类克鲁伯因子 1； KLF1

红细胞克鲁佩样因子； EKLF

HGNC 批准的基因符号：KLF1

细胞遗传学位置：19p13.13 基因组坐标（GRCh38）：19:12,884,422-12,887,201（来自 NCBI）

▼ 说明

KLF1 基因编码一种必需的转录激活因子，通过与其 CACCC 元件结合来指导成人 β-珠蛋白启动子的高水平表达（Bieker，1996）。 KLF1 还充当 BCAM 蛋白（612773） 以及红系细胞上表达的其他蛋白的转录因子（Helias 等人总结，2013）。

▼ 克隆与表达

Bieker（1996） 分离出 KLF1，它是鼠类 Eklf 的人类同源物。预测的 KLF1 蛋白包含 3 个锌指，与小鼠 Eklf 具有超过 90% 的序列相似性，并预测与小鼠 Eklf 结合相同的靶序列。该蛋白质的其余部分富含脯氨酸，与小鼠基因保留大约 70% 的序列相似性。人 KLF1 在骨髓和红白血病细胞系中表达，但在骨髓细胞或淋巴细胞系中不表达。

范·雷等人（1997） 从骨髓 cDNA 文库克隆了 KLF1。预测的 362 个氨基酸的人类蛋白质与小鼠 Eklf 的蛋白质有 69% 的相同性。 Northern印迹分析显示仅在红细胞生成组织（胎儿肝脏和成人骨髓）中表达。

▼ 基因结构

Bieker（1996） 确定 KLF1 基因包含在基因组 DNA 的 3 kb 范围内，其编码区被 2 个内含子打断，其位置与鼠基因相同。

▼ 测绘

范·雷等人（1997）通过荧光原位杂交将KLF1基因定位到染色体19p13.13-p13.12。

▼ 基因功能

努埃兹等人（1995）和珀金斯等人（1995） 在胚胎干细胞中使用同源重组来灭活小鼠 Eklf 基因，并证明造血功能缺陷。 Eklf 基因最初通过差异筛选从小鼠红系细胞 RNA 中分离出来，并被证明具有红系特异性，尽管在肥大细胞系中发现了较低水平的 Eklf。 Eklf 包含 3 个锌指，与 Kruppel 转录因子家族中的锌指同源（参见 165220）。由于 EKLF 与 CCACACCCT 序列结合，因此怀疑 EKLF 通过其与 β-珠蛋白基因（HBB；141900） 启动子中的 CAC 框结合的能力来影响红系发育。该元件的突变导致β-珠蛋白表达减少，并且它似乎介导珠蛋白基因座控制区对启动子的影响。 Nuez 等人通过对 EKLF 基因内 lacZ 报告序列杂合的转基因小鼠的研究（1995）发现报告基因在胎儿肝脏和成人骨髓中所有类型的成红细胞中以发育特异性方式表达。纯合 EKLF 缺陷小鼠在卵黄囊造血的胚胎阶段表现正常，但在胎儿生命早期，当造血转移到胎儿肝脏时，出现致命性贫血。形成了去核红细胞，但其中不含有适量的血红蛋白。珀金斯等人（1995）指出，胎儿肝脏红细胞生成过程中发生的贫血具有β-地中海贫血中β-珠蛋白缺乏的分子和血液学特征。尽管 EKLF 在所有阶段都表达，但卵黄囊红细胞生成、红细胞定型或其他潜在靶基因的表达并不需要 EKLF。其阶段特异性和 β 珠蛋白基因特异性要求表明 EKLF 可能有助于人类完成胎儿到成人（血红蛋白 γ 到 β）的转换。

EKLF 对于人类 β-珠蛋白基因的阶段特异性表达是必需的。阿姆斯特朗等人（1998） 表明 EKLF 需要 SWI/SNF 相关的染色质重塑复合物，即 EKLF 共激活因子重塑复合物-1（ERC1），才能在体外染色质模板上生成 DNase I 超敏感、转录活性高的 β-珠蛋白启动子。 ERC1 包含酵母 SWI/SNF 亚基的 BRG1、BAF170（601734）、BAF155（601732） 和 INI1（601607） 同源物，以及高等真核生物特有的亚基 BAF57（603111），该亚基对于染色质重塑和转录至关重要与EKLF。因此，SWI/SNF 家族的成员直接在转录激活中发挥作用，并且可以通过选择性地与特定 DNA 结合蛋白相互作用来调节基因子集。

辛格尔顿等人（2008） 发现 KLF1 基因的功能丧失突变导致显性遗传的路德阴性 In（Lu） 红细胞表型（INLU; 111150）。 In（Lu） 最初被认为是由抑制或抑制路德抗原基因（BCAM; 612773） 的基因遗传引起的（Gibson, 1976）。 Singleton 等人的研究结果（2008）指出，该表型中 Lu 抗原表达的缺乏是由于与红细胞成熟相关的红细胞特异性基因转录减少所致。

舍恩菲尔德等人（2010） 发现小鼠 Hbb 和 Hba（141800） 与来自核灶中几乎所有染色体的数百个活性基因相关，他们将其称为“转录工厂”。 2 个珠蛋白基因优先与特定且部分重叠的活性基因子集相关。舍恩菲尔德等人（2010） 还指出，Hbb 基因座的表达强烈依赖于 Klf1，而 Hba 基因座的表达仅部分依赖于 Klf1。小鼠红系细胞的免疫荧光分析表明，大多数 Klf1 定位于细胞质，核 Klf1 存在于与 RNAII 病灶重叠的离散位点中。小鼠红系细胞中的 Klf1 敲除特异性破坏了 Hbb 相关网络内 Klf1 调节基因的关联。 Klf1 敲除会更弱地破坏特定 Hba 网络内的相互作用。舍恩菲尔德等人（2010） 表明 KLF1 调控基因共享包含 KLF1 的转录工厂，并且 KLF1 是这些共同调控基因的聚类所必需的。他们得出的结论是，转录调控涉及复杂的三维网络，而不是孤立地作用于单个基因的因素。

博格等人（2010） 证明 KLF1 结合并激活 BCL11A 基因（606557） 的启动子区域，该区域是胎儿血红蛋白基因 HBG1（142200） 和 HBG2（142250） 的抑制因子。对成人外周血中的人红系祖细胞进行染色质免疫沉淀（ChIP） 分析显示，KLF1 与 BCL11A 启动子有很强的结合，而在人胎肝红系祖细胞中未观察到这种结合。这些发现表明，KLF1 通过充当 HBB 基因的优先激活剂和激活 BCL11A 的表达（进而抑制 HBG1x 和 HBG2 基因），充当人类胎儿到成人球蛋白转换的双重调节因子。

阿诺等人（2010）发现KLF1在红系细胞上水通道AQP1（107776）和粘附分子CD44（107269）的表达中发挥作用。

▼ 分子遗传学

路德教会红细胞组

辛格尔顿等人（2008） 在 24 名具有显性 In（Lu） 表型的人中，有 21 人发现了 KLF1 基因中的 9 种不同的杂合功能丧失突变（参见例如 600599.0001-600599.0004）（INLU；111150）。这些个体没有病理学报告，表明 1 个功能性 KLF1 等位基因足以维持人类红细胞生成。在 37 名对照中未发现 KLF1 突变。

Helias 等人在来自 10 名具有显性 In（Lu） 表型的先证者的红细胞样本中（2013） 在 KLF1 基因中鉴定出 10 种不同的杂合功能丧失突变（参见，例如 600599.0007-600599.0009）。流式细胞术分析表明，这些个体的红细胞中 Lu（b） 抗原表达较弱，CD44 表达较低（107269）。此外，与对照组（平均低于 1.0%）相比，这些个体的胎儿血红蛋白（HbF） 水平升高（平均为 2.14%），并且 HbA2 水平略有升高（141850）。最后，9名P1等位基因杂合的In（Lu）个体（607922.0007）不表达P1抗原（见111400），而1名P1等位基因纯合的个体仅表达弱P1。这些发现表明，In（Lu）血型中P1的表达受到抑制。赫利亚斯等人（2013） 得出结论，KLF1 单倍体不足对不同红细胞蛋白的表达有不同的影响，可能反映了它们各自的基因对 KLF1 转录因子的可变依赖性。

胎儿血红蛋白的遗传性持续性，KLF1 相关

在一个患有遗传性胎儿血红蛋白持续存在的马耳他家族受影响成员中（613566），Borg 等人（2010） 鉴定出 KLF1 基因中的杂合突变（K288X; 600599.0005）。体外功能表达测定表明，KLF1 功能丧失导致 BCL11A 表达减少，胎儿血红蛋白基因 HBG1 和 HBG2 表达增加。

先天性红细胞生成不良性贫血 IV

在 2 名无关的先天性红细胞生成障碍性贫血 IV（CDAN4; 613673） 患者中，其中一名由 Wickramasinghe 等人报道（1991），阿诺等人（2010） 鉴定出 KLF1 基因中的杂合从头突变（E325K; 600599.0006）。研究结果表明，KLF1 基因在红细胞生成过程中多个基因的调节中发挥着关键作用，某些基因靶标的失调可导致红细胞生成障碍。

▼ 动物模型

维格德等人（1996） 培育了一种 Eklf 基因敲除小鼠，其胚胎正常表达 ε 和 γ 珠蛋白基因。在杂合基因敲除小鼠胎儿肝脏中，γ-球蛋白和β-球蛋白的表达比例发生了改变。纯合基因敲除小鼠胎儿没有β-珠蛋白转录，并且β启动子处的染色质结构发生了一致的变化。维格德等人（1996） 提出 EKLF 稳定了珠蛋白基因座控制区和 β-珠蛋白基因之间的相互作用。此外，他们认为这些发现提供了进一步的证据，证明单个细胞内珠蛋白基因表达的发育调节是通过改变基因转录周期的频率和/或持续时间来完成的，而不是通过改变转录速率来实现的。

周等人（2010） 发现，Klf1 基因中 50 bp HS1 增强子（EHS1） 缺失的纯合转基因小鼠，小鼠 ε-y2-珠蛋白/β-珠蛋白和 BAC 衍生的人 γ-珠蛋白的基因表达比率大大增加胚胎第 14.5 天肝脏中的β-珠蛋白。从突变小鼠中分离出的成年红系祖细胞显示 Bcl11a 表达显着降低，表明 Klf1 调节 Bcl11a 表达。 ChIP 分析表明野生型 Klf1 与 Bcl11a 启动子区域的 CACCC 框结合。对成人祖血细胞的研究表明，与小鼠研究类似，KLF1 的敲低会导致 BCL11A 表达降低和 γ 珠蛋白基因上调。研究结果表明，KLF1 丰度的发育阶段特异性变化介导了珠蛋白基因表达的竞争性相互作用。

Lyon（1983, 1986） 描述了乙基亚硝基脲诱导的小鼠突变，即新生儿贫血（Nan），导致半显性溶血性贫血，具有遗传性球形红细胞增多症的几个特征（参见 182900）。 Nan 被对应到小鼠 8 号染色体。Siatecka 等人（2010） 将 Nan 突变鉴定为 Eklf 的第二个 C2H2 锌指基序中的 glu339-to-asp（E339D） 取代。 E339 在整个小鼠和人类 KLF 家族以及不同物种的 EKLF 蛋白中绝对保守。该取代是保守的，不会影响 Eklf 蛋白表达，但它消除了突变体 Eklf 与 Eklf 靶启动子子集的结合，其中 Eklf 靶启动子子集在 Eklf 结合基序的中间位置含有胸苷。突变体 Eklf 结合特异性的改变导致 Nan 杂合小鼠中 Eklf 依赖性基因表达扭曲和残余胚胎 β-h1 珠蛋白表达异常。 Nan 突变比 Eklf 缺失更为严重，因为纯合 Nan 突变小鼠比 Eklf -/- 胚胎在更早的胚胎时间点死亡。此外，杂合子 Nan 小鼠表现出严重贫血，而 Eklf +/- 小鼠与野生型小鼠无法区分。

▼ 等位基因变异体（9 个精选示例）：

.0001 血型 - 路德教抑制剂
KLF1，1-BP DUP，954G

Singleton 等人在 8 名具有显性 In（Lu） 血液表型（INLU; 111150） 的英国血统个体中进行了研究（2008） 在 KLF1 基因的外显子 3 中发现了杂合 1-bp 重复（954dupG），导致移码和提前终止。预计这种取代会使转录因子失去功能。这些个体没有病理学报告，表明 1 个功能性 KLF1 等位基因足以维持人类红细胞生成。

.0002 血型 - 路德教抑制剂
KLF1、1-BP DEL、569C

Singleton 等人在 6 名具有显性 In（Lu） 血液表型（INLU; 111150） 的西班牙血统个体中（2008） 在 KLF1 基因的外显子 2 中发现了一个杂合 1-bp 缺失（569delC），导致移码和过早终止。预计这种取代会使转录因子失去功能。这些个体没有病理学报告，表明 1 个功能性 KLF1 等位基因足以维持人类红细胞生成。

.0003 血型 - 路德教抑制剂
KLF1、LYS292TER

在具有显性 In（Lu） 血液表型（INLU; 111150） 的个体中，Singleton 等人（2008） 鉴定了 KLF1 基因中的杂合 874A-T 颠换，导致 lys292 到 ter（K292X） 的取代。预计该取代会导致过早终止和所有锌指结构域的缺失。

.0004 血型 - 路德教抑制剂
KLF1、HIS299TYR

在具有显性 In（Lu） 血液表型（INLU; 111150） 的个体中，Singleton 等人（2008） 鉴定出 KLF1 基因中的杂合 895C-T 转换，导致 his299 到 tyr（H299Y） 取代。预计该取代会导致锌结合减少。

.0005 与 KLF1 相关的胎儿血红蛋白遗传性持久性
KLF1、LYS288TER

在一个患有遗传性胎儿血红蛋白持续存在的马耳他家族受影响成员中（613566），Borg 等人（2010） 鉴定了 KLF1 基因中的杂合 A 至 T 颠换，导致 lys288 至 ter（K288X） 取代，这在 400 个对照中未发现。预计该突变会消除完整的锌指结构域并消除 DNA 结合。在患者细胞中未检测到截短的蛋白质，表明无义介导的 mRNA 衰减。先证者因小细胞指数轻度低色素而被确定，但没有描述其他表型异常。基因表达谱显示，突变携带者胎儿珠蛋白抑制子 BCL11A（606557） 的表达降低，胎儿血红蛋白基因 HBG1（142200） 和 HBG2（142250） 的表达上调。对照细胞中 KLF1 的敲低引起了类似的基因表达变化，进一步的表达研究排除了 K288X 突变蛋白的显性失活效应。博格等人（2010） 得出结论，KLF1 单倍体不足是 HPFH 的一个原因。

.0006 贫血，先天性红细胞生成障碍，IV 型
KLF1、GLU325LYS

Arnaud 等人在 2 名无关的 IV 型先天性红细胞生成障碍性贫血（CDAN4; 613673） 患者中进行了研究（2010） 鉴定了 KLF1 基因外显子 3 中的杂合从头 973G-A 转变，导致 glu325 到 lys（E325K） 取代。 Wickramasinghe 等人此前曾报道过其中一名患者（1991）。该表型的特征是出生时水肿和严重贫血、红细胞生成无效、外周红细胞有核、红细胞上不表达 CD44（107269） 和 AQP1（107776）。两名患者还表现出胎儿血红蛋白增加。 E325K突变发生在第二个锌指结构域的保守残基中，结构模型预测该突变将稳定KLF1和DNA靶序列之间的键。人红系细胞中的表达研究表明，突变型 E325K 蛋白具有与野生型蛋白相似的表达和核定位。然而，与野生型相比，突变蛋白对 CD44 和 AQP1 的转录活性显着降低，这与临床发现一致。突变的 KLF1 蛋白也表现出显性负效应。研究结果表明，KLF1 基因在红细胞生成过程中多个基因的调节中发挥着关键作用，某些基因靶标的失调可导致红细胞生成障碍。

通过体外功能表达研究，Helias 等人（2013） 证明 E325K 突变体 KLF1 蛋白保留了 BCAM（612773） 启动子的反式激活活性，并且比野生型 KLF1 更好。这些发现与 CDAN4 与红细胞上 BCAM 水平降低无关的事实一致。

.0007 血型 - 路德教抑制剂
KLF1、LEU326ARG

Helias 等人在取自具有显性 In（Lu） 血液表型（111150） 的患者的血液样本中（2013） 鉴定出 KLF1 基因中的杂合 977T-G 颠换，导致锌指结构域中的 leu326 到 arg（L326R） 取代。体外功能表达研究表明，与野生型 KLF1 相比，突变蛋白导致 BCAM（612773） 转录活性降低，与功能丧失一致。

.0008 血型 - 路德教抑制剂
KLF1、HIS357GLN

Helias 等人在取自具有显性 In（Lu） 血液表型（111150） 的患者的血液样本中（2013） 鉴定出 KLF1 基因中的杂合 1071C-A 颠换，导致锌指结构域中的 his357 至 gln（H357Q） 取代。体外功能表达研究表明，与野生型 KLF1 相比，突变蛋白导致 BCAM（612773） 转录活性降低，与功能丧失一致。

.0009 血型 - 路德教抑制剂
KLF1、TYR197TER

Helias 等人在一对具有显性 In（Lu） 血液表型（111150） 的母子中（2013） 鉴定出 KLF1 基因中的杂合 591C-G 颠换，导致 tyr197-to-ter（Y197X） 取代。患者血细胞的流式细胞分析显示 Lu（b） 抗原的弱表达和 CD44（107269） 的低表达。与非 KLF1 突变家族成员（0.9-1.1% HbF） 相比，两个人的胎儿血红蛋白（HbF） 水平也有所升高（分别为 3.5% 和 3.7%）。