dUTP焦磷酸酶; DUT

脱氧尿苷三磷酸核苷酸水解酶
脱氧尿苷三磷酸酶
dUTP酶

HGNC 批准的基因符号：DUT

细胞遗传学位置：15q21.1 基因组坐标（GRCh38）：15:48,331,095-48,343,373（来自 NCBI）

▼ 说明

脱氧尿苷三磷酸核苷酸水解酶（dUTPase；EC 3.6.1.23）将 dUTP 水解为 dUMP 和焦磷酸盐（Ladner 和 Caradonna，1997）。

▼ 克隆与表达

麦金托什等人（1992） 通过在大肠杆菌中进行遗传互补，从 cDNA 表达文库中克隆了 2 个功能性人类 dUTP 焦磷酸酶。 2 个不同大小的 cDNA 各自包含一个长 ORF，编码 141 个氨基酸的多肽，计算分子量为 16.6 kD。该人类蛋白质与大肠杆菌 dUTP 酶具有 35% 的同源性，与酿酒酵母酶具有 53% 的同源性。麦金托什等人（1992） 检测到多种人体组织中 dUTPase 基因的表达。由于 dUTPase 在 DNA 复制中可能发挥重要作用，作者建议可以设计化疗药物来靶向人类癌症中的 dUTPase。

拉德纳等人（1996） 纯化并表征了 HeLa 细胞中表达的 2 种不同的人类 dUTP 酶。更丰富的形式（DUT-N） 定位于细胞核，而较高分子量的形式（DUT-M） 则与线粒体相关。他们根据氨基酸序列设计了一种寡核苷酸探针，并用它来筛选 T 细胞 cDNA 文库。他们鉴定出一个 1.1 kb DUT-N cDNA，预计编码 164 个氨基酸的蛋白质，除了氨基末端外，该蛋白质与线粒体蛋白质几乎相同。作者没有获得任何证据表明 HeLa 细胞中存在与 McIntosh 等人报道的预测翻译起始位点相对应的表达的 dUTPase（1992）。拉德纳等人（1996）指出他们分离的两种形式可能代表单个基因的选择性剪接产物。

Ladner 和 Caradonna（1997） 证明，dUTPase 的核形式和线粒体形式由同一基因编码，并通过使用替代的 5-prime 外显子产生亚型特异性转录本。他们分离出对应于 DUT-M 的 cDNA，编码 252 个氨基酸的蛋白质。该蛋白的 N 末端区域含有富含精氨酸的 69 个残基线粒体靶向前序列，成熟蛋白中不存在该前序列。等电聚焦实验表明，DUT-N 的 pI 为 6.0，而加工后的 DUT-M 的 pI 为 8.1。使用异构体特异性探针进行的 Northern 印迹分析表明，DUT-N 和 DUT-M 分别由 1.1 和 1.4 kb 的 2 种不同的 mRNA 编码。 Western 和 Northern 印迹分析表明，DUT-M 蛋白和 mRNA 以组成型方式表达，与细胞周期阶段或增殖状态无关。相比之下，DUT-N 蛋白和 mRNA 水平受到严格调节，以与核 DNA 复制状态一致。

▼ 基因功能

大肠杆菌 dUTP 酶突变导致 dUTP 水平增加，并且在复制和修复过程中异常高水平的 dUMP 掺入 DNA，进而导致 DNA 断裂和细胞死亡（Lindahl，1982；el-Hajj 等，1988） 。大概由于这个原因，酵母中 dUTPase 的无效突变体是致命的。 dUTPase 的第二个功能是为胸苷酸的合成提供 dUMP。坎曼等人（1992, 1994） 表明，某些癌细胞系中 dUTPase 水平升高是其对胸苷合酶抑制剂氟脱氧尿苷（FUdR） 产生耐药性的原因。

楚等人（1996） 使用酵母 2-杂交筛选来鉴定大鼠肝脏 cDNA 文库中的基因，其产物与过氧化物酶体增殖物激活受体 PPAR-α 相互作用（170998）。分离出的一个克隆是大鼠 dUTPase 基因。体外结合测定表明，大鼠 dUTPase 与所有 3 种鼠 PPAR 亚型相互作用，并阻断 PPAR-RXR 异二聚体的形成，从而抑制 PPAR 介导的转录激活。 Northern 印迹显示，大鼠 dUTPase 以主要 1 kb mRNA 和 2 个 1.5 kb 和 3 kb 次要 mRNA 的形式表达，所有这些都存在于许多组织中。

▼ 测绘

通过荧光原位杂交，Cohen 等人（1997） 将人类 DUT 基因对应到染色体 15q15-q21.1。

▼ 分子遗传学

Dos Santos 等人在来自法国（家族 1）和埃及（家族 2）的 2 个不相关的近亲家庭的 2 名患有骨髓衰竭和糖尿病综合征（BMFDMS；620040）的患者中（2017） 鉴定了 DUT 基因中的纯合错义突变（Y142C; 601266.0001）。两名先证者都有一个类似受影响的同胞，但没有遗传物质，也没有进行家庭隔离研究。该突变是通过连锁分析和全外显子组测序相结合发现的，并通过桑格测序证实，在 dbSNP、Exome Variant Server 和 ExAC 数据库中以低频率杂合状态存在。还有证据表明欧洲祖先的创始人效应。该突变发生在蛋白质的保守区域附近，预计会导致构象变化，从而影响蛋白质功能。 DUT 是维持 DNA 完整性的关键酶，可防止尿嘧啶错误掺入 DNA，从而导致 DNA 毒性和细胞死亡。在大鼠和人胰腺β-胰岛细胞中，siRNA 介导的 DUT 抑制的体外研究通过线粒体介导的内在途径导致细胞凋亡增加。作者得出的结论是，这种疾病是由 DNA 损伤修复和细胞周期途径破坏引起的。在超过 113 名糖尿病和/或骨髓衰竭患者的队列中，DUT 基因测序并未发现任何突变，这表明 DUT 突变很少见。

Ghawil 等人在来自 2 个不相关的利比亚近亲家庭的 4 名 BMFDMS 患者中（2022） 在 DUT 基因中发现了一个纯合 Y142C 突变，该突变与两个家族的疾病分离。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。未进行变体的功能研究和患者细胞中的变体研究。

在一名苏丹近亲出生的男性患者中，患有 BMFDMS（最初由 Dufour 等人，1998 年报道），Tummala 等人（2022） 在 DUT 基因中发现了纯合 Y142C 突变。通过外显子组测序发现的突变在每个未受影响的父母中均以杂合状态存在。没有对该变体进行功能研究。图马拉等人（2022） 还在一名 16 岁男孩的 DUT 基因（R173W 和 Y227C）中发现了复合杂合错义突变，该男孩的父母是无关的苏格兰人，患有骨髓衰竭和指甲营养不良，但没有糖尿病。他是从 189 名患有先天性角化不良特征且接受外显子组测序的患者中确定的。尚未对这些变异进行家族隔离研究和功能研究。患者患有贫血、淋巴细胞减少、脾肿大和红细胞生成障碍。他还有面部异常、下颌小、牙齿拥挤、身材矮小、性腺功能低下和指甲营养不良等。

▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：

.0001 骨髓衰竭和糖尿病综合征
DUT，TYR142CYS（rs373184762）

Dos Santos 等人在来自法国（家族 1）和埃及（家族 2）的 2 个不相关的近亲家庭的 2 名患有骨髓衰竭和糖尿病综合征（BMFDMS；620040）的患者中（2017） 鉴定了 DUT 基因中的纯合 c.425A-G 转变，导致线粒体亚型中 tyr142-to-cys（Y142C） 取代（对应于 c.161A-G 转变，导致 tyr54-to-cys（Y142C） 取代-cys（Y54C） 取代核亚型）。两名先证者都有一个受影响的同胞，但没有遗传物质，也没有进行家庭隔离研究。该突变是通过连锁分析和全外显子组测序相结合发现的，并通过桑格测序证实，在 dbSNP、Exome Variant Server 和 ExAC 数据库中以低频率杂合状态存在。还有证据表明欧洲祖先的创始人效应。该突变发生在蛋白质的保守区域附近，预计会导致构象变化，从而影响蛋白质功能。在大鼠和人胰腺β-胰岛细胞中，siRNA 介导的 DUT 抑制的体外研究通过线粒体介导的内在途径导致细胞凋亡增加。作者得出的结论是，这种疾病是由 DNA 损伤修复和细胞周期途径破坏引起的。在超过 113 名糖尿病和/或骨髓衰竭患者的队列中，DUT 基因测序并未发现任何突变，这表明 DUT 突变很少见。

Ghawil 等人在来自 2 个不相关的利比亚近亲家庭的 4 名 BMFDMS 患者中（2022） 在 DUT 基因中发现了一个纯合 Y142C 突变（c.425A-G, NM_001025248.1），该突变与两个家族中的疾病分离。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。未进行变体的功能研究和患者细胞中的变体研究。

在一名苏丹近亲出生的男性患者中，患有 BMFDMS（最初由 Dufour 等人，1998 年报道），Tummala 等人（2022） 在 DUT 基因中发现了纯合 Y142C 突变。通过外显子组测序发现的突变在每个未受影响的父母中均以杂合状态存在。没有对该变体进行功能研究。