亨廷顿相关蛋白 1; HAP1

• HAP2
• 神经元 1

HGNC 批准的基因符号：HAP1

细胞遗传学位置：17q21.2 基因组坐标（GRCh38）：17:41,717,738-41,734,645（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

已知多种神经退行性疾病涉及谷氨酰胺 CAG 密码子的三核苷酸扩展，包括亨廷顿病（HD; 143100）、脊髓小脑共济失调 1 型（164400）、马查多-约瑟夫病（109150） 和脊髓延髓肌萎缩症（313700.0014）。李等人（1995） 通过使用后者作为 2 杂交酵母筛选试验中的诱饵，鉴定了与突变 HD 蛋白亨廷顿蛋白（HTT; 613004） 结合的大鼠脑蛋白 cDNA。他们将这种蛋白质命名为 HAP1（亨廷顿蛋白相关蛋白-1），发现它与亨廷顿蛋白的结合与谷氨酰胺重复区域中谷氨酰胺的数量成正比。发现两个 HAP1 cDNA 在 C 末端不同，可能是由于选择性剪接的结果。预测的 599 个和 629 个氨基酸的蛋白质具有高度亲水性，富含带电氨基酸，并且与已知蛋白质没有同源性。获得了两种人类 PCR 产物，称为 HAP1 和 HLP（HAP 样蛋白）。人类 HAP1 cDNA 编码的蛋白质与大鼠 HAP1 蛋白质有 96% 的同一性。Northern 印迹显示大鼠大脑中存在 4.0-kb HAP1 转录物，RT-PCR 证明在人脑中存在表达，特别是在尾状核和皮质（受亨廷顿病影响的区域）。对大鼠脑组织和 HAP1 转染细胞进行的免疫共沉淀实验证实，HAP1 在体内与亨廷顿蛋白结合，但尚未在人脑组织中清楚地显示出相同的情况。李等人（1995） 推测 HAP1 与亨廷顿蛋白中谷氨酰胺重复序列结合的能力受到相邻氨基酸的影响，因为在他们的酵母 2-杂交检测中，HAP1 没有与 atropin-1 结合，

李等人（1998） 指出基因组 Southern 印迹分析表明先前鉴定的人类 HAP1 和 HLP1 存在不同的基因；然而，Northern印迹分析仅检测到人类HLP1的表达。HAP1 cDNA 是否以非常低的水平表达，或者是 PCR 伪影的结果仍有待研究。李等人（1998） 获得了 HLP1 cDNA，并根据它们与大鼠 HAP1 的同源性、它们在 Northern 印迹上的表达以及它们与亨廷顿蛋白的结合，将它们重命名为人类 HAP。人 HAP 编码 619 个氨基酸的多肽，其整个序列与大鼠 HAP1 具有 62% 的同一性，在假定的亨廷顿蛋白结合区中具有 82% 的同一性。仅检测到 1 种人类亚型。Northern 印迹分析表明 HAP 在人脑中以 4.1 kb 转录本的形式表达，在某些大脑区域检测到其他次要转录本。Western blot 分析检测到 HAP 表达为 75 kD 蛋白，其表达显着降低，同时亨廷顿蛋白表达降低。体外研究表明，HAP 与亨廷顿蛋白的 N 末端区域相互作用，并且当亨廷顿蛋白携带扩展的 CAG 重复序列时，其相互作用更大。在转染的 HEK293 细胞中，亨廷顿蛋白和 HAP 共定位于核周包涵体中。

纳西尔等人（2000） 确定人类 HAP1 蛋白与小鼠序列有 62% 的同一性，包含亮氨酸拉链基序和推定的酪氨酸激酶磷酸化位点。

▼ 基因功能

Engelender 等人（1997） 表明 HAP1 不仅以谷氨酰胺重复长度依赖性方式与亨廷顿蛋白结合，而且还与细胞骨架蛋白发生反应，即 dynactin 的 p150（Glued） 亚基（DCTN1; 601143） 和中心粒周围蛋白 PCM1（600299）。各种观察结果表明，HAP1 可能充当衔接蛋白，使用卷曲线圈介导细胞骨架、血管和运动蛋白之间的相互作用。因此，HAP1 和亨廷顿蛋白可能在细胞内的囊泡转移中发挥作用，而这种功能的破坏可能会导致 HD 中的神经元功能障碍和死亡。

唐等人（2003） 使用蛋白质结合实验鉴定了大鼠脑神经元中含有亨廷顿蛋白（Htt）、HAP1A 和 1 型肌醇 1,4,5-三磷酸（IP3） 受体（ITPR​​1; 147265） 的蛋白质复合物。功能实验表明HAP1A促进Htt与ITPR1 C末端的结合。野生型和具有扩展的聚谷氨酰胺重复序列的 Htt 均与 ITPR1 结合，但只有扩展的 Htt 导致 ITPR1 受体对 IP3 激活的敏感性增加。HD 中受影响的中等棘纹状体神经元中扩展的 Htt 蛋白的表达导致细胞内钙水平增加，这可能对神经元有毒。

高蒂尔等人（2004） 表明亨廷顿蛋白特异性增强脑源性神经营养因子（BDNF; 113505） 沿微管的囊泡转移。他们确定亨廷顿蛋白介导的转移涉及 HAP1 和动力蛋白的 p150（胶合）亚基，动力蛋白是分子马达的重要组成部分。BDNF 转运在疾病背景下和通过降低野生型亨廷顿蛋白水平而减弱。亨廷顿蛋白/HAP1/p150（胶合）复合物的改变与运动蛋白与微管的关联减少相关。多聚谷氨酰胺亨廷顿蛋白诱导的转运缺陷导致神经营养支持的丧失和神经元毒性。高蒂尔等人（2004） 得出结论，亨廷顿蛋白的关键作用是促进 BDNF 转运，并表明该功能的丧失可能会导致发病。

Kittler 等人通过对大鼠海马文库进行酵母 2 杂交分析（2004）发现大鼠Hap1结合GABA-A受体β亚基的胞内结构域（例如GABRB1；137190），但不结合GABA-A受体α-1（GABRA1；137160）、γ-2（GABRG2；137164）或δ（GABRD；137163）亚基的胞内结构域或胞内C端GABA-B 受体 R1 亚基（GABBR1；603540） 的尾部。Hap1 通过促进内化受体回收和减少溶酶体降解来增加大鼠皮质神经元细胞表面 GABA-A 受体的数量。由于 GABA-A 受体是大脑中快速突触抑制的主要位点，Kittler 等人（2004） 得出结论，HAP1 在 GABA-A 受体再循环中的作用有助于抑制性突触的维持。

使用免疫沉淀分析，Sheng 等人（2008） 发现 Ahi1（608894） 与小鼠脑裂解液中的 Hap1 紧密结合。任一蛋白的耗尽都会减少另一种蛋白的含量，相反，任一蛋白的过度表达会增加另一种蛋白的内源水平，这表明 Ahi1 和 Hap1 相互稳定。Hap1 或 Ahi1 的减少也会降低 Trkb（NTRK2; 600456） 和 Trkb 信号转导的水平，如 Erk（参见 601795）和 Akt（参见 164730）磷酸化降低所表明。盛等人（2008） 得出结论，HAP1 和 AHI1 维持神经元中 TRKB 的水平和信号传导。

Shimojo（2008） 使用酵母 2 杂交和免疫沉淀分析表明，人 RILP（PRICKLE1; 608500） 和亨廷顿蛋白直接与 dynactin-1 相互作用形成三链体。REST 通过与 RILP 直接相互作用与三链体结合，形成参与非神经元细胞中 REST 核易位的四元复合物。在神经元细胞中，该复合物还含有 HAP1，它影响致病突变亨廷顿蛋白（但不影响野生型亨廷顿蛋白）与 dynactin-1 和 RILP 的相互作用。过表达和敲除分析表明，复合物中 HAP1 的存在阻止了 REST 的核转位，从而调节了 REST 活性。

▼ 基因结构

Nasir 等人通过对 PAC 文库的基因组序列分析（2000） 确定 HAP1 基因跨度约为 12.1 kb，包含 11 个外显子。

▼ 测绘

Nasir 等人的地图（1998） 将小鼠同源物 Hap1 对应到 11 号染色体（带 D），该染色体与人类 17 号染色体具有广泛的同线性同源性，包括 17q21-q22 区域，额颞叶痴呆（600274） 和其他由 MAPT 基因（157140） 突变引起的进行性退行性疾病位于该区域。Nasir 等人使用 FISH（2000） 证实人类 HAP1 基因定位于 17q21.2-q21.3。

▼ 分子遗传学

通过对 CEPH 样本的分析，Nasir 等人（2000） 鉴定了 HAP1 基因内含子 6 内的多态性，其杂合度为 70%，并且在 20 个测试的等位基因中存在 10 个不同的等位基因长度。

在 889 名亨廷顿病（HD; 143100） 患者中，Metzger 等人（2008） 发现发病年龄与 HAP1 基因（rs4523977） 中的 thr441-to-met（T441M） 替换之间存在显着关联。在 CAG 重复次数少于 60 次的 HD 患者中，met/met 等位基因纯合的患者比 thr/met 或 thr/thr 基因型的 HD 患者晚约 8 年出现症状（p = 0.015）。体外研究表明，met441 比 thr441 更紧密地结合突变的 HTT，稳定 HTT 聚集体，减少可溶性 HTT 降解产物的数量，并保护神经元免受 HTT 介导的毒性。梅茨格等人（2008） 得出结论，T441M SNP 可以改变成年 HD 患者的发病年龄。他们估计T441M SNP可能代表2。

▼ 动物模型

Bertaux 等人（1998） 克隆了小鼠 Hap1 cDNA，并证明在亨廷顿舞蹈症特别受影响的区域表达并未富集。贝尔托等人（1998） 使用酵母 2-杂交系统证明亨廷顿蛋白相关蛋白的氨基酸 171-230 对于 hap1-亨廷顿蛋白结合是必需的，并且在 HD 转基因模型中 Hap1 不与转基因外显子 1 蛋白相互作用。

陈等人（2002） 产生了 Hap1 基因座纯合破坏的小鼠。Hap1 表达的丧失不会改变其相互作用伙伴亨廷顿蛋白和 p150（Glued） 的总脑表达水平。以预期的孟德尔频率观察到新生 Hap1 -/- 动物，表明 Hap1 在胚胎发生过程中起非必需作用。出生后，Hap1 -/- 幼崽表现出喂养行为减少，最终导致出生后第 9 天营养不良、脱水和过早死亡。由于 Hap1 在下丘脑中特别丰富，作者认为 Hap1 可能在调节产后喂养方面发挥重要作用。

德拉加西斯等人（2004） 表明 Hap1 缺失突变体表现出哺乳缺陷并在出生后的头几天内挨饿。在产仔数减少后，一些突变体存活到成年并表现出生长迟缓，没有明显的大脑或行为异常，这表明 Hap1 功能仅对产后早期喂养行为至关重要。当出生前神经元细胞中的 Hap1 表达恢复时，早期致死率得以挽救。在小鼠发育过程中，没有观察到 Hap1 和亨廷顿突变之间存在协同作用。德拉加西斯等人（2004） 得出的结论是，Hap1 可能在出生后前 2 周内调节产后喂养方面发挥重要作用，但在成年小鼠中则发挥非必要作用。

扎克等人（2005）比较了来自 12 周龄 R6/2 小鼠、HD 转基因小鼠模型和野生型同窝小鼠的中型多刺投射神经元（MSN） 和神经元 NOS（NOS1; 163731） 阳性中间神经元（nNOS-IN） 中涉及 NMDA 受体和 Ca（2+） 信号通路的选定基因的 mRNA 水平。MSN 和 nNOS-IN 的 R6/2 神经元中存在不同的转录改变，表明仅全局转录失调可能无法解释选择性脆弱性。在 nNOS-IN 群体中，多种 mRNA 被富集，包括 Grin2d（602717）、Psd95（DLG4; 602887） 和 Hap1，以及 Nos1 mRNA 本身。扎克等人（2005） 表明这些蛋白质可能参与保护性途径，有助于该中间神经元群体抵抗 HD 中的神经变性。

Shen 等人使用免疫细胞化学和蛋白质印迹法（2006） 证明，啮齿动物下丘脑中的 Hap1 表达通过禁食而上调，并通过侧脑室内注射胰岛素而下调，因为泛素化导致降解增加。通过 siRNA 降低小鼠下丘脑 Hap1 的表达会降低下丘脑 GABA（A） 受体的水平和活性（参见 137160），并导致食物摄入量和体重下降。盛等人（2006） 指出，这些发现将下丘脑 HAP1 与 GABA 在进食刺激中联系起来，并表明这种机制涉及大脑中胰岛素的进食抑制作用。