具有线性连接特异性的 OTU 去泛素酶; OTULIN

序列相似度105的家族，成员B； FAM105B
GUMBY, 小鼠, 同源;GUM

HGNC 批准的基因符号：OTULIN

细胞遗传学位置：5p15.2 基因组坐标（GRCh38）：5:14,664,718-14,716,525（来自 NCBI）

▼ 说明

蛋白质的泛素化是调节多种细胞过程的重要后修饰。多聚泛素（polyUb） 连接有 8 种不同类型，其中最常见的是与 Ub C 末端甘氨酸（gly76） 连接的 lys48 和 lys63。 PolyUb 还可以通过线性泛素组装复合物（LUBAC） 连接成线性链，该复合物催化 1 个 Ub 单体的 gly76 与下一个 Ub 单体的 N 端甲硫氨酸（met1） 连接。 OTULIN 是一种去泛素化酶，可调节 LUBAC 活性并逆转线性 met1 连接的多聚泛素链的形成（Keusekotten et al., 2013）。

▼ 克隆与表达

里夫金等人（2013） 指出，小鼠 Otulin（他们称之为 Gumby）是一种去泛素化酶，其特征是卵巢肿瘤（OTU） 结构域与 cys-his-asn 催化三联体折叠。免疫荧光分析检测到 Gumby 在发育中的小鼠脉管系统和鳃弓以及神经嵴细胞中存在，并且在内皮细胞亚群中富集。

Keusekotten 等人使用生物信息学筛选来识别含有 OTU 结构域的酶（2013） 鉴定出了 OTULIN，他们从人脑 cDNA 文库中克隆了它。推导的 352 个氨基酸蛋白具有一个短的 N 端螺旋结构域，后面是一个大的 OTU 结构域（氨基酸 88 到 352）。数据库分析表明 OTULIN 在人体组织中表达无处不在。荧光标记的 OTULIN 在转染的 HEK293 细胞的细胞质中表达。在脊椎动物和一些无脊椎动物中发现了 OTULIN 的直系同源物，但在黑腹果蝇或线虫中没有发现。

▼ 测绘

Gross（2014） 根据 OTULIN 序列（GenBank BC007706） 与基因组序列（GRCh37） 的比对，将 OTULIN 基因对应到染色体 5p15.2。

里夫金等人（2013）报道了小鼠Otulin基因对应到染色体15。

▼ 基因功能

Rivkin 等人通过在 HEK293 细胞中表达小鼠 Gumby（2013） 发现 Gumby 与 Hoip（RNF31; 612487） 相互作用，Hoip 是 LUBAC 的一个关键组件。 Gumby 抑制线性多聚泛素链的积累以及随后 NF-kappa-B（参见 164011）依赖性转录的激活。 Gumby 对 LUBAC 的抑制需要其催化活性。酵母 2 杂交和免疫沉淀分析表明，Gumby 还与 Wnt 信号传导所需的 DVL2（602151） 相互作用。

通过针对所有 8 种二泛素（diUb） 连接类型和 ser76-to-met1 tetraUb 底物测定重组酶，Keusekotten 等人（2013） 发现人 OTULIN 在结合和水解 met1-diUb 底物方面表现出严格的特异性。 OTULIN 还可以水解较长的 met1 连接的聚泛素链。当在 HEK293 细胞中过表达时，OTULIN 会从 NEMO（IKBKG；300248） 中去除 met1-polyUb，并抑制 LUBAC 介导的 NF-kappa-B 信号传导。相反，OTULIN 的敲低会增加 TNF-α（TNF；191160）刺激后的 met1-polyUb、IKK（参见 603258）激活和 NF-kappa-B 信号转导。然而，OTULIN 的过表达和敲低都会使细胞对 TNF-α 诱导的细胞凋亡敏感，这表明 met1 连接在 TNF-α 受体（参见 191190）信号传导中发挥着复杂的作用。蛋白质下拉分析显示 OTULIN 与 LUBAC 亚基（包括 HOIP）和靶向 me1-polyUb HOIP 相互作用，表明 OTULIN 可以阻止 LUBAC 经历激活的自身泛素化。科塞科滕等人（2013） 预测 OTULIN 可能会靶向与 met1 连接的 Ub 链，无论它们附着在何处，而不是靶向单个蛋白质。

黑格尔等人（2018） 表明 OTULIN 通过防止线性多聚泛素自身泛素化来促进而不是抵消 LUBAC 活性。因此，在内皮细胞中组成型或选择性表达催化失活的 Otulin 的敲入小鼠与 Lubac 缺陷型小鼠相似，并且由于 Tnfr1 和 Ripk1 激酶活性介导的细胞死亡而在妊娠中期死亡（603453）。成年小鼠中 Otulin 失活也会导致促炎细胞死亡。因此，细胞死亡介体的联合丧失可防止胚胎致死和成体自身炎症：Casp8（601763） 导致细胞凋亡，Ripk3（605817） 导致坏死性凋亡。出乎意料的是，缺乏Casp8和Ripk3的Otulin突变小鼠在围产期死亡，表现出依赖于Ripk1的I型干扰素的产生增强。黑格尔等人（2018） 得出的结论是，他们的结果表明 OTULIN 和 LUBAC 在线性途径中发挥作用，并强调了线性泛素化、细胞死亡调节因子和 I 型干扰素诱导之间以前未被认识的相互作用。

▼ 生化特征

科塞科滕等人（2013） 报道了人 OTULIN 的晶体结构，分辨率为 1.3 埃。 OTULIN 采用与 lys48 特异性 OTUB1（608337） 最相似的 OTU 折叠，并呈现活性和抑制构象。在活性构象中，asn341、his339 和 cys129 之间形成催化三联体。在受抑制的构象中，asp336 将 his339 拉离其催化位置，而 cys129 则翻转为非活性构象。 OTULIN 在活性位点上结合 2 个 Ub 分子，而 Ub 的 glu16 似乎在确定与 met1 连接的 Ub 链的特异性以及通过底物辅助催化激活催化三联体中发挥了作用。

▼ 分子遗传学

自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征

达姆加德等人（2016） 研究了一个高度近亲的巴基斯坦家庭，其中 3 名个体患有严重的自身炎症综合征，其特征是反复发作的全身炎症，伴有腹泻、白细胞增多、中性粒细胞增多和血清 C 反应蛋白升高（AIPDS; 617099）。通过纯合性作图，然后进行候选基因和外显子组测序，他们鉴定出了与家族中的疾病分离的纯合错义突变（L272P，614712.0001）。在外显子组变异服务器或 ExAC 数据库中未发现该突变。与对照样本相比，患者血液样本显示 OTULIN 水平略有降低，而 M1 连接的多聚泛素链水平大幅升高。

通过外显子组测序和 AIPDS 患者的候选基因筛选，Zhou 等人（2016） 鉴定了 OTULIN 基因的纯合突变。他们在 Damgaard 等人报道的同一巴基斯坦家庭的受影响成员中发现了 L272P 突变（2016），以及无关的土耳其患者中的错义（Y244C, 615712.0002） 和移码（Gly174AspfsTer2; 615712.0003） 突变。通过荧光素酶测定分析，Zhou 等人（2016） 证明 L272P 和移码突变增强了 NF-kappa-B 和 MAPK 通路的信号传导。周等人（2016） 还证明 OTULIN 的功能丧失突变导致信号分子线性泛素化增加，并导致 TNFR1（191190）、NF-kappa-B 和 ASC（606838） 依赖性炎症增强。

在一名患有 AIPDS 的近亲父母所生的伊朗患者中，Nabavi 等人（2019） 鉴定了 OTULIN 基因中的纯合剪接位点突变（617099.0007）。通过全外显子组测序鉴定出的突变在父母中以杂合状态存在。对来自父亲的 PBMC 的 cDNA 分析表明，存在完全剪接的 mRNA 和较小的异常剪接片段，预计这些片段会产生不稳定的截短蛋白质。

达姆加德等人（2019） 在 AIPDS 患者的 OTULIN 基因（G281R; 617099.0008） 中发现了纯合错义突变。与野生型相比，具有 G281R 突变的纯化 OTULIN 对 M10 连接的 tetraUb 底物的催化效率降低。在患者成纤维细胞中检测不到 OTULIN 表达。此外，患者成纤维细胞中 LUBAC 成分下调，对 TNF 信号传导的细胞反应受损。

Zinngrebe 等人（2022） 在 AIPDS 患者中鉴定出 OTULIN 基因（617099.0009; 617099.0010） 中的复合杂合突变。与对照组相比，患者成纤维细胞和 B 细胞中的 LUBAC 成分有所增加。对患者及其突变携带者父母的 EBV 转化 B 细胞系中线性泛素连接的分析表明，所有 3 种细胞系中都存在线性泛素化过剩，尽管患者体内的线性泛素化程度更高。

免疫缺陷107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染

Spaan 等人通过对 105 名患有侵袭性葡萄球菌病免疫缺陷病例的队列进行外显子组测序（2022） 鉴定了 3 名先证者在 OTULIN 基因（615712.0004-615712.0006）（IMD107; 619986） 中具有杂合突变。错义1个，无义1个，移码突变1个；错义突变导致 OTULIN 表达正常水平，而其他 2 个突变导致 OTULIN 表达缺失，与单倍体不足一致。在 3 个表型较温和的家庭成员和 3 个未受影响的家庭成员中也发现了突变，这与可变的表达性和不完全外显率一致。 HEK293T 细胞的体外功能表达研究表明，在 LUBAC 存在的情况下，NEMO（300248） 的线性去泛素化存在一些（但不是全部）突变缺陷。突变型 HEK293T 细胞在用 TNF 刺激后对 NFKB（参见 164011）抑制呈亚等形或无定形。对患者免疫细胞的详细检查未发现异常。患者来源的成纤维细胞表现出不同程度的低 OTULIN mRNA 或蛋白质水平，具体取决于突变类型和含有线性泛素（M1-Ub） 的聚集体的异常积累。这些聚集体对 OTULIN 处理敏感。进一步的研究表明，具有丰富 K63 多聚泛素化链的 Caveolin-1（601047） 在患者成纤维细胞中积累，但在白细胞中却没有积累。与对照相比，患者成纤维细胞显示出金黄色葡萄球菌 α-毒素的结合水平增加，并且 ADAM10（602192） 在金黄色葡萄球菌 α-毒素结合后保留在细胞表面，最终增强了成纤维细胞的细胞毒性。 Caveolin-1 与 ADAM10 和 α-毒素共定位，表明该蛋白质在此过程中发挥作用。 TNF 介导的 NFKB 信号在真皮成纤维细胞中保持完整。研究结果表明，OTULIN 的单倍体不足通过与其他蛋白质的相互作用，破坏了成纤维细胞以及可能其他非白细胞中对 α-毒素的细胞内在免疫。对α-毒素的敏感性可以在体外用α-毒素中和抗体来挽救，作者推测，针对α-毒素的内源性抗体的减少也可能对表型有贡献，并可以解释一些可变的表达性。

斯潘等人（2022） 还鉴定了来自 3 个不相关家庭（亲属 D、E 和 F）的 4 名患者，他们具有 OTULIN 基因杂合突变（N341D、P254S 和 R263Q），他们有疾病表现，包括皮肤和肺部感染，但在缺乏传染原的鉴定。来自这些患者的成纤维细胞表现出与侵入性葡萄球菌感染患者相似的异常。作者认为这些患者可能患有低度感染或未知的触发因素。对双等位基因 OTULIN 突变患者的杂合父母的回顾性调查（参见例如 615712.0001-615712.0003）显示，10 位父母中有 3 位自我报告有轻度表型。此外，斯潘等人（2022） 发现，由于染色体 5p（123450） 杂合缺失而导致 Cri-du-Chat 综合征的 6 名患者中有 2 名患者自我报告了该疾病的轻度特征，其中包括 OTULIN 基因。后一组患者报告了复发性皮肤感染和社区获得性肺炎，尽管仅在 1 名患者中证实了 MRSA 感染。总体而言，研究结果支持了以下观察结果：OTULIN 单倍体不足使突变携带者容易出现细胞内在免疫缺陷。

▼ 动物模型

里夫金等人（2013） 发现，小鼠 Gumby 中的 2 个替换（trp96 替换为 arg（W96R） 或 asp336 替换为 glu（D336E））的纯合性在胚胎第 12.5 天后是致命的。两种纯合突变均导致头部和躯干血管网络分支缺陷以及鳃弓减少。晶体分析表明，野生型 trp96 和 asp336 位于 Gumby 活性位点的催化半胱氨酸附近。

达姆加德等人（2016） 发现成年小鼠所有细胞中 Otulin 的诱导消融会导致快速致死。免疫细胞中诱导失去 Otulin 的小鼠表现出体重快速减轻，并伴有循环中性粒细胞增加，但淋巴细胞和单核细胞数量没有变化。这些小鼠中 Tnf、Il6（147620）、Gcsf（CSF3; 138970）、Kc（CXCL1; 155730） 和 Mcp1（CCL2; 158105） 的血清水平显着增加。没有大体解剖学变化，但组织学分析显示中性粒细胞大量浸润到多个组织中。免疫细胞中缺乏 Otulin 的小鼠的表型模仿了 ORAS 的许多症状。用针对 Tnf 的中和抗体（而非针对 Il6 或 Gcsf 的中和抗体）治疗这些小鼠，改善了体重减轻，减少了组织浸润但不减少循环中性粒细胞，并且总体上降低了细胞因子水平。仅淋巴细胞中缺乏 Otulin 的小鼠是健康的，没有炎症表型，而骨髓细胞中缺乏 Otulin 的小鼠仅表现出慢性炎症和自身免疫。 Otulin 缺陷型小鼠巨噬细胞无法控制 LUBAC 介导的 met1 连接泛素链的产生，从而导致刺激孤立的基础 NF-κ-B 激活和“无菌”效应。炎症信号传导。达姆加德等人（2016） 得出结论，TNF 是导致 OTULIN 缺乏症炎症的重要因素，并且 OTULIN 在骨髓细胞中对于防止炎症细胞因子和自身免疫的不当分泌至关重要。

▼ 等位基因变异体（10 个精选示例）：

.0001 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
奥图林，LEU272PRO

Damgaard 等人在 3 名患有自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征（AIPDS; 617099） 的近亲家庭成员中进行了研究（2016） 鉴定了 OTULIN 基因中的纯合 c.815T-C 转变，导致 leu272 到 pro（L272P） 的取代。该突变在家族中随疾病分离，并且在外显子组变异服务器或 ExAC 数据库中未发现。 Leu272 位于催化 OTU 结构域的螺旋中，形成 M1 连接的 diUb 结合袋的一部分。达姆加德等人（2016）表明重组突变蛋白在折叠方面表现出较小的差异，并降低了热稳定性。与 HEK293 细胞中的野生型相比，突变蛋白的表达也有所减少，并且发现对 M1 连接的 di-和 tetraUb 的活性降低了 1,000-10,000 倍。

周等人（2016） 在与 Damgaard 等报道的 AIPDS 相同的巴基斯坦近亲家族中发现了 L272P 突变（2016）。在公共数据库或 1,630 名土耳其对照者中未发现该突变。周等人（2016） 证明该突变导致功能丧失并且无法抑制 NF-kappa-B 活性。他们还证明，该突变导致信号分子线性泛素化增加，并导致 TNFR1、NF-κ-B 和 ASC 依赖性炎症增强。

.0002 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
免疫缺陷 107，包括对侵袭性金黄色葡萄球菌感染的易感性
奥图林，1-BP DEL，517C

在一名来自土耳其近亲家庭的 11 岁女孩（患者 3）中，她患有脂膜炎和皮肤病的自身炎症综合征（AIPDS; 617099），Zhou 等人（2016） 在 OTULIN 基因中发现了一个纯合 1-bp 缺失（c.517delC, NM_138348.4），导致移码和提前终止（Gly174AspfsTer2）。该突变在未受影响的父母的杂合性中被发现，并且在公共数据库或 1,630 名土耳其对照中未发现。周等人（2016） 证明该突变导致功能丧失并且无法抑制 NF-kappa-B 活性。此外，作者证明该突变导致信号分子线性泛素化增加，并导致 TNFR1、NF-κ-B 和 ASC 依赖性炎症增强。

在周等人报告的土耳其家庭的后续研究中（2016），斯潘等人（2022） 指出，患者 3 的携带者父亲自述童年时期社区获得性肺炎反复发作。未从培养物中获得标本，但其表型让人想起免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染（IMD107；619986）。

.0003 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
免疫缺陷 107，包括对侵袭性金黄色葡萄球菌感染的易感性
奥图林，TYR244CYS

在一名来自土耳其近亲家庭的 4 岁女孩（患者 2）中，她患有脂膜炎和皮肤病的自身炎症综合征（AIPDS；617099），Zhou 等人（2016） 鉴定了 OTULIN 基因中的纯合 c.731A-G 转换（c.731A-G, NM_138348.4），导致 tyr244 到 cys（Y244C） 取代。该突变在未受影响的父母的杂合性中被发现，并且在公共数据库或 1,630 名土耳其对照中未发现。患者细胞的离体实验显示 NEMO、TNFR1 和 RIPK1 的线性泛素化增加，以及高分子线性 Ub 聚集体的积累。

在周等人报告的土耳其家庭的后续研究中（2016），斯潘等人（2022） 指出，患者 2 的携带者母亲自述自青春期以来患有复发性疖病。未从培养物中获得标本，但其表型让人想起免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染（IMD107；619986）。

.0004 免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染
奥图林，ASP246VAL

Spaan 等人发现，一名 19 岁男子的父母是荷兰无亲缘关系（A 族），患有免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染（IMD107；619986）（2022） 在 OTULIN 基因中发现了一个杂合的 asp246-to-val（D246V） 取代。该突变是通过外显子组测序发现并通过桑格测序证实的，遗传自患者母亲，她的表型较温和，表明表达性存在差异。体外功能表达研究和患者成纤维细胞研究表明，尽管 NFKB（参见 164011）信号保持完整，但 OTULIN 单倍体不足会导致线性泛素积累。在成纤维细胞（而非白细胞）中，经过 K63 连接的多聚泛素化修饰的 Caveolin-1（601047） 复合物积累，并与 ADAM10（602192） 在细胞表面的保留相关，从而增强了金黄色葡萄球菌 α-毒素的细胞毒性。因此，缺陷存在于成纤维细胞和可能的其他屏障细胞中，而不是存在于免疫细胞中。该患者感染了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）阳性肺炎，并发展为感染性休克和多器官衰竭，最终导致死亡。他的母亲报告了两次社区获得性肺炎发作，其中一次需要住院治疗。另外两个未受影响的家庭成员为突变杂合子，表明外显率不完全。

.0005 免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染
奥图林、GLU95TER

Spaan 等人发现，一名 70 岁的阿根廷男子，其父母无关（B 族），患有免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染（IMD107；619986）（2022） 鉴定了 OTULIN 基因中的杂合 glu95-to-ter（E95X） 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，很可能是从患者已故母亲那里遗传的，据报道，她的表型较温和。体外功能表达研究和患者成纤维细胞研究表明，尽管 NFKB（参见 164011）信号保持完整，但 OTULIN 单倍体不足会导致线性泛素积累。在成纤维细胞（而非白细胞）中，经过 K63 连接的多聚泛素化修饰的 Caveolin-1（601047） 复合物积累，并与 ADAM10（602192） 在细胞表面的保留相关，从而增强了金黄色葡萄球菌 α-毒素的细胞毒性。因此，缺陷存在于成纤维细胞和可能的其他屏障细胞中，而不是存在于免疫细胞中。先证者自童年起就反复发作金黄色葡萄球菌引起的坏死性蜂窝组织炎，并伴有感染性休克，以及社区获得性肺炎发作。先证者的兄弟和儿子也携带该突变，并表现出较温和的表型。

.0006 免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染
奥图林，ASP268THRFSTER5

Spaan 等人在一名 19 岁墨西哥男子中发现，他的父母无关，患有免疫缺陷 107，易受侵袭性金黄色葡萄球菌感染（IMD107；619986）（2022） 在 OTULIN 基因中发现了一个杂合移码突变，预计会导致提前终止（Asp268ThrfsTer5）。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，是遗传自未受影响的母亲，与不完全外显率一致。体外功能表达研究和患者成纤维细胞研究表明，尽管 NFKB（参见 164011）信号保持完整，但 OTULIN 单倍体不足会导致线性泛素积累。在成纤维细胞（而非白细胞）中，经过 K63 连接的多聚泛素化修饰的 Caveolin-1（601047） 复合物积累，并与 ADAM10（602192） 在细胞表面的保留相关，从而增强了金黄色葡萄球菌 α-毒素的细胞毒性。因此，缺陷存在于成纤维细胞和可能的其他屏障细胞中，而不是存在于免疫细胞中。患者自幼患有金黄色葡萄球菌引起的脓肿，并患有社区获得性肺炎。他在 18 岁时被诊断出患有艾滋病毒，并拒绝接受治疗；他19岁时去世。

.0007 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
奥图林，c.864+2T-C

Nabavi 等人在一名患有自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征（AIPDS; 617099） 的近亲父母所生的伊朗患者中（2019） 鉴定了 OTULIN 基因中的纯合 c.864+2T-C（c.864+2T-C, NM_138348） 剪接位点突变。该突变经全外显子组测序鉴定并经桑格测序证实，在父母中以杂合状态存在。该突变不存在于 gnomAD 数据库或 1,785 名伊朗对照者中。对来自携带者父亲的 PBMC 的 cDNA 分析表明存在完全剪接的 mRNA 和较小的异常剪接片段。

.0008 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
奥图林，GLY281ARG

Damgaard 等人在一名近亲父母所生的患有自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征（AIPDS; 617099） 的阿拉伯女孩中进行了研究（2019） 鉴定了 OTULIN 基因中的纯合 c.841G-A 转变，导致进化上保守的残基处出现 gly281 至 arg（G281R）。该突变经全外显子组测序鉴定并通过桑格测序确认，在父母中以杂合状态被鉴定。在患者成纤维细胞中检测不到 OTULIN 表达。与野生型相比，具有 G281R 突变的纯化 OTULIN 对 M10 连接的 tetraUb 底物的催化效率降低。

.0009 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
奥图林，MET86ILE

Zinngrebe 等人在患有自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征（AIPDS; 617099） 的患者中（2022） 鉴定了 OTULIN 基因中的复合杂合突变：外显子 3 中的 c.258G-A 转变，导致 met86 到 ile（M86I） 取代，以及外显子 5 中的 c.500G-C 颠换，导致trp167 到 Ser（W167S；615712.0010）的替换。这些突变经全外显子组测序鉴定并经桑格测序证实，在父母中以杂合状态存在。与对照组相比，患者成纤维细胞和 B 细胞中的线性泛素连接和线性泛素链组装复合物（LUBAC） 成分有所增加。

.0010 自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征
奥图林，TRP167SER

讨论 OTULIN 基因外显子 5 中的 c.500G-C 颠倒，导致 trp167-to-ser（W167S） 替换，这种替换在患有自身炎症、脂膜炎和皮肤病综合征的患者中以复合杂合状态发现（ AIPDS；617099），Zinngrebe 等人（2022），参见 615712.0009。