尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸酶2； 尿素GP2
- UGPP2
- UDPG
- UGP1
HGNC 批准的基因符号：UGP2
细胞遗传学位置：2p15 基因组坐标（GRCh38）：2:63,840,968-63,891,561（来自 NCBI）
▼ 描述
UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UGP；EC 2.7.7.9）催化葡萄糖部分从葡萄糖-1-磷酸转移到 MgUTP，形成 UDP-葡萄糖和 MgPPi（Cheng 等人总结，1997）。
▼ 克隆和表达
Peng 和 Chang（1993） 通过筛选人肝脏 cDNA 文库以补充大肠杆菌 galU 突变，孤立出 UGP cDNA，他们将其命名为 UDPG。UDPG基因编码预测的508个氨基酸的蛋白质，与细菌蛋白质没有同源性，但与马铃薯UDPG有47%的同一性。在 Northern 印迹中，2.2 kb UDPG mRNA 在所有测试的组织中都有表达，其中骨骼肌中的水平最高。
Yu和Zheng（2012）指出，人UGPase具有N端调节结构域、中央催化结构域和介导同源寡聚体形成的C端结构域。催化结构域包括核苷酸转移酶和核苷酸结合蛋白的高度保守的罗斯曼折叠特征。
佩伦塔勒等人（2020） 指出，UGP2 基因编码 2 个主要亚型，较长的亚型 1 和较短的亚型 2，它们在 N 末端有 11 个氨基酸不同，但预计在功能上是等效的。RT-PCR、蛋白质印迹分析和免疫组织化学研究表明，短异构体在人脑发育过程中的多种细胞类型中表达。特定的表达区域包括下丘脑、皮质、中脑和丘脑区域的增殖性神经上皮中的神经纤维、脊髓边缘区、脉络丛的立方上皮细胞、大脑皮层中的神经元以及小脑中的神经元和神经胶质细胞。
▼ 测绘
展示等（1978） 通过人-小鼠体细胞杂交将 UGPP2 分配到 2 号染色体。线性顺序似乎是（ACP1）-（UGPP2）-（MDH-S）-（IDH-S）。程等人（1997）通过荧光原位杂交将UGP2基因定位到2p14-p13。
▼ 基因功能
Gal-酵母缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶（GALT；606999），不能在以半乳糖作为唯一碳水化合物来源的培养基中生长。Lai 和 Elsas（2000） 发现酵母 Ugp1 的表达在存活的 Gal 回复细胞中上调。此外，酵母 Ugp1 或人类直系同源物 UGP2 的过度表达可以挽救半乳糖酵母的生长。Lai和Elsas（2000）得出结论，UGP2具有双重功能，可以将半乳糖-1-磷酸和UTP转化为UDP-半乳糖，补充其细胞内容物。
▼ 生化特征
Yu和Zheng（2012）以3.6埃的分辨率确定了人类UGPase的晶体结构。人 UGPase 通过高度保守的 C 端 β 螺旋形成八聚体。单体之间的端对端相互作用导致二聚原聚体的形成，4个原聚体形成四叶草形八聚体，计算分子量为439 kD。脊椎动物 UGPase 的 C 端结构域内的闩锁结构在空间上限制了酶活性，而酵母和其他低等生物的 UGPase 缺乏闩锁结构并具有更高的活性。闩锁基序内的突变或解聚人 UGPase 八聚体的突变提高了焦磷酸化酶活性。
富林等人（2013） 发现八聚化对于重组人 UGP 酶活性来说是必要的，但还不够。所有扰乱八聚体形成的突变都会对 UGP 酶活性产生负面影响。UGP 在酶促循环期间不会从八聚体状态解离。
▼ 分子遗传学
Perenthaler 等人对来自 13 个不相关家庭的 20 名患有发育性和癫痫性脑病 83（DEE83; 618744） 的患者进行了研究（2020） 在 UGP2 基因中高度保守的核苷酸处鉴定出相同的纯合 c.34A-G 转换。预计该突变会导致较长同种型（同种型 1）中的 met12 至 val（M12V） 取代，并破坏较短同种型（同种型 2）中的翻译起始位点（c.1A-G），从而导致 met1 至？代换。同工型 2 在大脑和神经干细胞中高度表达。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在所有家族中都与该疾病分离。它并不存在于几个大型对照数据库中，包括 Exome Variant Server 和Iranone 数据库，但发现频率较低（5. 3 x 10（-5）） 在 gnomAD 数据库中仅处于杂合状态（280,902 个等位基因中的 15 个）。对 1 名患者的成纤维细胞进行蛋白质印迹分析，结果显示 UGP2 短异构体表达缺失，而含有 M12V 取代的长异构体表达上调。尽管这两种同工型在野生型成纤维细胞中表达相同，但在杂合子患者中，较短同工型的表达减少至总 UGP2 的 25%。这些发现表明，当短亚型缺失时，携带 M12V 变体的长亚型会上调。M12V长亚型在患者细胞中显示出正常的细胞定位和酶活性，这可以解释患者的存活。体外功能性细胞表达研究表明，人胚胎干细胞中短 UGP2 亚型突变的表达和短 UGP2 亚型的完全敲低导致神经细胞的程序性分化被破坏。对突变细胞的转录组分析显示出一个特征，表明有过早分化的趋势，以及与神经发育障碍相关途径有关的几个特定基因的表达变化。突变细胞的代谢特征也异常，显示出产生UDP-葡萄糖和合成糖原的能力降低、蛋白质糖基化受损以及未折叠蛋白质反应的激活增加。这些缺陷可以通过野生型 UGP2 的表达来恢复。佩伦塔勒等人（2020） 的结论是，大脑特异性 UGP2 同工型的破坏导致了患者的神经表型和生存能力。作者进一步提出，所有细胞中 UGP2 功能完全丧失或完全缺失将导致胚胎死亡。这些发现强调了组织特异性亚型作为遗传性疾病中疾病机制的新兴作用。
▼ 动物模型
Perenthaler 等人（2020） 发现斑马鱼 UGP2 直系同源物的敲低会导致产生 UDP-葡萄糖的能力下降、整体神经活动减少、运动异常、自发视觉运动减少，并可能增加癫痫发作的易感性。
▼ 历史
Burgerhout 等人（1973） 和范·萨默伦等人（1974） 通过体细胞研究将该酶的结构位点对应到 1 号染色体上。
▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：
.0001 发育性和癫痫性脑病 83
UGP2、MET1？
Perenthaler 等人对来自 13 个无关家庭的 20 名患有婴儿癫痫性脑病 83（DEE83; 618744） 的患者进行了研究（2020） 在 UGP2 基因中高度保守的核苷酸处鉴定出相同的纯合 c.34A-G 转换（NM_006759）。该突变预计会导致较长同种型（同种型 1）中的 met12 至 val（M12V） 取代，并破坏较短同种型（同种型 2）中的翻译起始位点（c.1A-G，NM_001001521.1），从而产生 met1 至？（M1？）替换。UGP2 亚型 2 在大脑和神经干细胞中高度表达。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在所有家族中都与该疾病分离。它并不存在于几个大型对照数据库中，包括 Exome Variant Server 和Iranone 数据库，但发现频率较低（5. 3 x 10（-5）） 在 gnomAD 数据库中仅处于杂合状态（280,902 个等位基因中的 15 个）。对 1 名患者的成纤维细胞进行蛋白质印迹分析，结果显示 UGP2 短异构体表达缺失，而含有 M12V 取代的长异构体表达上调。尽管这两种同工型在野生型成纤维细胞中表达相同，但在杂合子患者中，较短同工型的表达减少至总 UGP2 的 25%。这些发现表明，当短亚型缺失时，携带 M12V 变体的长亚型会上调。M12V长亚型在患者细胞中显示出正常的细胞定位和酶活性，这可以解释患者的存活。这些家庭都是中东血统，包括巴基斯坦人、伊朗人、沙特阿拉伯人、印度人和阿曼人，对几个人的单倍型分析表明存在创始人效应。尽管有 1 个家庭（家庭 1）是荷兰人，但作者指出，荷兰商人于 17 世纪在俾路支省周围地区定居。据估计，这种突变起源于大约 26 代人或 600 年前。还报告了来自另外两个不相关家庭的另外两名具有相似表型的患者，但没有提供临床细节。患者发病的时间范围是从出生后的第一天到大约 7 个月大。还报告了来自另外两个不相关家庭的另外两名具有相似表型的患者，但没有提供临床细节。患者发病的时间范围是从出生后的第一天到大约 7 个月大。还报告了来自另外两个不相关家庭的另外两名具有相似表型的患者，但没有提供临床细节。患者发病的时间范围是从出生后的第一天到大约 7 个月大。
