聚合酶（DNA 定向），δ 1，催化亚基; POLD1

聚合酶、DNA、δ；POLD

HGNC 批准的基因符号：POLD1

细胞遗传学位置：19q13.33 基因组坐标（GRCh38）：19:50,384,323-50,418,018（来自 NCBI）

▼ 说明

POLD1 基因编码 DNA 聚合酶 δ 的催化和校对亚基，负责 DNA 复制过程中滞后链的 DNA 合成（Palles 等人，2013 年和 Weedon 等人，2013 年总结）。

DNA 聚合酶-δ 复合物参与 DNA 复制和修复，由增殖细胞核抗原（PCNA; 176740）、多亚基复制因子 C（参见 102579） 和 4 亚基聚合酶复合物组成：POLD1、POLD2（600815）、POLD3（611415） 和 POLD4（611525）（Liu 和 Warbrick，2006）。

▼ 克隆与表达

西瓦奥贾等人（1990） 从相同的 HeLa 细胞提取物中纯化了 DNA 聚合酶 α（312040）、δ 和 ε（174762）。他们的研究结果支持了这样的前提：α、δ 和 ε 聚合酶是不同的酶。 PCNA 是 DNA 聚合酶 δ 的辅助蛋白（辅因子）。 Syvaoja 和 Linn（1989） 在 HeLa 细胞中发现了一种对 PCNA 不敏感的 DNA 聚合酶 δ 形式。 Lee 和 Toomey（1987） 从人胎盘中分离出 DNA 聚合酶 δ，并提供证据表明其聚合酶和核酸外切酶活性均与单一蛋白质相关。 Lee（1988） 得出结论，胎盘 DNA 聚合酶 δ 的多种形式是分离过程中蛋白水解的结果，并且全部源自一种蛋白质。

钟等人（1991） 克隆了 POLD 基因对应的 cDNA，并表明该 3,443 bp 序列编码 1,107 个氨基酸的多肽。该酶与牛 DNA 聚合酶 δ 94% 相同，并且包含先前在牛和酵母酶中观察到的许多高度保守的区域。该人类酶还在分子的 C 末端区域含有 2 个假定的锌指结构域，并在 N 末端含有假定的核定位信号。

杨等人（1992） 还克隆了人 POLD cDNA，并证明它长 3.5 kb，编码 1,107 个氨基酸的蛋白质，计算分子量为 124 kD。 Northern 印迹分析表明 mRNA 为 3.4 kb。

威登等人（2013） 发现 POLD1 基因在一组人体组织中表达，其中在心脏和肺中表达水平较高。

▼ 基因功能

西田等人（1988） 表明人类成纤维细胞中的 DNA 修复合成需要 DNA 聚合酶 δ。德雷斯勒等人（1988）表明，紫外线照射后后期的修复合成，就像早期阶段的修复合成一样，是由这种酶介导的。

卡马斯-勒布等人（2000）表明WRN在功能上与DNA聚合酶δ相互作用，这是DNA复制和DNA修复所必需的。

利德德等人（2007） 表明，在单倍体芽殖酵母中，H2O 核酸内切酶诱导的 Rad51（179617） 依赖性断裂诱导复制（BIR） 需要滞后链 DNA 聚合酶 α-引物酶复合物以及聚合酶 δ 来启动新的 DNA 合成。 BIR 的初始引物延伸步骤不需要聚合酶 ε，但需要完成 30 kb 的新 DNA 合成。 BIR 的启动还需要非必需 DNA 聚合酶 δ 亚基聚合酶 32，主要通过其与另一个聚合酶 δ 亚基聚合酶 31 相互作用。 H2O2 诱导的基因转换不需要聚合酶 32，其中双链断裂的两端都会发生同源重组。在缺乏端粒酶的酵母菌株中，依赖 Rad51 和不依赖 Rad51 的幸存者的恢复也需要聚合酶 32。 Lydeard 等人的结果（2007） 强烈建议两种类型的端粒维持途径都是通过重组依赖性 DNA 复制而发生的。因此，聚合酶 32 对于复制和基因转换来说是可有可无的，但却是 BIR 所独特需要的。这一发现为了解 DNA 复制重启机制在真核生物中如何运作提供了一个机会。

▼ 测绘

Chung 等人通过对 24 个人类/仓鼠杂交细胞组的 DNA 进行 PCR 分析， Yang 等（1991） 将 POLD 基因对应到 19 号染色体（1992） 通过对一组啮齿动物/人类细胞杂交体中经 EcoRI 消化的 DNA 进行 Southern 印迹，将 POLD 基因定位于 19 号染色体。通过原位杂交，Kemper 等人（1992） 将 POLD1 基因分配给 19q13.3-q13.4。

戈尔兹比等人（1998） 将 Pold1 基因定位到小鼠 7 号染色体。

▼ 基因结构

张等人（1995） 表明人类 POLD1 基因包含 27 个外显子，跨度约为 32 kb。该基因具有富含GC的启动子区域和多个转录起始位点。 Zhu和Chang（1997）发现POLD1基因的核心启动子从主要转录起始位点向上游延伸328bp。该区域的多个元件，包括两个 11 bp 的同向重复序列，在 POLD1 启动子活性中发挥着重要作用。 Zhu和Chang（1997）表明SP1（189906）和SP3（601804）可以通过同向重复序列激活POLD1启动子。

▼ 分子遗传学

结直肠癌易感性 10

Palles 等人在 2 个大的多代家庭中易患结直肠癌 10（CRCS10；612591） 的受影响成员中（2013） 在 POLD1 基因（S478N; 174761.0001） 的核酸外切酶结构域中高度保守的残基处发现了杂合突变。在研究的验证阶段，第三个受影响的家庭也发现了 S489N 突变。该表型的特征是在成年早期出现多发性结直肠腺瘤和癌。然而，7名突变携带者同时发展为子宫内膜癌，1名患者患有2个原发性脑肿瘤。 6 个突变携带者中有 2 个的肿瘤组织显示出额外的体细胞突变，最常见的是 APC（611731）、KRAS（190070） 或 FBXW7（606278） 基因。所有肿瘤均表现出微卫星稳定性。除了种系 POLD1 突变之外，Palles 等人（2013） 从大型数据库中鉴定出 5 种结直肠癌的体细胞 POLE（174762） 突变。所有这些肿瘤都有额外的体细胞突变。这些发现表明 POLD1 突变肿瘤的肿瘤发生机制是复制相关聚合酶校对保真度降低，导致突变率增加。

贝利多等人（2016） 对 529 个家族的 POLE 和 POLD1 核酸外切酶结构域进行了测序，其中 441 个家族患有家族性非息肉病 CRC，88 个家族患有息肉病。他们发现了 7 个新颖或罕见的变体。除了息肉病、结直肠癌和少突胶质细胞瘤患者中的 POLE L424V 复发突变外，Bellido 等人（2016） 在非息肉病 CRC 家族中发现了 6 个新的或罕见的 POLD1 变异。

下颌发育不全、耳聋、早衰特征和脂肪营养不良综合征

Weedon 等人在 4 名患有下颌发育不全、耳聋、早衰特征和脂肪营养不良综合征（MDPL; 615381） 的无关患者中进行了研究（2013） 鉴定了 POLD1 基因（174761.0003） 聚合酶活性位点中残基 ser605（ser604del） 的从头杂合框内删除。这种突变最初是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序在 2 名患者身上得到证实，但在任何父母或几个大型对照数据库中均未发现该突变。该疾病的特点是儿童早期皮下脂肪减少、面部特征特征以及代谢异常，包括胰岛素抵抗和糖尿病。感音神经性耳聋发生在生命的第一或第二个十年的晚期。大肠杆菌体外功能表达研究表明，突变酶失去了 DNA 聚合酶能力，而其核酸外切酶活性虽然与野生型相比有所下降，但仍然存在。研究证明了突变酶活性的解耦，并表明突变蛋白可以结合 DNA，但无法与 dNTP 相互作用并掺入。导致结直肠癌的突变（174761.0001和174761.0002）影响校对域并导致碱基替换错误率增加，而ser605del突变酶保留校对能力但不能催化聚合，这可能导致停滞复制叉增加、细胞衰老和死亡。研究结果表明 POLD1 与脂肪组织稳态有关。

关联待确认

有关综合征性联合免疫缺陷病与 POLD1 基因变异之间可能关联的讨论，请参阅 174761.0005。

▼ 动物模型

正常细胞通过聚合酶碱基选择性、3-prime 至 5-prime 核酸外切校对、错配校正和 DNA 损伤修复的综合作用，最大限度地减少自发突变。为了确定哺乳动物校对缺陷的后果，Goldsby 等人（2002） 培育出 DNA 聚合酶 δ 校对域发生点突变（asp400 变为 ala）的小鼠。他们表明，这种突变使DNA聚合酶δ的3-prime到5-prime核酸外切酶失活，并以隐性方式引起突变和癌症表型。到 18 个月大时，94% 的突变纯合小鼠患上癌症并死亡（中位生存期为 10 个月）。相比之下，只有 3% 至 4% 的杂合子和野生型纯合子在这段时间内患上癌症。在 49 只纯合子小鼠中产生的 66 个肿瘤中，40 个是上皮来源的（癌），24 个是间质来源的（淋巴瘤和肉瘤），2 个是复合性的（畸胎瘤）；其中三分之一的动物在超过 1 个组织中出现肿瘤。皮肤鳞状细胞癌是最常见的肿瘤类型，60% 的纯合小鼠和 90% 存活超过 8 个月的小鼠均发生皮肤鳞状细胞癌。这些数据表明，DNA 聚合酶 δ 校对可抑制自发肿瘤的发展，并强烈表明未修复的 DNA 聚合酶错误会导致癌变。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 结直肠癌，易感性，10
POLD1，SER478ASN

Palles 等人在 2 个大的多代家庭中易患结直肠癌 10（CRCS10；612591） 的受影响成员中（2013） 在 POLD1 基因中鉴定出杂合的 c.1433G-A 转换（c.1433G-A，NM_002691），导致外切核酸酶结构域中高度保守的残基处出现 ser478 到 asn（S478N） 的取代。突变体mRNA稳定表达。对这两个家族的微卫星分析表明它们有共同的祖先。在研究的验证阶段，在第三个受影响的家庭中发现了 S489N 突变。该突变最初是通过连锁分析结合全基因组测序发现的，在 6,721 个对照或 10,755 个对照外显子组中未发现。与野生型相比，携带类似突变的酵母构建体的突变率高出 12 倍。使用酵母结构的分子模型表明，S478N 突变将扭曲核酸外切酶活性位点涉及的螺旋包装，可能影响核活性。该表型的特征是在成年早期出现多发性结直肠腺瘤和癌。然而，7名突变携带者同时发展为子宫内膜癌，1名患者患有2个原发性脑肿瘤。 6 个突变携带者中有 2 个的肿瘤组织显示出额外的体细胞突变，最常见的是 APC（611731）、KRAS（190070） 或 FBXW7（606278） 基因。所有肿瘤均表现出微卫星稳定性。

埃尔赛义德等人（2015） 没有在 1,188 名患有多发性息肉或家族性结直肠癌的荷兰先证者中发现 POLD1 S478N 突变。

.0002 结直肠癌，易感性，10
POLD1、PRO327LEU

Palles 等人在一名患有多发性结直肠腺瘤的 70 岁患者（612591） 中（2013） 在 POLD1 基因中发现了一个杂合的 c.981C-G 颠换（c.981C-G，NM_002691），导致核酸外切酶结构域中高度保守的残基发生 pro327 到 leu（P327L） 的取代。

.0003 下颌发育不全、耳聋、早衰特征和脂肪营养不良综合征
POLD1、3-BP DEL、1812CTC

Weedon 等人在 4 名患有下颌发育不全、耳聋、早衰特征和脂肪营养不良综合征（MDPL; 615381） 的无关患者中进行了研究（2013） 在 POLD1 基因中发现了一个从头杂合的框内 3-bp 缺失（c.1812_1814delCTC, NM_002691.2），导致基序 A 中残基 ser605（ser605del） 的缺失，基序 A 是聚合酶的高度保守区域活跃站点。这种突变最初是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序在 2 名患者身上得到证实，但在任何父母或几个大型对照数据库中均未发现该突变。大肠杆菌体外功能表达研究表明，突变酶失去了 DNA 聚合酶能力，而其核酸外切酶活性虽然与野生型相比有所下降，但仍然存在。这些研究证明了突变酶活性的解耦，并表明突变蛋白可以结合 DNA，但无法与 dNTP 相互作用并掺入。研究结果表明 POLD1 与脂肪组织稳态有关。

.0004 结直肠癌，易感性，10
POLD1、LEU474PRO

Valle 等人在一名患有 CRCS10（612591） 但无息肉病的女性中（2014） 在 POLD1 基因中鉴定出杂合的 c.1421T-C 转换（c.1421T-C，NM_002691），导致 DNA 校对域中高度保守的残基处由 leu474 到 pro（L474P） 取代。该突变也存在于患有结直肠癌和子宫内膜癌的患者姨妈以及患有子宫内膜癌的患者母亲中。该家族不存在错配修复缺陷。酵母中同源密码子（L479S） 的突变已被证明会引起突变表型（Murphy 等人，2006），支持 L474P 突变的致病性。该先证者是从接受 POLD1 基因筛查的 858 名患有家族性/早发性 CRC 的西班牙先证者队列中确定的，占总数的 0.12%。

.0005 意义未知的变体
POLD1、GLN684HIS 和 SER939TRP

该变异被归类为意义不明的变异，因为其对综合征性联合免疫缺陷病的贡献尚未得到证实。

Conde 等人对一名患有综合征型联合免疫缺陷病的 24 岁男性（患者 2）进行了研究（2019） 在 POLD1 基因中发现了 3 个杂合错义变异：催化结构域中的 gln684 到 his（Q684H） 替换和域间区域中的 ser939 到 trp（S939W） 替换，这些变异是从母亲顺式继承的，以及 CysB 结构域中的 arg1074-to-trp（R1074W），该结构域是从另一个等位基因的父亲遗传的。 Q684H 和 R1074W 变体仅在 ExAC 数据库中以杂合状态以低频率（低于 0.001%）存在，而 S939W 在 ExAC 和 1000 基因组计划数据库中均不存在。患者的外周血单核细胞显示其他 POLD 成分的表达降低，表明聚合酶-δ 复合物的稳定性受损，以及细胞周期中活跃细胞的水平降低。对转染变体的 HEK293 细胞的体外研究表明 POLD1 变体蛋白的稳定性得以保留。 POLD1 变体保留了与其他 POLD 亚基的结合；然而，与野生型相比，POLD1 变体导致酶聚合酶活性降低。该患者在儿童早期就出现反复呼吸道感染，导致支气管扩张和皮肤疣，常见乳头状瘤病毒株呈阴性。他身材矮小、小头畸形、听力障碍和智力发育受损，智商为 70。免疫检查显示 CD4+ T 细胞、B 细胞和 NK 细胞数量持续减少。

.0006 意义未知的变体
POLD1，ARG1074TRP

该变异被归类为意义不明的变异，因为其对综合征性联合免疫缺陷病的贡献尚未得到证实。

Conde 等人讨论了 POLD1 基因中的 arg1074-to-trp（R1074W） 替换，该替换在患有综合征型联合免疫缺陷病的患者中以复合杂合状态发现（2019），参见 174761.0005。