行了研究（2021）在 POLRMT 基因中发现了一个从头杂合的 c.1832C-T 转变（c.1832C-T，NM_005035.3），预计会导致 ser611 到 phe（S611F）的取代。通过三重全外显子组测序鉴定了从头突变，并通过桑格测序证实。 gnomAD 和 1000 基因组计划数据库中不存在 S611F 突变。预计该突变会影响辅因子结合中涉及的蛋白质-蛋白质相互作用。具有 S611F 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致启动子依赖性转录起始活性降低和单核苷酸掺入活性降低。

.0007 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT，PHE641LEU

Olahova 等人在一名近亲结婚的 10 岁伊朗男孩（患者 5）中发现了氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55；619743）（2021）鉴定了 POLRMT 基因中的纯合 c.1923C-G 颠换（c.1923C-G，NM_005035.3），预计会导致保守残基处的 phe641 至 leu（F641L）取代。通过三重全外显子组测序鉴定出该突变，并确认父母为突变携带者。 F641L 突变存在于 gnomAD 数据库中仅杂合状态的 1/237,432 个等位基因中（等位基因频率为 4.21 x 10（-6））。预计该突变会影响蛋白质核心结构的稳定性。具有 F641L 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致启动子依赖性转录起始活性降低和单核苷酸掺入活性降低。

.0008 综合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT，CYS925TER

Olahova 等人在一名患有氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55; 619743）的 14 岁女孩（患者 6）中进行了研究（2021）鉴定了 POLRMT 基因中 2 个突变的复合杂合性：c.2775C-A 颠换（c.2775C-A，NM_005035.3），导致 cys925-to-ter（C925X）取代，以及 c. 2428C-T 转换，导致 pro810 到 Ser（P810S；601778.0010）。通过三重全外显子组测序鉴定出突变，并确认父母为突变携带者。在gnomAD数据库中，C925X突变存在于4/31,368个等位基因中，仅在杂合状态下（等位基因频率为1.28 x 10（-4）），P810S突变存在于386/264,146个等位基因中（等位基因频率为1.46 x 10（-3）），其中包括4个纯合子。预计突变会影响蛋白质核心结构的稳定性。具有 P810S 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致启动子依赖性转录起始活性降低和单核苷酸掺入活性降低。

.0009 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT、PRO810SER

讨论 POLRMT 基因中的 c.2428C-T 转变（c.2428C-T，NM_005035.3），导致 pro810 到 Ser（P810S）的取代，该取代在患有以下疾病的患者中以复合杂合状态被鉴定： Olahova 等人的氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55 619743）（2021），参见 601778.0008。

.0010 综合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT，GLN149TER

Olahova 等人在 2 名患有氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55; 619743）的同胞中（患者 7 和 8）（2021）鉴定了 POLRMT 基因中 2 个突变的复合杂合性：c.445C-T 转换（c.445C-T，NM_005035.3），导致 gln149 到 ter（Q149X）取代，以及 c. 3037C-T 转变，导致 arg1013 至 cys（R1013C；601778.0011）取代。通过全外显子组测序鉴定了突变；亲本分离是不可能的，但未受影响的同胞被证实是突变携带者。在gnomAD数据库中，1/249,286个等位基因中存在Q149X突变（等位基因频率为4.1 x 10（-6）），而R1013C突变不存在。预计这些突变会影响 POLRMT 核心结构的稳定性。具有 R1013C 突变的重组 POLRMT 的功能研究导致启动子依赖性转录起始活性降低和单核苷酸掺入活性降低。

.0011 联合氧化磷酸化缺陷 55
POLRMT、PRO810SER

讨论 POLRMT 基因中的 c.3037C-T 转变（c.3037C-T，NM_005035.3），导致 arg1013-to-cys（R1013C）取代，在 2 个同胞中以复合杂合状态鉴定出Olahova 等人的氧化磷酸化缺陷 55（COXPD55；619743）（2021），参见 601778.0010。