MutS 同源物 5； MSH5

MutS，大肠杆菌，同源物，5

HGNC 批准的基因符号：MSH5

细胞遗传学位置：6p21.33 基因组坐标（GRCh38）：6:31,740,005-31,762,676（来自 NCBI）

▼ 说明

MSH5 属于参与 DNA 错配修复或减数分裂重组过程的蛋白质家族。在酿酒酵母中，MSH5 参与减数分裂保真度和交换（Winand 等，1998；Edelmann 等，1999）。

▼ 克隆与表达

通过使用保守的 MutS ATP 结合基序作为探针搜索 EST 数据库，然后对视网膜 cDNA 文库进行 RACE，Her 和 Doggett（1998） 克隆了全长 MSH5。推导的 834 个氨基酸蛋白质的计算分子量约为 93 kD。 MSH5 含有高度保守的 ATP 结合结构域，其 C 末端区域具有螺旋-转角-螺旋结构域和磷脂酰肌醇激酶（参见 601232）结构域。通过视网膜和睾丸 cDNA 文库的 5-prime RACE，他们由于第一个外显子的选择性剪接而鉴定了 2 个不同的 5-prime 非翻译区域。视网膜表达 1 个转录本，睾丸表达两种转录本。 Northern 印迹分析显示，所有测试组织中均表达 2.9 kb 转录物，其中睾丸中表达最高。骨骼肌表达了额外的较小转录本。

Winand 等人使用 MSH2 作为查询（1998）在EST数据库中鉴定了MSH5，并通过睾丸cDNA文库的3-prime和5-prime RACE克隆了全长cDNA。 MSH5 与酿酒酵母的 MSH5 具有 25.3% 的氨基酸同一性。 Northern 印迹分析显示 2.9-kb 转录物在睾丸和胸腺中高水平表达；淋巴组织（包括骨髓和淋巴结）中含量中等；前列腺、小肠、结肠和外周血白细胞中的水平较低；并且在成人卵巢中几乎检测不到的水平。 Winand 等人通过 RT-PCR 分析人类睾丸 mRNA（1998） 鉴定了在人类睾丸中表达的 2 个转录本，其中较短的 mRNA 丰度约为 5 倍。

Bocker 等人使用酵母 MSH3（600887） 和 MSH5 作为查询（1999） 鉴定了源自 Soares 人胎肝脾 cDNA 文库的 MSH5 EST，并通过正常睾丸 cDNA 的 PCR 克隆了 MSH5。推导的 834 个氨基酸的蛋白质的计算分子量约为 97 kD。 Northern印迹分析证实睾丸中表达最高。 2.5 kb 转录物还在骨髓、淋巴结、大脑、脊髓、气管和卵巢中表达。蛋白质印迹分析显示，MSH5 在睾丸和扁桃体组织中表达，并且在 2 个 T 细胞和 B 细胞肿瘤系中检测到非常低的水平。

通过在人类胎儿的各种组织中进行 RT-PCR，Guo 等人（2017）发现MSH5在胎儿卵巢和肾上腺中高表达。他们还发现 MSH5 在成人颗粒细胞中高度表达。

▼ 基因结构

Her 和 Doggett（1998） 确定 MSH5 基因包含 26 个外显子，长度为 25 kb。替代外显子 1A 和 1B 彼此重叠 35 bp。 5-prime非翻译区包含一个 TATAAA 框和几个 CCAAT 框，外显子 1A 包含一个 117 bp CpG 岛。

▼ 测绘

Her 和 Doggett（1998） 通过 FISH 将 MSH5 基因定位到染色体 6p21.3。 Winand 等人使用辐射混合分析（1998） 将 MSH5 基因对应到染色体 6p22.3-p21.3，Bocker 等人（1999） 将 MSH5 基因定位到 6p22.1-p21.3。

▼ 基因功能

Winand 等人使用酵母 2-杂交分析（1998） 发现 MSH4（602105） 和 MSH5 之间存在直接相互作用。 MSH4 或 MSH5 均不形成同源寡聚物。通过睾丸切片的免疫组织化学染色，Bocker 等人（1999） 发现 MSH5 仅在圆形和细长的精子细胞中强表达，表明在第一次减数分裂后期或第二次分裂中发挥作用。相比之下，MSH2 的核表达与早期增殖阶段相关，并且在表达 MSH5 的圆形和细长精子细胞或精子中没有发现 MSH2 的核表达。通过重组蛋白的体外结合测定，Bocker 等人（1999） 证实了 MSH5 和 MSH4 之间的直接相互作用，但 MSH5 不与其他 MSH 物种相互作用。

斯诺登等人（2004） 证明纯化的人 MSH4-MSH5 异二聚体独特地结合到霍利迪连接处。霍利迪连接体通过增加 ADP-ATP 交换速率来刺激 MSH4-MSH5 的 ATP 水解。 MSH4-MSH5二聚体形成了一个不依赖于水解的滑动夹，该滑动夹从霍利迪连接体交叉区域分离，包含2个同源双链DNA臂。斯诺登等人（2004） 得出结论，MSH4-MSH5 异二聚体稳定并保留减数分裂双分子双链断裂修复中间体。

卡纳沃等人（2020） 表明，人类 MutS-γ（MSH4 和 MSH5 的复合物，支持交叉）结合分支重组中间体，并与 MutL-γ（MLH1（120436） 和 MLH3（604395） 的复合物）相关，稳定联合体分子结构和相邻的双链DNA。 MutS-γ 直接刺激 MutL-γ 核酸内切酶对 DNA 进行切割。 MutL-γ 活性会被核酸外切酶 1（EXO1; 606063） 进一步刺激，但仅当 MutS-γ 存在时才有效。复制因子 C（RFC；参见 102579）和增殖细胞核抗原（PCNA；176740）是核酸酶整体的附加成分，从而触发交叉。 MutL-γ 不能与 Pcna 相互作用的酿酒酵母菌株在形成交换方面存在缺陷。 MutL-γ-MutS-γ-EXO1-RFC-PCNA 核酸酶整体优先使用霍利迪连接体切割 DNA，但它没有表现出典型的拆分酶活性。相反，数据表明，核酸酶整体通过在连接点附近的双链 DNA 上产生切口来处理减数分裂重组中间体。作者提出，由于 MutL-γ 造成的 DNA 切口取决于其辅助因子，MutS-γ 和 RFC-PCNA 在减数分裂重组中间体上的不对称分布可能会导致 DNA 裂解的偏差。他们认为，这种 MutL-γ 核酸酶激活模式可以解释减数分裂染色体中霍利迪连接或其前体的交叉特异性加工。

库尔卡尼等人孤立地（2020） 表明 PCNA 对于交叉偏倚解析非常重要。人类酶的体外测定表明 PCNA 和 RFC 足以激活 MutL-γ 核酸内切酶。 MutL-γ 进一步受到前交叉因子 EXO1 和 MutS-γ 的共依赖性活性的刺激，后者与霍利迪连接体结合。作者发现 MutL-γ 还结合各种分支 DNA，包括霍利迪连接点，但它没有表现出典型的拆分酶活性，这表明核酸内切酶切割邻近连接分支点以实现拆分。在体内，Rfc 促进出芽酵母中 MutL-γ 依赖性交换。此外，Pcna 定位于沿突触染色体的预期交叉位点。库尔卡尼等人（2020） 的结论是，他们的数据强调了交叉解析和 DNA 错配修复起始步骤之间的相似性，并提出了减数分裂期间双霍利迪连接的交叉特异性解析的新模型。

▼ 分子遗传学

卵巢早衰 13

在 2 名患有卵巢早衰的汉族姐妹中（POF13; 617442），Guo 等人（2017） 鉴定了 MSH5 基因（D487Y; 603382.0001） 中的错义突变的纯合性，该突变与家族中的疾病分离，但在对照中未发现。对 200 名散发性 POF 患者的 MSH5 进行 Sanger 测序，结果显示 3 名女性存在杂合错义突变；然而，其中 1 名妇女的生育母亲生育了 4 个孩子，并且没有 POF 或提前绝经的迹象，她与她月经稀发的女儿携带相同的 MSH5 突变。郭等人（2017） 指出杂合突变的因果关系需要更多证据。

生精失败 74

Wyrwoll 等人通过分析 MERGE 研究（涉及 1,305 名不育男性）的外显子组数据（2022） 鉴定了 4 名因减数分裂停滞而患有无精症的无亲属男性（SPGF74; 619937），他们的 MSH5 基因（603382.0002-603382.0004） 存在纯合突变。

可能与免疫球蛋白 A 缺乏症有关 1

关根等人（2007） 在患有 IgA 缺陷（IGAD; 参见 137100） 或常见变异免疫缺陷（CVID; 参见 240500） 的瑞典患者的 MSH5 基因非编码区域中鉴定出 5 个非同义多态性和大量 SNP。导致 leu85-to-phe（L85F） 和 pro786-to-ser（P786S） 变化（分别为 rs28381349 和 rs28399984）的两个非同义 SNP 总是同时被发现。在对瑞典和美国患者的综合分析中，Sekine 等人（2007） 发现 L85F/P786S 等位基因与 IGAD 显着相关，与 CVID 显着相关。酵母 2 杂交分析表明，L85F/P786S 等位基因编码的变体 MSH5 蛋白结合 MSH4 的能力减弱。 L85F/P786S 等位基因杂合的对照受试者 IgA 水平正常，表明 Ig 缺乏表型的外显率不完全。携带疾病相关 MSH5 等位基因的 IGAD 和 CVID 患者在 Ig 开关（S） 关节处具有较长的微同源性，如在 Msh5 水平低或无 Msh5 的小鼠中所见。关根等人（2007） 提出 MSH4/MSH5 异二聚体有助于类别转换重组并促进 DNA 断裂的解决，支持免疫缺陷状态是由复杂的相互作用造成的这一观点。

▼ 动物模型

为了评估 Msh5 在哺乳动物中的作用，Edelmann 等人（1999） 生成并表征了 Msh5 无效突变的小鼠。纯合子缺陷小鼠可以存活，但不能生育。这些小鼠的减数分裂由于前期 I 染色体配对的破坏而受到影响。 Edelmann 等人（1999） 发现这种减数分裂失败导致睾丸尺寸缩小和卵巢结构完全丧失。结果表明，正常的 Msh5 功能对于减数分裂进程以及女性性腺的维持至关重要。

关根等人（2007） 发现携带同源 H-2b/b 间隔的 MLR/lpr 小鼠表达低水平的 Msh5，并且与缺乏 Msh5 或 Msh4 的小鼠一样，在类别转换重组方面存在异常，包括严重的 IgG3 缺乏和 Ig S 的长微同源性关节。

郭等人（2017） 生成了一个携带 Msh5 突变 D486Y 的 小鼠模型，该模型与人类 MSH5 突变 D487Y（603382.0001） 同源。所有纯合突变雌性小鼠均不育，与对照雌性相比，其卵巢大小显着减小。组织学分析显示，2月龄时纯合突变卵巢中没有发育中的卵泡，也没有观察到生殖细胞。

▼ 等位基因变异体（4 个选定示例）：

.0001 卵巢早衰 13（1 个家庭）
MSH5、ASP487TYR

在 2 名患有卵巢早衰的汉族姐妹中（POF13; 617442），Guo 等人（2017） 鉴定了 MSH5 基因中 c.1459G-T 颠换（c.1459G-T，ENST00000375755）的纯合性，导致 DNA 结合域内高度保守的残基处出现 asp487 至 tyr（D487Y） 取代。这种突变与家族中的疾病完全分离，并且在 400 名有生育能力的女性中没有发现。 Msh5同源突变纯合的突变雌性小鼠不育，卵巢中没有发育中的卵泡或生殖细胞。过表达 D487Y 突变体的 U2OS 细胞的功能分析显示，与野生型对照细胞相比，未修复的双链 DNA 断裂更多。此外，与野生型相比，过表达突变体 MSH5 的 HeLa 细胞显示出较低的克隆存活率。

.0002 生精失败 74
MSH5、1-BP DEL、NT857

Wyrwoll 等人在一名伊拉克男子（M1502） 和一名叙利亚男子（M1529） 中因减数分裂停滞导致无精子症（SPGF74; 619937） 而导致不孕（2022） 鉴定出 MSH5 基因中 1 bp 缺失（c.1857del, NM_002441.4） 的纯合性，导致移码，预计会导致提前终止密码子（Ala620GlnfsTer9）。没有报道家庭隔离。在 gnomAD 数据库中，仅在杂合状态下以低次要等位基因频率（0.000004053） 发现了该缺失。 HEK293T 细胞中的异源表达随后进行的蛋白质印迹分析证实，与野生型 95-kD 野生型蛋白相比，突变导致分子量约为 59 kD 的截短蛋白。

.0003 生精失败 74
MSH5、ARG322CYS

Wyrwoll 等人在一名不育的 38 岁加拿大男子（M2464） 中，具有阿拉伯血统，因减数分裂停滞（SPGF74; 619937） 而患有无精症（2022） 鉴定了 MSH5 基因中 c.964C-T 转换（c.964C-T, NM_002441.4） 的纯合性，导致核心域内高度保守的残基处 arg322 至 cys（R322C） 取代。没有报道家庭隔离。该变体在 gnomAD 数据库中仅以杂合状态发现，次要等位基因频率较低（0.000003976）。

.0004 生精失败 74
MSH5、1-BP DUP、NT75

Wyrwoll 等人在一名因减数分裂停滞（SPGF74; 619937） 而患有无精症的 29 岁土耳其不育男性（M721） 中，（2022） 鉴定了 MSH5 基因中 1 bp 重复（c.75dup, NM_002441.4） 的纯合性，导致移码，预计会导致提前终止密码子（Ser26GlnfsTer42）。没有报道家族隔离，并且在 gnomAD 数据库中没有发现该变异。