Schmid型干骺端软骨发育不良；胶原蛋白，X型，α-1

X型是软骨的短链次要胶原蛋白（Schmid和Linsenmayer，1985年）。在长骨骼的发育和生长过程中，软骨细胞依次经历了增生，肥大和变性阶段，每个阶段均以一组特定的胶原蛋白类型为特征。增殖性（I期）软骨细胞合成II型胶原蛋白作为主要胶原蛋白，IX和XI型胶原蛋白作为次要胶原蛋白。肥大（II期）软骨细胞位于柱状钙化软骨中，其特征是合成X型和II型胶原。

细胞遗传学位置：6q22.1
基因座标（GRCh38）：6：116,118,908-116,219,936

▼ 克隆和表达
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Kirsch和von der Mark（1991）从胎儿人类生长板软骨中分离出人类X型胶原并将其纯化至同质。他们产生了针对纯化蛋白的抗血清，并使用该抗体显示X型胶原蛋白在胎儿人类生长板软骨和胎儿人类胸骨钙化区的分布。建议将COL10A1基因可能参与软骨发育不良和其他软骨疾病，例如骨关节炎。

托马斯等（1991）报道了X型胶原蛋白的完整主要序列。胶原蛋白X是含有3条相同链的相对三聚体，相对分子质量为59,000。三重螺旋结构域的大小约为I，II和III型胶原蛋白的一半。胶原蛋白X的定位及其在钙化部位的瞬时表达表明，它与软骨内骨形成后期阶段的事件有关。胶原蛋白X与胶原蛋白VIII具有惊人的结构相似性（120251），另一种短链胶原蛋白主要在Descemet膜中发现，Descemet膜是由角膜内皮细胞合成的特殊基底膜。两个外显子编码完整的初级翻译产物，其由推定的信号肽序列（18个氨基酸），N末端非胶原结构域（38个氨基酸），三螺旋（463个氨基酸）和C末端组成非胶原结构域（161个氨基酸）。

▼ 基因功能
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郑等（2003）在人，老鼠和鸡COL10A1基因的启动子区域确定了多个功能RUNX2（600211）结合位点。在转基因小鼠细胞中，Runx2有助于Col10a1启动子的反式激活。另外，在Runx2杂合小鼠中观察到Col10a1表达降低和软骨细胞肥大改变，而在Runx2缺失小鼠中几乎检测不到Col10a1。郑等（2003年）得出结论，COL10A1是软骨形成过程中RUNX2的直接转录靶标。

▼ 基因结构
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托马斯等（1991年）确定胶原蛋白X由2个169 bp和2940 bp的外显子编码，它们被一个3200 bp的内含子隔开。

Ho等（2007）指出COL10A1基因包含3个外显子和一个非编码的第一个外显子。

▼ 测绘
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使用基于鸡X型胶原基因核苷酸序列的共有引物，Apte等人（1991）使用PCR以人类基因组DNA为模板，孤立出一个289bp的人类基因羧基非三螺旋结构域的片段。他们使用PCR克隆作为人类中期染色体铺展原位杂交的探针，并对人类仓鼠体细胞杂交DNA进行了Southern分析，他们将COL10A1基因座分配给了6q21-q22。托马斯等（1991）同样通过体细胞杂交筛选和原位杂交相结合将COL10A1分配给6q21-q22.3。Apte等（1992）证明了这个基因位于老鼠的10号染色体上。

▼ 分子遗传学
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Sweetman等人使用PCR和SSCP（1992）确定了COL10A1基因的编码区域的7个序列变化。这些中的六个被证明是自然多态性的，并被用来证明COL10A1基因座与软骨发育不良（100800）和假软骨发育不良（177170）之间的不一致分离。第七个序列变化导致分子C端结构域中的val-met取代，仅在来自同一家族的2名患有软骨发育不良的人中被鉴定出（146000）。该家庭的隔离分析尚无定论。因此，替代的意义仍然不确定。

沃曼等（1993）证明了COL10A1基因的突变是造成施密特氏干phy端软骨发育不良的原因（MCDS; 156500）。在MCDS患者中已鉴定出许多COL10A1突变。每个是C末端非胶原（NC1）域内且它已经表明表型是突变多肽的无法发起三聚体形成的结果（沃曼等人，1993。 ; McIntosh的等人（1994年，1995年））。

沃利斯等（1996）回顾了21个已知的COL10A1基因突变与干mid端软骨发育不良的施密特类型有关，并指出所有的突变都发生在编码C末端NC1结构域的COL10A1区域。他们认为，导致MCDS的COL10A1突变的限制性分布反对这种疾病的突变机制是单倍剂量不足。

沃曼等（1993）和Wallis等（1996）发现其他类型的干phy端软骨发育不良患者的COL10A1基因没有突变。池川等（1997）发现了X型胶原基因的N末端球状结构域的2个从头错义突变。先前报道的突变都涉及C端球状结构域。在这些日本患者中，MCDS的临床表型是典型的。

Kuivaniemi等（1997）列出了在MCDS患者中发现的COL10A1基因的17种不同突变。

脊柱骨赘发育不良（SMD）包括一组异质的可遗传性骨骼发育不良，其特征在于脊柱椎体和管状骨干phy端的改变。池川等（1998）检查了COL10A1的整个编码区，以寻找5名无关的SMD患者的突变，因为施密特干meta端软骨发育不良与SMD表现出明显的表型重叠，并且因为携带X型胶原蛋白缺失的转基因小鼠表现出SMD表型（Jacenko等人（1993）。他们发现一个杂合的错义突变（120110.0016）与一个SMD家庭的疾病表型共分离。Hasegawa等描述了1名发现COL10A1突变的患者（1994）具有一种称为日式的新型SMD。其他四名与日本无关的患者是SMD的偶发病例。其中两个被认为具有Kozlowski型（184252）；一种具有角部骨折类型（184255），一种具有未指定形式的SMD。在这4例病例中均未发现突变。

通过对突变的重组COL10A1的C末端NC1结构域进行分子建模，Marks等（1999年）确定，导致MCDS的许多突变都位于折叠的单体NC1结构域的2个特定区域。通过突变分析，他们发现含有tyr598-to-asp（Y598D; 120110.0002）和ser600-pro-pro（S600P; 120110.0018）突变的NC1域保留了形成三聚体的能力，尽管这些三聚体显示的热稳定性低于野生型分子。 。

威尔逊等（2002年）分析了患者软骨组织和转染细胞中COL10A1突变的表达和降解。他们发现携带Y598D突变或移码突变的COL10A1导致蛋白质被完全降解，从而使患者生长板中的功能性胶原X减少了50％。威尔逊等（2002）确定突变体链能够形成三重螺旋。但是，当转染到骨肉瘤细胞中时，突变体在mRNA水平上表达，但是该蛋白并未分泌。抑制剂研究表明，突变型胶原蛋白仍与内质网相关，并被蛋白酶体和溶酶体降解途径降解。

Chan等（2001年）确定，COL10A1在N端信号序列中或附近具有突变，例如从gly18到arg（G18R; 120110.0012），导致可以与三聚体缔合的链，但信号肽未去除，三聚体无法形成三重螺旋。突变链保持锚定在微粒体的膜上并且不被分泌。

Bateman等在2名具有COL10A1无意义突变的MCDS患者中，将trp611突变为ter（120110.0019），将tyr632突变为ter（120110.0015）（2003年）表明，突变的等位基因在软骨中经历了完全无意义的介导的mRNA衰变（NMD），但在淋巴母细胞或骨细胞中却没有。作者认为，新型的RNA监测机制可能存在于软骨中，NMD的组织特异性对于理解无意义突变的分子病理学可能具有重要意义。

Makitie等（2005年）报道了10例MCDS和COL10A1突变的患者，其中最典型的影像学发现是在股骨近端干physi端，在所有患者中均表现出干phy端不规则，矢状静脉和垂直生长板。Makitie等（2005年）得出结论，X型胶原蛋白在股骨颈发育中起关键作用，并且可能是其长度，宽度和颈轴角度的重要决定因素。

Chan等（1998）证明了MCDS患者生长板软骨中缺少突变RNA，并提示单倍体功能不足是MCDS的分子基础。格雷戈里等（2000年），然而，证明突变体和正常的mRNA的存在与MCDS患者的生长板中，并建议显性负作用更可能是MCDS的分子基础。

Bateman等（2005年）指出在36例施密特氏干phy端软骨发育不良病例中描述了COL10A1基因中的33个独特的杂合突变，这些错义突变和引入过早终止信号的突变大致相等。这些突变聚集在外显子3的3个主要区域（36个患者中的33个），该区域编码C端NC1三聚化结构域。在COL10A1错义突变的情况下，常见的结果似乎是破坏胶原蛋白X三聚化和分泌，从而导致细胞内降解。软骨组织中的COL10A1无意义突变导致通过无意义介导的mRNA衰减（NMD）去除突变RNA。因此，对于这两类突变，功能性单倍体功能不足是MCDS临床表型的最可能原因。

Ho等人在一个患有MCDS的13岁男孩中（2007）确定杂合性为COL10A1（Y663X; 120110.0020）的一个无意义的突变。约50％的突变Y663X mRNA被翻译成截短的α-1（X）链，这些链被错误折叠，无法组装成三聚体，并干扰正常的α-1（X）链成三聚体。

▼ 动物模型
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Jacenko等（1993）通过X型胶原的转基因显性-负突变在小鼠中产生了脊椎骨赘的发育不良。有趣的是，罗萨蒂等（1994）观察到正常小鼠没有表达X型胶原的长骨生长和发育。这一发现支持上述观点，认为施密德干骺端软骨发育是突变型胶原多肽的显性负作用和正常X型胶原的不不足的结果作为先前建议（沃曼等人，1993。 ; McIntosh的等人（1994年，1995年））

Gress和Jacenko（2000）表明灭活的Col10a1的转基因和基因敲除小鼠表现出可变的表型，反映出某些骨骼造血缺陷。一部分剔除小鼠（约11％）在出生后3周死亡，其他小鼠则随着年龄的增长而出现缺陷。缺陷包括骨髓中的红细胞占优势，脾脏和胸腺尺寸减小，B和T淋巴细胞发育改变，软骨内骨化异常和侏儒症。

Nielsen等（2000年）表明家猪骨骼发育不良的主要形式是由于COL10A1基因中的gly590到arg错义突变，因此是Schmid干phy端软骨发育不良的有效动物模型，其在放射学和组织学基础上类似。

施密特干phy端软骨发育不良和各种犬种矮小身材之间的相似性表明，COL10A1可作为犬骨骼发育异常的候选者。Young等（2006）报道了针对特定类型的骨骼发育不良，软骨发育不良，孤立骨骼发育异常表型的犬种以及对照正常身材的犬中COL10A1基因的外显子和启动子区域的测序。他们找不到任何证据表明这些犬种中的骨骼发育异常表型与COL10A1有关。

Ho等（2007年）研究了带有人类1859delC移码突变（120110.0005）的等价基因的转基因小鼠，该突变体表现出 MCDS的典型特征，包括四肢过度缩短和早发的coxa vara。肥大区的扩展程度被认为是转基因剂量依赖性的，在转基因纯合子的小鼠中最为严重，并且在肥大区下部区域的软骨细胞表达的标记物不具有肥大性，这表明分化被破坏了。 。错折叠的突变体α-1（X）链保留在肥大软骨细胞的内质网（ER）中，从而激活了展开的蛋白质反应。Ho等（2007年） 提示功能增强效应与内质网应激反应的激活和软骨细胞分化的改变有关，是MCDS可能的分子致病机制。

无意义介导的衰变（NMD）是一种真核细胞RNA监测和质量控制机制，可降解含有过早终止密码子（无义突变）的mRNA，否则该过早终止密码子可能会因产生功能异常的截短蛋白而产生有害作用。与导致末端外显子无义突变具有抵抗力的大多数其他基因相反，导致Schmid干phy端软骨发育不良的X型胶原的无义突变位于最后一个外显子（外显子3）的3个引物末端的区域，并导致mRNA衰变。 NMD。为了探索COL10A1的最后一个外显子mRNA衰减的机制，Tan等（2008年）将无意义的突变引入小鼠Col10a1基因，并在肥大软骨细胞细胞系中表达这些突变。他们证明，mRNA的衰变在空间上受到外显子3编码序列的3个主要区域中发生的突变的限制，并且该区域与已经描述了人类突变的区域相对应。mRNA衰减能力的这种定位表明，下游区域，例如3个主要非翻译区（UTR），可能在确定含有无义突变的Col10a1 mRNA突变体的衰减中发挥作用。Tan等（2008年）发现删除3-prime UTR内的3个保守序列区域中的任何一个可防止突变mRNA衰变。这些数据表明3-prime UTR参与胶原蛋白X的最后一个外显子mRNA的衰变，并且整个3-prime UTR的构型，而不是特定的线性序列基序，可能对指定包含无义突变的COL10A1 mRNA的衰变很重要。

▼ 等位基因变异体（20个示例）：
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.0001角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，13-BP DEL，NT1856
在一个摩门教与施密德干骺端软骨发育不良（亲族156500所报告的）斯蒂芬（1943）作为软骨发育不全的示例，并且通过研究卡菲和Christensen（1963） ，沃曼等人（1993）在COL10A1基因中以杂合状态从碱基对1856开始鉴定出13bp的缺失。该突变产生移码，该移码改变了α-1（X）链的高度保守的C末端结构域，并使多肽的长度减少了9个残基。

.0002角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，TYR598ASP
Wallis等人使用PCR和SSCP技术分析COL10A1基因的编码区和上游启动子区（1994年）确定了一个单一的bp过渡，导致在Schmid型干phy端软骨发育不良的一个家族的5个受影响成员中，天冬氨酸取代了598位高度保守的氨基酸残基酪氨酸（156500）。

.0003角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，LEU614PRO
在偶发的Schmid型干phy端软骨发育不良病例中（156500年），Wallis等人（1994）证明在COL10A1基因中脯氨酸取代亮氨酸-614。此突变和tyr598-to-asp突变（120110.0002）均以杂合状态存在，并位于X型胶原蛋白链的羧基末端结构域内影响氨基酸取代的基因部分中。

.0004角膜软骨炎，施密特型
CYS591ARG，COL10A1
McIntosh等人使用PCR和SSCP分析来检查COL10A1基因的编码区（1994年）确定了一个单一的bp T到C过渡，在一个偶然的Schmid干phy端软骨发育不良病例中（156500），导致精氨酸取代了591位的半胱氨酸残基。该残基在整个物种中都是保守的，可能对于三螺旋形成之前的分子间二硫键形成至关重要。有趣的是，先证者的未受影响母亲被证明是cys591到arg突变的体细胞镶嵌体。

.0005角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，1-BP DEL，1856C
在Schmid干meta端软骨发育不良的偶发病例中（156500），McIntosh等人（1994）通过PCR和SSCP分析鉴定了COL10A1基因第3外显子的4个胞嘧啶中一个胞嘧啶残基的单碱基缺失（1856delC），这预计会导致移码和氨基酸620后的提前终止密码子。Ho等（2007）称此突变为1859delC。

.0006角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，2-BP DEL，FS665TER
McIntosh等（1994）发现在散发的Schmid干phy端软骨发育不良（156500）中有2个碱基的缺失，预计这会在COL10A1的氨基酸664之后引入过早的终止密码子。

.0007角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，10-BP DEL，NT1867
对PCR扩增的基因组DNA的异源双链分析发现，在5代谱系中，Col10A1中的10 bp缺失与1核苷酸与施密特干phy软骨发育不良（156500）分离（Dharmavaram等，1994）。该缺失与Warman等人所鉴定的重叠（1993）（120110.0001），并产生相同的下游蛋白质序列。

.0008角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，2-BP DEL，NT1856
McIntosh等人在偶发的Schmid干s端软骨发育不良（156500）中鉴定出另一个2 bp缺失（1995） ，巧合在在COL10A1相同的位置的单一碱基的缺失在1856 120110.0005和13-bp缺失的开始以前的描述（120110.0001）。

.0009角膜软骨炎，施密特型
TYR628TER COL10A1
McIntosh等人在偶发的施密特氏干phy端软骨发育不良（156500）病例中发现了COL10A1的tyr628-ter-terno突变（1995）。

.0010角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，TRP651TER
McIntosh等人使用PCR和SSCP（ 156）指出，在偶发的施密特氏干cho端软骨发育不良病例（156500）中，COL10A1基因的trp651-to-ter突变（W651X）被发现。

.0011角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，TRP651ARG
在一个患有施密特氏干phy端软骨发育不良的日本家庭中（156500年），Pokharel等人（1995）发现受影响的成员在COL10A1的核苷酸1951处有一个从T到C的转变，导致色氨酸被残基651（W651R）上的精氨酸取代。这个新突变似乎对骨骼发育的影响与W651X突变（120110.0010）相同。

.0012角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，GLY18ARG
Ikegawa等人在一名患有典型Schmid干phy端软骨发育不良的日本患者中（156500）（1997）发现COL10A1的杂合52G-A过渡导致在18位密码子（G18R）处精氨酸置换甘氨酸残基。

.0013角膜软骨炎，施密特型
COL10A1，GLY18GLU
Ikegawa等人在一名患有典型Schmid干phy端软骨发育不良的日本患者中（156500）（1997）发现COL10A1的杂合的53G-A转变导致第18密码子（G18E）被谷氨酸替代甘氨酸残基。

.0014角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，SER671PRO
在受施密特氏干phy端软骨发育不良影响的一个家庭的3个成员中（156500），Stratakis等人（1996年）确定了在COL10A1基因的核苷酸2011年从T到C的过渡，导致ser671到原氨基酸取代。这个家庭的母亲是一位身高140厘米的36岁妇女，患有轻度的双侧髋关节滑脱。她的两个儿子通过阴道分娩时出生时的体重和体重正常。两者均具有正常的早期发育，但在开始行走时出现了腿弓。

.0015角膜软骨炎，SCHMID类型
TYR632TER COL10A1
Chan等（1998）从患有施密特干phy端软骨发育不良的患者中获得了生长板软骨（156500），确定胶原蛋白X突变的类型，并分析突变体和正常X型胶原mRNA和蛋白的表达。发现该突变是单核苷酸取代，其将tyr632密码子（TAC）改变为终止密码子（TAA）。然而，通过逆转录PCR，限制酶作图和单核苷酸引物延伸分析对生长板软骨中正常和突变等位基因转录物的表达进行分析，结果表明仅存在正常的mRNA。突变mRNA的缺乏很可能是无义介导的mRNA衰变的结果，这是携带过早终止突变的转录本的常见结局。此外，通过免疫印迹软骨提取物未检测到突变蛋白。

Bateman等（2003）证明Y632X突变mRNA在软骨组织而不是在非软骨细胞中进行了无意义的介导的衰变。

.0016角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，GLY595GLU
Bonaventure等人在患有Schmid型干phy端软骨发育不良的家庭的受累成员中（156500）（1995年）确定了COL10A1基因中1784G-A过渡的杂合性，导致了从gly595到glu（G595E）的取代。

长谷川等（1994年）描述了一个日本人家庭，他们患有常染色体显性遗传性脊柱后凸骨发育不良，被称为日本人型（见156500）。在这个家庭的受影响成员中，Ikegawa等人（1998）确定了G595E突变。

.0017角膜软骨炎，SCHMID类型
TYR597CYS COL10A1
Sawai等人在一名临床诊断为散发性施密特干meta端软骨发育不良的日本女孩中（156500）（1998）证明了在COL10A1基因的tyr597到cys突变。父母双方都没有突变。

.0018角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，SER600PRO
Gregory等人在患有Schmid干phy端软骨发育不良的患者中（156500）（2000）确定了在核苷酸1894的T到C转换，预计在X型胶原蛋白的NC1结构域引起ser600到pro（S600P）替换。格雷戈里等（2000）进一步证明了从野生型和突变型COL10A1等位基因转录的mRNA可用于患者生长板软骨中的翻译。格雷戈里等（Chan等人，2000年）总结说，MCDS的分子机制很可能是MCDS突变体链对正常X型胶原的显性干扰，而不是单倍剂量不足（1998）（120100.0015）。

.0019角膜软骨炎，SCHMID类型
COL10A1，TRP611TER
Bateman等人在患有Schmid干phy端软骨发育不良的先证者中（156500）（2003）确定了在COL10A1 DNA的位置1832的G到A转换，导致trp611到ter（W611X）氨基酸变化。作者证明，尽管突变体mRNA在软骨组织中发生了无意义的介导的衰变，但在非软骨细胞中并未发生无意义的介导的衰变。

.0020角膜软骨炎，SCHMID类型
TYR663TER COL10A1
Ho等人在一个13岁的患有Schmid干phy端软骨发育不良的男孩中（156500）（2007年）已鉴定出COL10A1基因第3外显子的1989C-G转化的杂合性，导致tyr663-to-ter（Y663X）取代，并且截短的蛋白质缺少NC1域的最后18个氨基酸。正常人与突变体mRNA和基因组DNA的比较表明，大约50％的突变体mRNA被降解，其余被翻译为截短的α-1（X）链。体外研究表明，截短的胶原蛋白X链折叠错误，无法组装成三聚体，并干扰正常的α-1（X）链成三聚体的组装。先证者的c软骨活检显示that生长板的肥大区扩大了，肥大区的细胞结构杂乱无章。