致密性成骨不全症；组织蛋白酶K

组织蛋白酶K（EC 3.4.22.38）是半胱氨酸蛋白酶的木瓜蛋白酶家族的成员，在破骨细胞功能中起重要作用（Gelb等，1996）。

细胞遗传学位置：1q21.3
基因座标（GRCh38）：1：150,796,207-150,808,259

▼ 克隆和表达
------
Shi等（1995）分离出半胱氨酸蛋白酶，其表达在外周血单核细胞体外成熟为巨噬细胞的过程中被显着上调。由于人类巨噬细胞衍生的cDNA与从兔破骨细胞（OC2）中分离出的推测的半胱氨酸蛋白酶具有很强的同源性，因此将其称为人类组织蛋白酶O（CTSO）。由于此名称已用于其他基因（请参见600550），因此Shi等人鉴定出的基因的正式名称为（1995）如在15天大的单核细胞衍生的巨噬细胞RNA的Northern印迹中检测到的那样，组织蛋白酶K cDNA产生单个1.7kb转录本，但在人单核细胞或肺泡巨噬细胞中未表达。cDNA预测的329个氨基酸的原组织蛋白酶与人的组织蛋白酶S（CTSS; 116845）和组织蛋白酶L（CTSL; 116880）的同源性超过50％，与兔子OC2的同源性为94％。

Inaoka等（1995）也使用先前分离的兔序列的探针克隆了组织蛋白酶K的人cDNA。在骨关节炎的髋骨中，尤其是在破骨细胞瘤中，表达最高。作者提出，该组织蛋白酶可能是人类破骨细胞骨吸收的重要组成部分，其病理学包括骨质疏松症和骨关节炎。

Rantakokko等（1996）使用Northern blot分析和小鼠组织的原位杂交来鉴定表达组织蛋白酶K的特定细胞类型。他们发现在肌肉骨骼组织中最高水平的表达：骨骼，软骨和骨骼肌。在破骨细胞中见到最强的原位信号，在某些肥大的软骨细胞中见到的程度较小。

▼ 基因结构
------
Gelb等（1997）和Rood等（1997）描述了CTSK基因的基因组组织。

▼ 测绘
------
Gelb等（1997）和Rood等（1997）通过荧光原位杂交将CTSK基因定位于染色体1q21。Gelb等（1997年）将 CTSK对应到CTSS的150 kb以内。

▼ 基因功能
------
Shi等（1995）发现人CTSK在COS-7细胞中表达时，在酸性pH下对纤维蛋白原表现出强力的内切蛋白酶活性。他们推测这种内切蛋白酶可能在细胞外基质降解中起作用。

Rantakokko等（1996）提出组织蛋白酶K与骨和软骨的降解有关。

组织蛋白酶K在破骨细胞中高表达，在破骨细胞中发挥重要作用，而破骨细胞在骨基质蛋白质成分的降解中起着至关重要的作用。组织蛋白酶K在人类乳腺癌的相当一部分中表达，这可能有助于肿瘤的侵袭性（Littlewood-Evans等等，1997）。

使用转录组学分析，Kubler等（2016）显示，在兔空洞结核（TB;参见607948）模型中，包括Mmp1（120353），Mmp13（600108），Mmp14（600754），Cma1（118938）和Ctsk 在内的几种胶原蛋白降解蛋白酶高度上调。。根据RT-PCR和免疫组织化学分析，Ctsk是空泡和肉芽肿组织中I型胶原酶上调最多的方法，作者指出，Ctsk切割I型胶原的能力是独特的（请参阅COL1A1，120150）在螺旋区域的内部和外部。在有末端腔的家兔中，血清CICP和游离尿脱氧吡啶啉（I型胶原的周转产物）的水平增加，而尿螺旋肽减少。在腔壁组织中Col1a1，Col1a2（120160）和Col3a1（120180）的表达增加。免疫组化分析表明，TB患者肺损伤和腔表面周围的单核和多核巨细胞中有CTSK表达。活动性结核病患者的血浆CTSK显着高于健康对照组。Kubler等（2016）提出CTSK介导的胶原蛋白降解在结核腔形成中起着重要作用。

▼ 分子遗传学
------
Pycnodysostosis（265800）是常染色体隐性遗传性骨软骨发育不良，特征是骨硬化和矮小，与组织蛋白酶K位于同一区域，定位于1q21。在这种疾病中，参与骨吸收的破骨细胞数量正常，边缘皱纹和皱纹都正常。区域清晰可见，但单个破骨细胞周围的软化骨区域增加。超微结构研究表明，脓突性破骨细胞在骨矿化中正常发挥作用，但不能充分降解有机基质。组织蛋白酶K，在破骨细胞中高表达的半胱氨酸蛋白酶，是这种骨骼发育不良中缺损部位的合理候选者。Gelb等（1996）在脓毒症患者中发现了组织蛋白酶K编码基因中的无意义，错义和终止密码子突变。包含终止密码子突变的互补DNA的瞬时表达产生mRNA，但没有免疫学上可检测的蛋白质。这些发现提示组织蛋白酶K是骨吸收中的主要溶酶体蛋白酶，为治疗诸如骨质疏松症和某些形式的关节炎等疾病提供了可能的理论依据。

Hou等人在来自8个无关亲戚的幽门吻合病的受影响个体中进行了研究（1999）确定了组织蛋白酶K基因的8个不同突变的纯合性。突变和野生型酶的功能研究表明，组织蛋白酶K活性位点包含一个关键的胶原结合域。

在丹麦，Haagerup等人（2000年）研究了5个孤立家庭的脓毒症。他们发现了2个新突变和1个先前描述的突变。在3个家庭中，患者在外显子8上是纯合的926T-C过渡，导致leu309到pro氨基酸取代（601105.0007）。在其余的两个家族中，患者分别是926T-C突变和另一个新突变的复合杂合子。在对150名健康对照者的研究中，Haagerup等人（2000年）他们发现926T-C突变的频率为150分之一，而其他2个突变的频率为300分之一。每个家庭的一名患者在1q21用围绕组织蛋白酶K基因的8个微卫星标记进行单倍型分析。在所有患者中，非常罕见的单倍型构成了疾病所在地周围的高度保守区域。在可能的8个带有926T-C突变的染色体中，按状态在7条相同的染色体上发现了该单倍型。讨论了该群体中的创始人效应和基因座同质性。据报道，在脓毒症患者中首次妊娠和分娩。尽管有常见的单倍型，但不能证明这5个核心家庭与追溯4代人有关联。

▼ 动物模型
------
Lazner等（1999年）在组织蛋白酶K基因敲除小鼠上回顾了他们自己和其他人的工作。小鼠中Ctsk基因的靶向突变导致了pycnodysostosis的许多表型特征，包括增加的骨密度和骨畸形。这些小鼠的影像学分析表明，表型也随着年龄的增长而逐渐显着，与脓毒症相关的骨质疏松症也是如此。人类疾病和组织蛋白酶K基因敲除小鼠都表现出对骨骼异常的偏见，骨骼在正常的骨骼发育和体内平衡过程中会迅速重塑。小鼠卵巢切除和兰花切除术后对骨质疏松性变化具有更强抵抗力的骨骼与在组织蛋白酶K基因敲除小鼠和脓疱性吻合中对骨质疏松症似乎不敏感的骨骼相同。在组织蛋白酶K基因敲除小鼠的子集中观察到脾肿大。幽门吻合术中曾描述脾肿大和贫血（Norman和Dubowy，1971年）。

MITF（156845）是螺旋-环-螺旋转录因子亚家族的成员，其包含潜在的二聚体伴侣TFE3（314310），TFEB（600744）和TFEC（604732）。在小鼠中，Mitf的显性阴性但非隐性突变产生骨质疏松症（参见166600），表明其他家族成员需要功能。还发现了MITF并建议使用TFE3来调节破骨细胞功能的年龄依赖性变化。在小眼症Mitf mi / mi突变小鼠和组织蛋白酶K无效小鼠之间存在表型相似性（Saftig等，1998 ; Gowen等，1999），以及由于组织蛋白酶K缺乏引起的人类疾病pycnodysostosis。Motyckova等（2001年）通过组织蛋白酶K启动子中的3个共有元件，确定组织蛋白酶K为MITF和TFE3的转录靶标。此外，组织蛋白酶K mRNA和蛋白在Mitf突变破骨细胞中缺乏，并且野生型Mitf中的过表达显着上调了培养的人破骨细胞中内源组织蛋白酶K的表达。组织蛋白酶K启动子活性被Mitf的显性阴性（而非隐性）小鼠等位基因破坏，其模式与它们的骨质表型紧密匹配。组织蛋白酶K与Mitf家族之间的这种关系有助于解释它们在幽门骨固定术和骨质疏松症中相应缺陷的表型重叠，并确定骨稳态和人类恶性肿瘤中组织蛋白酶K表达的可能调节因子。

Chen等（2007年）发现组织蛋白酶K-/-小鼠中的粘膜固定症的发展取决于遗传背景。组织蛋白酶K敲除在129 / Sv自交系中但未在C57BL / 6J自交系中导致，其特征可模仿人的股骨关节固定症，包括身材矮小，骨质疏松，肢端溶骨，骨脆性，孤立的颅骨缝线和font门开裂以及丢失下颌角。129 / Sv组织蛋白酶K-/-小鼠在椎骨，颅骨变薄，牙齿发育异常以及由于开放式咬合增强而导致的闭塞方面也表现出脊椎裂。与野生型小鼠相比，129 / Sv组织蛋白酶K-/-小鼠的破骨细胞数量显着增加，并且在129 / Sv组织蛋白酶K-/-小鼠的长骨中骨吸收似乎被下调，而在颅骨，趾骨和椎骨中骨吸收被上调。组织蛋白酶K敲除并没有改变破骨细胞介导的细胞外酸化作用，但它破坏了破骨细胞降解胶原蛋白的能力。组织蛋白酶K-/-前破骨细胞与野生型前破骨细胞相比，对细胞凋亡具有抵抗力，并显示衰老受损和耐受培养传代的能力增强。组织蛋白酶K的过表达在小鼠破骨细胞和大鼠骨肉瘤细胞中引起衰老，并增加p19的表达（600160），P53（191170），和p21（CDKN1A; 116899）。

朝雾等（2008）表明，组织蛋白酶K的抑制可以有效地抑制关节的自身免疫炎症以及自身免疫性关节炎中破骨细胞的骨吸收。此外，组织蛋白酶K无效的小鼠对实验性自身免疫性脑脊髓炎有抵抗力。组织蛋白酶K的药理抑制或靶向破坏在树突状细胞中响应未甲基化的CpG cDNA 导致有缺陷的Toll样受体9（TLR9; 605474）信号转导，进而导致T helper-17（Th17）细胞的诱导减弱影响树突状细胞的抗原呈递能力。朝雾等（2008）建议组织蛋白酶K在免疫系统中起重要作用，并可以作为自身免疫性疾病的有效治疗靶点。

杨等（2013）在内源溶菌酶（LysM; 153450）或组织蛋白酶K（Ctsk）启动子的控制下，越过表达Cre的条件性Ptpn11（176876）基因敲除（Ptpn11（fl））小鼠。LysM启动子在单核细胞，巨噬细胞和破骨细胞前体中有活性，而Ctsk启动子仅在成熟的破骨细胞中有活性。LysMCre; Ptpn11（fl / fl）小鼠患有轻度骨质疏松症，而CtskCre; Ptpn11（fl / fl）小鼠的发育特征与软骨软骨病非常相似（156250），由PTPN11基因突变引起。沿袭追踪揭示了Ranvier的软骨膜沟中表达CtskCre的新细胞群，显示出与间充质祖细胞（Ctsk +软骨样祖细胞或CCP）一致的标志物和功能特性。软骨样肿瘤从这些细胞中产生，并显示出降低的细胞外信号调节激酶（ERK）途径激活，增加的印度刺猬（Ihh; 600726）和甲状旁腺激素相关蛋白（Pthrp; 168470）表达和过度增殖。缺乏Shp2的软骨生成剂具有减少的成纤维细胞生长因子（FGF）诱发的ERK激活并增强了Ihh和Pthrp表达，而成纤维细胞生长因子受体（FGFR；请参见136350）或丝裂原激活的蛋白激酶激酶（MEK;参见176872）抑制剂治疗的软骨细胞Ihh和Pthrp表达增加。重要的是，在CtskCre; Ptpn11（fl / fl）小鼠中，平滑剂（601500）抑制剂治疗改善了软骨软骨病的特征。杨等（2013）得出结论，因此，与它在造血细胞和上皮细胞中的促癌作用相反，Ptpn11是软骨中的肿瘤抑制因子，在新的祖细胞群（CCP）中通过FGFR / MEK / ERK依赖性途径起作用，以防止过度增殖。 Ihh生产。

▼ 等位基因变异体（7个示例）：
------

.0001突囊固定术
CTSK，TER330TRP
Gelb等人在2例以色列阿拉伯pycnodysostosis（265800）患者中（1996）使用RT-PCR扩增和对来自淋巴母细胞总RNA的组织蛋白酶K转录进行测序，以证明在cDNA核苷酸1095处发生了由A到G的转变，这预测了色氨酸残基（X330W）取代了终止密码子。 C末端被另外19个氨基酸延长。对整个以色列阿拉伯阿拉伯比努氏菌病家族和43个无亲属关系的正常阿拉伯对照个体中的X330W等位基因进行评估后发现，X330W与pycnodysostosis家族中的疾病共隔离，并且在86个阿拉伯比对氏等位基因中均不存在。

.0002突囊固定术
CTSK，GLY146ARG
Gelb等人在2例患有脓疱病的摩洛哥阿拉伯同胞中（265800）（1996）证明了一个错义突变，在核苷酸541的G到C的转换，预言了gly146到arg（G146R）的取代。

.0003脓胸
CTSK，ARG241TER
在美国西班牙裔脓毒症患者（265800）中，有非血缘父母的患者，Gelb等人（1996）发现G146R突变（601105.0002）和CpG二核苷酸在其cDNA序列的核苷酸826的C-T转变为异源等位基因，预示了arg241-ter（R241X）无意义突变。用BamI对G146R和AvaI对R241X从基因组DNA扩增的片段进行的限制性酶切分析证实了RT-PCR结果。

约翰逊等（1996年）发现这种纯合状态的突变在墨西哥的一个近亲血统，Polymeropoulos等人（1995）绘制了比丘比妥病到1q21。约翰逊等（1996）指出密码子241受到了影响，但是将点突变指定为他们使用的基因序列的核苷酸862（GenBank S79895）。

.0004脓囊渗入
CTSK，ALA277VAL
Gelb等人在一个7岁的患有脓疱性口病的男孩中（265800）（1997年，1998年）确定了第一个涉及染色体1的单亲二体性（UPD）的例子。尽管孩子的身高几乎是正常的，但它却具有典型的幽门突入症特征。他患有特发性高钙尿症，也存在于父亲中，但没有其他医疗问题，并且发育正常。信息性简单串联重复标记（STR），从1q21开始，后来从整个1号染色体显示，患者中只有一个父本等位基因，而没有母本等位基因。患者中组织蛋白酶K基因的测序显示935位核苷酸由C到T的转变，预测残基277上的缬氨酸会取代丙氨酸。使用被该突变破坏的AciI位点，该患者被确认为纯合子; 父亲是一个杂合子，母亲是正常的。缺乏可归因于UPD的可观察表型，证实了先前的预测，即人类染色体1没有被印迹。UPD被认为是由继发于减数分裂II错误的非分离引起的，因为靠近着丝粒的STR是纯等位基因，而更多的端粒标记是异源等位基因。ala277-to-val组织蛋白酶K突变影响了高度保守的残基，似乎是次要的取代，这也许可以解释患者的身材几乎是正常的。

.0005脓胸固定
CTSK，GLY79GLU
Ho等人在2例患有脓性骨固定症的同胞中（265800）（1999年）确定了CTSK基因中2个突变的化合物杂合性：核苷酸236位由G到A过渡，导致gly79到glu取代，核苷酸154由A到T过渡，导致2个突变。 lys52-to-ter取代（601105.0006）。来自父母的基因组和cDNA的测序表明，错义突变是从父亲遗传而无义突变是从母亲遗传。患病的两个孩子中几乎都没有蛋白质表达，而父母中的蛋白质表达则比对照组降低了50％至80％。

.0006脓囊渗出
CTSK，LYS52TER
为了讨论CTSK基因中的lys52-to-ter（K52X）突变，Ho等人在2例患有脓性骨痛的同胞中发现了复合杂合状态（265800）（1999），参见601105.0005。

.0007胸膜固定术
CTSK，LEU309PRO
在丹麦的5个表面上不相关的幽门粘膜吻合症（265800）家庭中，Haagerup等（2000年）发现3个家庭的受影响成员在CTSK基因外显子8的926T-C过渡是纯合的，导致leu309-pro（L309P）突变，而其他2个家庭的受影响成员是复合杂合子。带有这种突变，以及每种情况下的第二种新颖突变。在携带L309P氨基酸取代基础的926T-C突变的8条染色体中，有7条发现了非常罕见的单倍型。