磷脂酶 A2,第 VI 组

磷脂酶 A2(PLA2s) 催化磷脂中 sn-2 酰基酯键的水解,导致花生四烯酸和其他脂肪酸的释放。PLA2G6 是一种不依赖钙的 PLA2(Forsell 等人,1999)。

▼ 克隆与表达

唐等人(1997)从中国仓鼠卵巢(CHO) 细胞中纯化了一种 85-kD 细胞溶质钙非依赖性 PLA2,称为 iPLA2。他们通过筛选 CHO cDNA 从伯基特淋巴瘤 cDNA 文库中分离出部分人类 cDNA。Northern印迹分析显示iPLA2在多种啮齿动物组织中表达。

拉尔森等人(1998)克隆了人类 iPLA2 cDNA,并发现了可变剪接产生的多种 mRNA 同种型。全长 cDNA 编码一个 806 个氨基酸的蛋白质,具有脂肪酶基序和 8 个锚蛋白重复序列​​。人类和啮齿动物 iPLA2 共有 90% 的整体氨基酸序列同一性,人类序列的不同之处在于包含 54 个残基的插入,该插入会中断最后推定的锚蛋白重复。两种可变剪接形式仅编码蛋白质的锚蛋白重复区。这些变体与活性 iPLA2 酶的共表达导致酶活性降低。

通过计算分析,Forsell 等人(1999)鉴定了几种人类 iPLA2 变体,它们在外显子 3、9、9a 和 10a 以及外显子 14 的一部分处交替剪接。Northern 印迹分析检测到 1.8、2.0、3.2 和 4.2 kb 的 iPLA2 转录本。2.0-kb 变体在所有检查的组织中以不同水平表达,3.2-kb 和 4.2-kb 转录本在大多数检查的组织中以不同水平表达,1.8-kb 转录本主要在心脏和骨骼肌中表达,与骨髓中含量较低。分离转染的 COS-7 细胞的蛋白质印迹分析显示全长人 iPLA2 与膜相关。亲水图和生物信息学分析表明 iPLA2 包含 2 个可能是跨膜结构域的疏水区域。

Ma 等人使用大鼠 iPla2 筛选人胰岛素瘤 cDNA 文库,然后对人胰岛 RNA 进行 RT-PCR(1999)克隆了长和短 iPLA2 剪接变体。短变体在长变体中缺少编码富含 54 个氨基酸的脯氨酸区域的插入片段。该插入中断了最后一个推定的锚蛋白重复序列​​,并可能充当将 N 末端蛋白质结合结构域与 C 末端催化结构域分开的接头区域。RT-PCR 在人类单核细胞系和正常胰岛细胞中检测到这两种转录本。SDS-PAGE显示重组人iPLA2的短亚型和长亚型的表观分子量分别为85 kD和88 kD。

▼ 基因结构

福塞尔等人(1999)确定 PLA2G6 基因包含 19 个外显子,包括替代外显子 9a 和 10a,并且跨度超过 69 kb。启动子区域缺少 TATA 框,但包含一个 CpG 岛和几个潜在的 SP1( 189906 ) 结合位点。5 元侧翼区域还包含反向 MER53 序列和 Alu 元素。

▼ 测绘

马等人(1999)通过 FISH 将 PLA2G6 基因定位到染色体 22q13.1。

▼ 基因功能

唐等人(1997)发现仓鼠 iPla2 cDNA 的表达产生了一种活性 85-kD 蛋白,该蛋白选择性水解 sn-2 而不是 sn-1 脂肪酸。

福塞尔等人(1999)发现表达全长人 iPLA2 的 COS-7 细胞和大鼠血管平滑肌细胞显示出放射性标记的磷脂中花生四烯酸的 Ca(2+) 非依赖性释放,并且该活性与膜组分有关。

马等人(1999)发现人类 iPLA2 的重组短亚型和长亚型在细胞溶质和膜组分中都具有 Ca(2+) 非依赖性 PLA2 活性。它们的活性受到 iPLA2 自杀底物溴烯醇内酯的抑制。长 iPLA2 异构体,但不是短异构体,被 ATP 激活。

Turk 和 Ramanadham(2004)指出,缺乏 C 端催化结构域的较短 iPLA2 同种型可作为 iPLA2-β(全长同种型)的负调节剂。他们还指出,iPLA2-β 可以被蛋白水解加工以产生具有组成型活性的截短产物。Turk 和 Ramanadham(2004)回顾了 iPLA2 在磷脂重塑、信号转导、细胞增殖和内质网应激介导的细胞凋亡中的作用。他们指出,在胰岛、β 细胞和胰岛素瘤细胞中,iPLA2-β 参与葡萄糖刺激的胰岛素分泌,但不参与膜磷脂重塑。

花生四烯酸及其代谢物参与调节内皮细胞增殖。Herbert 和 Walker(2006)表明溴烯醇内酯介导的 iPLA2-VIA 活性在人内皮细胞中的抑制作用会以剂量依赖性方式阻断内皮细胞生长并抑制 DNA 合成。这些效果在外源性添加花生四烯酸后被逆转。细胞周期蛋白 A 的表达需要 iPLA2-VIA 活性(参见 CCNA1;604036)/CDK2(116953) 复合物,因此 iPLA2-VIA 的抑制阻断了 S 期进程并导致退出细胞周期。抑制 iPLA2-VIA 介导的内皮细胞增殖足以阻止与人真皮成纤维细胞共培养的人内皮细胞形成血管生成小管。Herbert 和 Walker(2006)得出结论,通过产生花生四烯酸,iPLA2-VIA 调节内皮细胞 S 期进程、细胞周期驻留和血管生成。他们指出,iPLA2-VIA 在细胞周期中通过不依赖花生四烯酸的甘油磷脂代谢调节参与其他细胞类型的细胞生长和分裂。

▼ 分子遗传学

伴有脑铁积累 2A 和 2B 和 Karak 综合征的神经退行性变

在对 12 个患有婴儿神经轴索营养不良的家庭(INAD, NBIA2A; 256600 ) 和一个患有脑铁积聚的神经退行性变的大型近亲巴基斯坦家庭(NBIA2B; 610217 ) 的研究中,Morgan 等人(2006)将一个新的 INAD 基因座对应到 22q12.3-q13.2(lod 评分 4.78),并具有基因座异质性的证据。他们还在一个具有 NBIA(lod 评分 4.65)的家族中检测到与 22q12-q13 的联系,表明等位性。在对大约 100 个位置候选基因中的 70 个进行测序后,他们在 4 个家族中检测到 PLA2G6 的突变,包括具有 NBIA2B 的巴基斯坦家族和 3 个 INAD 先证者(603604.0001 - 603604.0005)。他们还在另外 28 名患有 INAD 的先证者以及患有 Karak 综合征和高基底节铁的原始家族中发现了 PLA2G6 突变(见610217)。他们总共鉴定了 44 个独特的突变(32 个错义突变、5 个导致移码的缺失、3 个无义突变、2 个导致没有移码的氨基酸缺失、1 个剪接位点和 1 个大缺失)。在错义突变中,85% 发生在脊椎动物中保守的氨基酸位置。

在一项孤立研究中,Khateeb 等人(2006 年)在患有婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A) 的 2 个近亲以色列贝都因人亲属中发现了 PLA2G6 的纯合突变。3-bp 缺失( 603604.0004 ) 导致 valine-691 缺失。

格雷戈里等人(2008)在 56 名 INAD1(NBIA2A) 患者中的 45 名(79%) 和 23 名特发性 NBIA2B 患者中的 6 名(20%) 中发现了 PLA2G6 突变(参见,例如,603604.0006 - 603604.0008)。在 11 名具有 INAD 临床证据的患者中未发现 PLA2G6 突变,其中 5 名在外周神经活检中报告了球状体。具有 2 个无效突变或任何突变纯合子的所有 28 名患者都患有早发和快速进展的疾病。具有较轻 NBIA 表型的患者倾向于具有复合杂合错义突变,这与残留蛋白功能一致。

帕金森病 14

Paisan-Ruiz 等人 在 2 个成年发病的肌张力障碍 - 帕金森症(PARK14; 612953 )的无关家庭中(2009)鉴定了 PLA2G6 基因中的 2 个不同的纯合突变(分别为 R741Q;603604.0009和 R747W;603604.0010)。该疾病的特征是快速进行性认知衰退、运动迟缓、强直和肌张力障碍。3 名受影响的患者均无脑铁积累的证据。作者强调,即使在 MRI 扫描中没有脑铁,神经退行性疾病患者也应考虑 PLA2G6 突变。

▼ 动物模型

鲍等人(2004)以孟德尔比率获得了 Ipla2-β-null 小鼠。他们发现来自 Ipla2-β -/- 小鼠的精子在体外和体内降低了运动性并削弱了小鼠卵母细胞的受精能力。雌性 Ipla2-β -/- 小鼠的生育能力几乎正常。

拉马纳达姆等人(2008)发现 Ipla2-β-null 小鼠在 3 个月大时具有与野生型小鼠相似的皮质骨大小、骨小梁体积、骨矿化表面和骨强度。随着年龄的增长,两组都显示出这些措施的下降,但下降在 Ipla2-β-null 小鼠中更为明显。Ipla2-β-null 小鼠的较低骨量伴随着骨髓脂肪的增加。相对于野生型小鼠,来自敲除小鼠的未分化骨髓基质细胞表达较高水平的 Pparg( 601487 ) 和较低水平的 Runx2( 600211 ) mRNA,这些变化与敲除小鼠骨髓基质细胞中脂肪生成增加和成骨减少相关。

马利克等人(2008)发现,Pla2g6 缺失的小鼠在 13 个月大时出现了与年龄相关的神经损伤,这种损伤在旋转、平衡和攀爬测试中很明显。神经病理学分析显示大脑中有许多球体,类似于在人类 INAD 中观察到的球体。球体含有管状膜并用抗泛素抗体强烈染色。运动障碍的发作与几乎所有大脑区域的整个神经细胞中的球状体增加相关。

▼ 等位基因变体( 16 个示例):

.0001 脑铁积累引起的神经退化 2A
PLA2G6、TYR790TER
在患有经典婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 ) 的先证者中,Morgan 等人(2006 年)在 PLA2G6 基因的外显子 17 中发现了 2370T-G 颠换,预计会导致蛋白质过早终止(tyr790 停止;Y790X)。已知父母是近亲并且突变以纯合状态存在。已经证明了球体的存在。

.0002 脑铁积累引起的神经退化 2B
PLA2G6, LYS545THR
在一个大型近亲巴基斯坦家族中,患有神经退行性病变伴脑铁积累 2B(NBIA2B; 610217 ),Morgan 等人(2006)鉴定了 PLA2G6 基因外显子 12 中错义突变的纯合性,这是一种 1634A-C 颠换导致 lys545 到 thr 取代(K545T)。

.0003 脑铁积累引起的神经退化 2A
PLA2G6、VAL310GLU
在典型的婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 ) 的情况下,Morgan 等人(2006)描述了 PLA2G6 基因外显子 7 中的 929T-A 颠换,预计会导致蛋白质中的 val310 到 glu(V310E) 氨基酸变化。该突变以纯合状态存在。

.0004 脑铁积累引起的神经退化 2A
PLA2G6,3-BP DEL,2070TGT
在典型的婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 ) 的情况下,Morgan 等人(2006)在 PLA2G6 基因 2070_2072delTGT 的外显子 15 中发现了一个 3-bp 的缺失,导致蛋白质(V691del) 中 val691 的缺失。由于1个等位基因的缺失,该突变以纯合状态或可能的半合状态存在。

Khateeb 等人在一个近亲的贝都因人亲属中与 3 个孤立的兄弟姐妹中的婴儿神经轴索营养不良病例和另一个受累个体的亲属中(2006)发现了相同的 3 核苷酸缺失。在 300 名不相关的贝都因人对照中,单个个体的杂合性也发现了该突变。受影响的家庭和无关的携带者都具有围绕突变的相同单倍型。

.0005 卡拉克综合症
PLA2G6、ARG632TRP
在患有 Karak 综合征的原始家族中(见610217),Morgan 等人(2006)检测到 PLA2G6 基因外显子 14 中核苷酸 1894 处 C 到 T 转换的纯合性,导致密码子 632(R632W) 处的 trp 替换为 arg。

.0006 脑铁积累引起的神经退化 2A
PLA2G6、TYR790TER
在 4 名婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 ) 患者中,Gregory 等人(2008)鉴定了 PLA2G6 基因中的纯合 2370T-G 颠换,导致 tyr790-to-ter(Y790X) 替换。INAD1 表型的特征是早期出现精神运动性消退,伴有躯干张力减退和快速进展为四肢轻瘫。

.0007 脑铁积累引起的神经退化 2A
包含脑铁积累 2B 的神经变性
PLA2G6,2-BP DEL,2370TG
脑铁积累 2A 的神经退行性变

在患有婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 ) 的患者中,Gregory 等人(2008)鉴定了 PLA2G6 基因中的纯合 2-bp 缺失(2370delTG),这导致密码子 790 处过早终止,类似于 Y790X 突变( 603604.0006 )。

脑铁蓄积引起的神经退行性变 2B

Gregory 等人在患有脑铁积累 2B(NBIA2B; 610217 ) 的神经退行性变患者中(2008)确定了 2370delTG 突变和 238G-A 转换的复合杂合性,导致 ala80 到 thr(A80T; 603604.0007 ) 取代。患者 3 岁时出现脚趾行走和下肢痉挛。她出现视神经萎缩并在 5 岁时因肌张力障碍和构音障碍而无法行走,到 9 岁时发展为严重的感觉运动障碍。她在 23 岁时去世。尸检显示神经元丢失、轴突肿胀、路易体和神经原纤维缠结。

.0008 脑铁积累引起的神经退化 2B
PLA2G6, ALA80THR
讨论了 PLA2G6 基因中的 ala80-to-thr(A80T) 突变,该突变在患有脑铁积累 2B(NBIA2B; 610217 ) 的神经退行性变患者的复合杂合状态下发现,Gregory 等人(2008),见603604.0007。

.0009 帕金森病 14
PLA2G6、ARG741GLN
Paisan-Ruiz 等人在 2 名受影响的第一代表亲中,来自一个大的近亲印度血统,孤立成人发病的肌张力障碍-帕金森症(PARK14; 612953 )(2009)鉴定了 PLA2G6 基因中的纯合 2222G-A 转换,导致保守残基中的 arg741-to-gln(R741Q) 取代。两人都在 26 岁时出现快速进展的神经退行性疾病,其特征是认知迅速下降、运动迟缓、震颤和失衡,最终导致行动不便。虽然Paisan-Ruiz 等人(2009)指出,大脑 MRI 没有显示大脑铁积累的证据,Gregory 等人(2009)指出这种疾病可以被归类为具有脑铁积累的非典型神经变性(NBIA)。

.0010 帕金森病 14
PLA2G6、ARG747TRP
Paisan-Ruiz 等人对一名由近亲父母出生的巴基斯坦男性患有成人型肌张力障碍 - 帕金森症(PARK14; 612953 )(2009)鉴定了 PLA2G6 基因中的纯合 2239C-T 转换,导致保守区域中的 arg747 到 trp(R747W) 取代。患者在 18 岁时开始出现认知能力快速下降,伴有性格改变、足部肌张力障碍、帕金森症和痉挛。虽然Paisan-Ruiz 等人(2009)指出,大脑 MRI 没有显示大脑铁积累的证据,Gregory 等人(2009 年)指出,这种疾病可以归类为伴有脑铁积累的非典型神经退行性变(NBIA)。

.0011 帕金森病 14
PLA2G6、ARG635GLN
在 3 名日本患者中,包括 2 名同胞,患有早发性帕金森病 14(PARK14; 612953 ),Yoshino 等人(2010)确定了 PLA2G6 基因中 2 个突变的复合杂合性。所有 3 名患者都进行了 1904G-A 转换,导致催化结构域中的 arg635-to-gln(R635Q) 取代。2 个同胞也有一个杂合的 1354C-T 转换,导致 gln452 到 ter(Q452X;603604.0012)替换,第三个无关患者有杂合的 216C-A 颠换,导致 phe72 到 leu(F72L ; 603604.0013) 替代。单倍型分析表明 R635Q 突变的创始人效应。所有 3 名患者均在 30 岁之前出现左旋多巴反应性帕金森病,并伴有不同程度的认知能力下降和额颞叶萎缩。1 名患者的脑部 MRI 显示黑质和纹状体中铁蓄积。具有杂合突变的父母都没有这种疾病的迹象。

.0012 帕金森病 14
PLA2G6、GLN452TER
Yoshino 等人讨论了 PLA2G6 基因中的 gln452-to-ter(Q452X) 突变,该突变在 2 个患有早发性帕金森病 14(PARK14; 612953 ) 的同胞中发现为复合杂合状态(2010),见603604.0011。

.0013 帕金森病 14
PLA2G6, PHE72LEU
用于讨论Yoshino 等人在早发性帕金森病 14(PARK14; 612953 )患者中以复合杂合状态发现的 PLA2G6 基因中的 phe72-to-leu(F72L) 突变(2010),见603604.0011。

.0014 脑铁积累引起的神经退化 2A
PLA2G6,6.6 KB 删除
在患有婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 ) 的患者中,Tonelli 等人(2010)确定了 PLA2G6 基因中 2 个突变的复合杂合性:从内含子 4 到 6 的 6.6-kb 缺失,导致框内缺失和外显子 5 和 6 以及大部分锚蛋白重复基序的移除,以及外显子 2 中的 109C-T 转换导致 arg37 到 ter(R37X;603604.0015) 替代。对第一个突变中缺失连接的分析表明,两个断点都发生在 AluY 序列内,这表明缺失可能是由非等位基因同源重组(NAHR) 介导的。尽管不能排除功能的获得,但预计这些突变会导致酶活性几乎完全丧失。患者病程严重且进展迅速,在 12 个月前发病,肌张力减退,严重发育迟缓伴智力低下,没有眼神接触。18 个月大时出现痉挛性四肢轻瘫。皮肤活检显示轴突球体。虽然不存在脑铁积累,但 20 个月大时的 MRI 显示尾状核和壳核的 T2 加权成像显示高信号,表明早期退化过程。

.0015 脑铁积累引起的神经退化 2A
PLA2G6、ARG37TER
Tonelli 等人讨论了 PLA2G6 基因中的 arg37-to-ter(R37X) 突变,该突变在婴儿神经轴索营养不良(NBIA2A; 256600 )患者中以复合杂合状态发现(2010),见603604.0014。

.0016 帕金森病 14
PLA2G6、ASP331TYR
Shi et al.在一名患有早发性帕金森病(PARK14; 612953 )的中国男性中,由近亲出生(2011)鉴定了 PLA2G6 基因中的纯合 991G-T 颠换,导致 asp331-to-tyr(D331Y) 取代。在 300 名对照个体中未发现该突变。患者在 37 岁时出现拖脚和行走困难。症状进展到包括面罩面容、运动迟缓和僵硬,但没有非典型特征。他最初对左旋多巴治疗反应良好,但出现运动障碍。脑 MRI 排除了铁沉积。PET 扫描显示基底神经节中的 DAT 结合显着减少。HEK293 细胞的体外功能表达研究表明,突变的 PLA2G6 蛋白具有约 30% 的残留活性。患者临床上未受影响的 34 岁姐姐也是该突变的纯合子,PET 扫描显示结合丧失了一些。该患者是在 12 个患有早发性帕金森症的中国家庭中发现的,这些家庭接受了 PLA2G6 突变筛查;其他 11 个家族均未携带 PLA2G6 突变。