LFNG O-岩藻糖基肽 3-β-N-乙酰葡萄糖胺基转移酶; LFNG

疯狂边缘
边缘，果蝇，同源物，疯狂

HGNC 批准的基因符号：LFNG

细胞遗传学位置：7p22.3 基因组坐标（GRCh38）：7:2,512,529-2,529,177（来自 NCBI）

▼ 说明

Notch（参见 NOTCH1，190198）信号传导是一种进化上保守的机制，决定各种发育环境中的细胞命运。 LFNG 编码岩藻糖特异性 β-1,3-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶，可修饰 Notch 受体并改变 Notch 信号传导活性。 LFNG 是果蝇 Fringe 基因的 3 个哺乳动物同源物之一（Dunwoodie 评论，2009 年）。

▼ 克隆与表达

果蝇边缘基因编码一种分泌信号蛋白，该蛋白参与发育过程中细胞群之间边界的形成。边缘蛋白通过调节果蝇翅成虫盘背腹边界处Notch信号转导通路的激活来发挥作用。约翰斯顿等人（1997） 鉴定了 3 个与 fringe 具有同源性的人类 EST，并用它们从小鼠中克隆了相应的基因。他们将这些基因命名为 lunatic fringe（LFNG）、manic fringe（MFNG; 602577） 和 Radial fringe（RFNG; 602578）。预测的 378 个氨基酸的小鼠 Lfng 蛋白具有推定的信号肽和内部蛋白水解加工位点。与其他 2 个同源物不同，Lfng 在果蝇翼盘中错误表达时没有效果；约翰斯顿等人（1997） 认为这可能是由于果蝇细胞无法处理 Lfng 的成熟形式所致。通过原位杂交对小鼠胚胎中边缘同源物的表达研究表明，所有 3 个同源物都参与 Notch 信号通路，以确定分割过程中的边界和神经发生过程中的细胞命运。

▼ 基因结构

莫兰等人（1999） 表征了边缘基因家族成员的基因组位点，揭示了 8 个外显子的保守基因组组织。哺乳动物边缘基因组组织的比较分析表明，第一个外显子在进化上不稳定，并且边缘基因具有与先前表征的糖基转移酶不同的基因组结构。

▼ 测绘

通过体细胞杂交、辐射杂交分析和 FISH，Egan 等人（1998） 将人类 LFNG 基因对应到染色体 7p22。通过种间回交分析，Moran 等人（1999） 将小鼠中的 Lfng 基因对应到染色体 5。

▼ 基因功能

戴尔等人（2003） 证明 Lfng 蛋白产物在雏鸡前体中胚层（PSM） 中振荡。在近轴中胚层中过度表达 Lfng 会消除包括内源性 Lfng 在内的循环基因的表达，并导致分割缺陷。这种对循环基因表型的影响抑制了 PSM 中的 Notch 信号传导。戴尔等人（2003）因此提出Lfng建立了一个负反馈环路，实现Notch的周期性抑制，进而控制小鸡PSM中循环基因的节律表达。该反馈回路为鸟类分段时钟的振荡器提供了分子基础。

使用转基因小鼠研究和比较序列分析，Cole 等人（2002） 在 Lfng 启动子中鉴定出 2 个不同的调控元件，它们在小鼠体节发生过程中指导 Lfng 的循环表达和前 PSM 表达。在一项使用删除结构的孤立研究中，Morales 等人（2002） 在 小鼠 Lfng 启动子中发现了一个进化上保守的区域，该区域驱动 PSM 中 Lfng 的周期性表达。该区域包括增强和抑制循环 Lfng 转录以及防止在形成的体节中持续表达所需的保守块。 Morales 等人使用Notch 信号传导缺陷的小鼠胚胎（2002） 观察到，在没有 Notch 信号传导的情况下，循环 PSM 中 Lfng 的动态表达会丢失。他们得出结论，转录的循环起始是 PSM 中 Lfng 动态表达的主要机制。

维桑等人（2006） 发现 Lfng 的发育阶段特异性表达是协调 小鼠 T 细胞祖细胞进入胸腺内微环境所必需的，支持 T 细胞发育的 Notch1 依赖性阶段。缺乏 Lfng 的祖细胞在竞争性测定中产生很少的胸腺细胞，而 Lfng 的过度表达导致“超级竞争性”。胸腺细胞与 δ 样配体（例如 DLL1；606582）的结合增强，并阻断正常祖细胞的 T 淋巴细胞生成。维桑等人（2006） 提出 LFNG 和 NOTCH1 控制祖细胞对皮质生态位的竞争，从而抑制祖细胞的 B 细胞潜力，这对于胸腺大小的调节很重要。

Dunwoodie（2009） 回顾了 LFNG 在小鼠和人类体节形成和脊柱发育中的作用。

吉冈小林等人（2020） 建立了一个实时成像系统，其中荧光报告基因与 Hes7（608059） 融合，以单细胞分辨率监测 小鼠 PSM 中 Hes7 表达的同步振荡。他们发现野生型 PSM 细胞可以快速纠正 Hes7 振荡中的相位波动，而 Lfng 的丢失会导致 PSM 细胞之间失去同步。此外，在 Lfng-null PSM 的单个细胞中，Hes7 振荡被严重抑制。当Lfng-null PSM细胞完全解离时，Hes7振荡的幅度和周期性几乎正常，表明Lfng主要参与细胞-细胞耦合。野生型和 Lfng-null PSM 细胞的混合培养物以及光遗传学 Notch 信号报告基因测定表明，Lfng 延迟了细胞间 Notch 信号传递的信号发送过程。这些结果以及数学模型表明，Lfng-null PSM 单元缩短了耦合延迟，从而接近耦合振荡器的振荡或振幅死亡。一种延长耦合延迟的小化合物部分地挽救了 Lfng-null PSM 细胞中 Hes7 振荡的幅度和同步性。研究结果揭示了参与体节分割的振荡网络的延迟控制机制，并表明具有正确延迟的细胞间耦合对于同步振荡至关重要。

松田等人（2020） 使用人类诱导多能干细胞体外诱导 PSM 及其衍生物来模拟人类体节发生，重点关注人类分段时钟。作者观察了核心分段时钟基因的振荡表达，包括 HES7 和 DKK1（605189），确定人类分段时钟的周期约为 5 小时，并证明了体外诱导的动态行波样基因表达的存在。人类 PSM。对源自多能干细胞的人类和小鼠 PSM 中振荡基因的鉴定和比较揭示了与假定的小鼠和人类分段时钟相关的物种特异性和共享的分子成分和途径。敲除椎骨节段缺陷患者的突变基因，包括 HES7、LFNG、DLL3（602768） 和 MESP2（605195），随后对类患者和患者来源的诱导多能干细胞进行分析，揭示振荡中的基因特异性改变、同步或微分属性。

▼ 生化特征

边缘蛋白可以正向和负向调节Notch配体激活Notch受体的能力。莫洛尼等人（2000）建立了Fringe作用的生化机制。果蝇和哺乳动物 Fringe 蛋白具有岩藻糖特异性 β-1,3 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶活性，可启动附着在表皮生长因子（EGF; 131530） 样 Notch 序列重复上的 O 连接岩藻糖残基的延伸。他们通过在哺乳动物细胞中使用共培养测定以及通过在果蝇中表达无酶活性的Fringe突变体，获得了Notch上O-连接岩藻糖的Fringe依赖性延伸调节Notch信号传导的生物学证据。

布鲁克纳等人（2000） 表明，Fringe 在高尔基体中充当糖基转移酶，修饰 Notch 的 EGF 模块并改变 Notch 结合其配体 δ 的能力（602768）。作者证明，Fringe 催化 N-乙酰氨基葡萄糖添加到岩藻糖中，这与与 EGF 重复相关的 O-连接岩藻糖 O-糖基化延伸中的作用一致。

阿博莱达-维拉斯奎兹等人（2005） 表明导致 CADASIL（125310） 的 Notch3 突变不会影响 O-岩藻糖的添加，但会损害 Fringe 的碳水化合物链伸长。 Notch3 突变诱导 Fringe 异常异二聚化。他们认为 Fringe 可能在 CADASIL 病理生理学中发挥作用。

▼ 分子遗传学

脊椎肋骨发育不全是一组异质性椎骨分节失调疾病，是在胚胎发育过程中由于体节发生中断而出现的。在 Notch 信号通路中的 2 个基因中发现了导致常染色体隐性遗传形式的脊椎骨发育不全的突变：DLL3（602768） 和 MESP2（605195）。斯派罗等人（2006） 使用候选基因方法鉴定了一个常染色体隐性遗传性脊柱肋骨发育不全（SCDO3; 609813） 家族中第三个 Notch 通路基因 LFNG 的突变。 LFNG 编码一种糖基转移酶，可修饰细胞表面受体的 Notch 家族，这是调节该信号通路的关键步骤。在靠近酶活性位点的高度保守残基中发现了错义突变（F188L；602576.0001）。功能分析表明，突变型 LFNG 未定位于细胞的正确区室，无法在基于细胞的测定中调节 Notch 信号传导，并且酶失活。这一发现强化了这样的假设：Notch 信号通路的正确调节是轴骨架​​正确形成的绝对要求。

Otomo 等人在一名患有 SCDO3 的 9 个月大的日本男孩中进行了研究（2019） 发现 LFNG 基因中存在错义（D201N; 602576.0002） 和移码（602576.0003） 突变的复合杂合性。每个亲本对于其中一种突变都是杂合的。 ExAC、ESP6500 或 iJGVD 数据库中均未发现这两种突变。

▼ 动物模型

张和格里德利（1998）发现Lfng信号肽和前蛋白区域有针对性突变的纯合小鼠在体节形成和体节前后模式方面存在缺陷。由于胸腔畸形，这种突变对于纯合新生儿来说通常是致命的，但有些人能存活到成年。在突变小鼠中，体节的大小和形状不规则。标记分析显示，在突变胚胎的 PSM 中，Notch 信号通路的几个组件的清晰划分的表达域被均匀的基因表达梯度所取代。 Zhang 和 Gridley（1998） 得出结论，Lfng 编码小鼠体节发生过程中 Notch 信号通路的重要组成部分。

Evrard 等人孤立地（1998） 培育了 Lfng 第一个外显子具有靶向突变的小鼠，并提出了与 Zhang 和 Gridley（1998） 类似的发现。他们得出的结论是，Lfng 是体节分割、头尾模式和脊椎动物边界形成所必需的。

▼ 等位基因变异体（3 个精选示例）：

.0001 脊柱肋骨发育不良 3，常染色体隐性
LFNG、PHE188LEU

Sparrow 等人在患有常染色体隐性遗传性脊椎肋骨发育不全（SCDO3; 609813） 的黎巴嫩家庭的受影响成员中（2006） 在 LFNG 基因的外显子 3 中发现了纯合错义突变 564C-A，预计会导致高度保守残基处的苯丙氨酸（F188L） 被亮氨酸取代。先证者有广泛的先天性椎骨异常和手部异常。脊柱和手部解剖结构正常的父母都是突变等位基因的杂合子。功能分析表明，突变型 LFNG 未定位于细胞的正确区室，无法在基于细胞的测定中调节 Notch 信号传导，并且酶失活。

.0002 脊柱肋骨发育不良 3，常染色体隐性
LFNG、ASP201ASN

Otomo 等人在一名患有脊椎肋骨发育不全（SCDO3; 609813） 的 9 个月大的日本男孩中（2019） 鉴定了 LFNG 基因中 2 个突变的复合杂合性：外显子 4 中的 c.601G-A 转换（c.601G-A, NM_001040167.1），导致 ASP201 到 asn（D201N） 的替换DxD 基序以及外显子 1 中的 1 bp 缺失（c.372delG），导致移码和过早终止密码子（Lys124AsnfsTer21；602576.0003）。错义突变遗传自他的父亲，移码突变遗传自他的母亲。 ExAC、ESP6500 或 iJGVD 数据库中均未发现这两种突变。功能分析表明，与野生型相比，突变型 D201N 蛋白的 GlcNAc 转移酶活性显着降低，表明酶功能丧失。

.0003 脊柱肋骨发育不良 3，常染色体隐性
LFNG、1-BP DEL、372G

讨论 LFNG 基因外显子 1 中的 1-bp 缺失（c.372delG，NM_001040167.1），导致移码和提前终止（Lys124AsnfsTer），该现象在脊椎肋骨发育不全患者的复合杂合状态中发现 - 3（SCDO3；609813），作者：Otomo 等人（2019），参见 602576.0002。