动力蛋白、基因丝、重链5； DNAH5

HL1

HGNC 批准的基因符号：DNAH5

细胞遗传学位置：5p15.2 基因组坐标（GRCh38）：5:13,690,328-14,011,818（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

动力蛋白是由几条重链、轻链和中间链组成的微管相关运动蛋白复合物。动力蛋白重链（DHC）负责力的产生和 ATP 酶活性，并包含高度保守的催化结构域，其中有 4 个参与核苷酸结合的 P 环共有基序（Chapelin 等人（1997））。已鉴定出两大类动力蛋白：轴丝蛋白和细胞质蛋白。参见 603297。通过基于第一个 P 环区域周围序列的简并引物对人肺 cDNA 进行 PCR，Vaughan 等人（1996）分离出编码 DNAH1（603332）、DNAH5、DNAH6（603336）、DHAH9（603330）、DNAH12（603340）和 DNAH14（603341）的部分 cDNA。他们将 DNAH5 称为 HL1。序列分析表明DNAH5是轴丝DHC并且与大鼠DLP5同源。

奥尔布里希等人（2002）通过 PCR 扩增来自睾丸和气管文库的重叠片段并通过 RACE 分析获得了全长 DNAH5 cDNA。复合转录本包含 13,872 个核苷酸的开放解读码组，编码推导的 4,624 个氨基酸的蛋白质。使用与小鼠 Dnah5 相对应的 cDNA 探针进行 Northern 印迹分析，该探针与人类同源物具有 91% 的序列同一性，检测到 14 kb 转录物在肺和肾中强表达，而在脑、心脏和睾丸中表达较弱。对整个小鼠胚胎的原位杂交检测到，7.0 至 8.25 dpc 的节中存在弱表达。

通过定量 RT-PCR 对成人组织中的外动力蛋白臂（ODA）重链基因进行定量 RT-PCR Whitfield 等人（2019）观察到 DNAH8（603337）和 DNAH17（610063）在睾丸中清晰表达，而在肺中含量较低，而 DNAH5、DNAH9 和 DNAH11（603339）是肺中检测到的最丰富的重链。对成人睾丸的定量单细胞 RNA 测序数据集的分析表明，从早期精母细胞到晚期精细胞阶段，DNAH8 和 DNAH17 在生殖细胞中表达，但在体细胞中不表达。 DNAH9也在生殖细胞中检测到，但表达窗口较短，从精母细胞晚期到精子细胞早期阶段，而DNAH5和DNAH11在睾丸的体细胞和生殖细胞谱系中的表达水平都非常低。

▼ 基因功能

伊巴内斯-塔隆等人（2003）回顾了纤毛在正常发育中的作用、哺乳动物中纤毛功能障碍引起的病理后果、低等真核生物和高等真核生物纤毛之间的进化关系、组装和运动所需的纤毛成分以及轴丝重链的术语蛋白基因。

惠特菲尔德等人（2019）分析了对照个体气道上皮细胞（AEC）和精子中所有 ODA 重链蛋白的存在和位置。免疫印迹分析表明，精子细胞中存在 DNAH8 和 DNAH17，但 AEC 中不存在，而 DNAH5、DNAH9 和 DNAH11 仅在 AEC 中检测到。免疫荧光证实了结果，显示 DNAH5 沿着 AEC 中纤毛的全长，而 DNAH9 和 DNAH11 分别局限于纤毛的远端和近端部分。在 AEC 的纤毛中未检测到 DNAH8 和 DNAH17。相比之下，在对照个体的精子中，沿着精子鞭毛只能检测到 DNAH8 和 DNAH17。作者得出的结论是，精子细胞拥有一组由 DNAH8 和 DNAH17 组成的 ODA 重链，而呼吸道纤毛细胞则拥有一组独特的 DNAH5、DNAH9 和 DNAH11。

▼ 基因结构

奥尔布里希等人（2002）确定 DNAH5 基因组区域包含 79 个外显子，跨度为 250 kb。通过对 EST 克隆进行测序，他们发现了第一个外显子的替代证据。

▼ 测绘

通过对种间回交的分析，Vaughan 等人（1996）将小鼠 Dnahc5 基因对应到染色体 15。

奥姆兰等人（2000）研究了一个患有原发性纤毛运动障碍的阿拉伯裔大近亲家庭（见 608644）。使用 340 个高度多态性微卫星进行的全基因组扫描将该家族中原发性纤毛运动障碍的基因座定位于染色体 5p15-p14 上的纯合性区域，最大参数多点 lod 得分为 3.51，两侧为标记 D5S2095 和 D5S502。性别平均遗传距离间隔20厘米。 Omran 等人应用基于 PCR 的方法（2000）在该基因座的关键疾病区间内鉴定了 DNAH5 的 1.5-kb 部分 cDNA。

▼ 分子遗传学

原发性纤毛运动障碍的特征是由于粘膜纤毛清除能力降低和精子不能运动而导致呼吸道反复感染。一半受影响的人患有逆位（器官颠倒），这是由于左右不对称随机化造成的。 Olbrich 等人在患有原发性纤毛运动障碍 3（CILD3; 608644）且左右不对称随机化的个体中（2002）鉴定出导致无功能 DNAH5 蛋白的双等位基因突变（603335.0001-603335.0005）。

法利等人（2009）在 89 名患有原发性纤毛运动障碍的无关个体中，有 16 名（18%）发现了 18 种新的和 6 种先前描述的 DNAH5 突变，其中 13 名（15%）在两个等位基因上都发现了 DNAH5 突变。这些DNAH5突变主要与外、内蛋白动力臂超微结构缺陷有关（50%）。

Knowles 等人在 2 名同胞和一名无关的 CILD3 患者中进行了研究（2013）鉴定出 DNAH5 基因中的复合杂合突变（603335.0006-603335.0009）。通过外显子组测序鉴定了突变。特征包括鼻窦炎、中耳炎、支气管扩张和鼻腔一氧化氮减少。其中两人患有逆位。呼吸道上皮细胞的纤毛外动力臂出现缺陷。

▼ 动物模型

伊巴内斯-塔隆等人（2002）描述了小鼠 Dnah5 基因的插入突变，该突变再现了 PCD 的大部分经典特征，包括反复呼吸道感染、内脏逆位和纤毛不运动。这些小鼠还患有脑积水并在围产期死亡。电子显微镜研究表明轴丝外臂缺失。小鼠模型与人类数据的比较表明，纤毛功能障碍的程度可能与人类 PCD 的严重程度，特别是脑积水的存在存在因果关系。

脑室内壁的室管膜细胞携带活动纤毛，但其生物学功能仍然不清楚。伊巴内斯-塔隆等人（2004）表明室管膜纤毛通过脑导水管产生脑脊液层流，称为“室管膜流”。 Dnah5 基因在室管膜细胞中特异性表达，对于室管膜纤毛的超微结构和功能完整性至关重要。在 Dnah5 缺陷的小鼠中，室管膜血流缺乏导致导水管关闭，并随后在出生后早期大脑发育过程中形成三室脑积水。伊巴内斯-塔隆等人（2004）指出，有纤毛缺陷的患者中导水管狭窄和脑积水（236635）形成的发生率较高，这在人类中例证了这种机制。

谭等人（2007）描述了由于 Dnah5 基因隐性缺失突变引起的 PCD 模型，该模型是从导致先天性心脏病的突变诱变筛选中恢复的。对 25 个纯合突变胚胎的分析显示正常位点孤立（25%）、位点逆位（35%）或异位（40%）。异位胎儿表现出不同的复杂结构性心脏缺陷组合，包括右心室双出口、上下心室、动脉排列缺陷和腔静脉中断。内脏部位异常，例如肺叶和肝脏异常，不太常见。一些幸存的小鼠表现出脑积水。 PCD 的诊断通过电子显微镜证实，电子显微镜显示呼吸纤毛中缺少外动力蛋白臂。研究结果表明，不动或运动障碍的纤毛与胚胎发育过程中的随机偏侧化有关，并且 Dnah5 基因的突变会导致 PCD 和异位性。

▼ 等位基因变异体（10 个精选示例）：

.0001 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5，1-BP INS，5563A

在一个黎巴嫩近亲家庭中，8 名同胞中有 4 名患有原发性纤毛运动障碍或 Kartagener 综合征（608644），Olbrich 等人（2002）在 DNAH5 基因 5563insA 的外显子 34 中发现纯合 1-bp 插入。

.0002 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5、GLY3519ARG

在一个德国家庭中，奥尔布里希等人（2002）发现患有 Kartagener 综合征的男性（参见 608644）在 DNAH5 基因的核苷酸 10555 处发生 G 到 C 的颠换是纯合的，导致 gly3519 到 arg（G3519R）氨基酸取代。

.0003 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5，IVS74AS，G-C，-1

Olbrich 等人在一位患有原发性纤毛运动障碍的女性和她患有卡塔格纳综合征（608644）的美国近亲家庭的姐妹中进行了研究（2002）发现DNAH5基因的纯合剪接位点突变：IVS74-1G-C。

.0004 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5、GLN610TER

在一个苏格兰家庭中，奥尔布里奇等人（2002）发现患有原发性纤毛运动障碍 3（CILD3; 608644）的兄妹是 DNAH5 中 gln610-to-stop（Q610X）无义突变和 1-bp 插入突变（5130insA; 603335.0005）的复合杂合子基因。

.0005 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5，1-BP INS，5130A

讨论 Olbrich 等人在原发性纤毛运动障碍 3（CILD3; 608644）患者的复合杂合状态下发现的 DNAH5 基因（5130insA）中的 1-bp 插入（2002），参见 603335.0004。

.0006 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5、1-BP INS、2261T

Knowles 等人在 2 名患有原发性纤毛运动障碍 3（CILD3; 608644）的同胞中（2013）鉴定了 DNAH5 基因中 2 个突变的复合杂合性：外显子 16 中的 1 bp 插入（2261insT），导致移码和提前终止（Met754IlefsTer5），以及最后一个碱基处的 6249G-A（603335.0007）转换位于外显子 37 中。预计后一种突变会导致 met2083-to-ile（M2083I）缺陷和过早终止，但事实证明它会改变剪接位点，导致蛋白质过早终止。通过外显子组测序鉴定了突变。每个未受影响的亲本对于其中一种突变都是杂合的。先证者患有鼻窦炎、中耳炎、支气管扩张、内脏逆位和鼻一氧化氮减少。

.0007 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5，6249G-A

讨论 Knowles 等人在原发性纤毛运动障碍 3（CILD3; 608644）患者的复合杂合状态下发现的 DNAH5 基因（6249G-A）剪接位点突变（2013），参见 603335.0006。

.0008 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5、ILE374THR

Knowles 等人在一名患有原发性纤毛运动障碍 3 型和内位反位（CILD3; 608644）的亚裔印度裔 5 岁女孩中（2013）鉴定了 DNAH5 基因中 2 个突变的复合杂合性：外显子 9 中的 1121T-C 转变导致 ile374 至 thr（I374T）取代，以及外显子 20 中的 3139G-A 转变导致 gly1047 至 thr（I374T）取代。 -arg（G1047R；603335.0009）替换。这两种突变均通过外显子组测序鉴定并通过桑格测序证实，均发生在高度保守的残基处，并且预计是有害的，尽管尚未进行功能研究。患者患有鼻窦炎、中耳炎、支气管扩张、鼻腔一氧化氮减少。

.0009 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5、GLY1047ARG

讨论 Knowles 等人在患有原发性纤毛运动障碍 3 和位置反位（CILD3; 608644）的患者中以复合杂合状态发现的 DNAH5 基因中的 gly1047-to-arg（G1047R）突变（2013），参见 603335.0008。

.0010 原发性纤毛运动障碍，3
DNAH5，1-BP DEL，10815T

Hornef 等人在 7 个家庭中，其中 6 个来自美国，1 个来自德国，患有原发性纤毛运动障碍（CILD3；608644）（2006）在 DNAH5 基因的外显子 63 中发现了一个新的缺失，c.10815delT。预计该缺失会导致移码和提前终止（Pro3606HisfsTer23）。来自美国的两名患者（UNC47 和 UNCB）的突变是纯合的。单倍型分析表明该缺失可能是一个创始人突变。霍内夫等人（2006）另外筛查了 60 个美国 PCD 家族，并检测到另外 4 个家族具有 10815delT 突变。