阿特拉斯汀 GTP 酶 1; ATL1

HGNC 批准的基因符号：ATL1

细胞遗传学位置：14q22.1 基因组坐标（GRCh38）：14:50,533,081-50,633,067（来自 NCBI）

▼ 描述

ATL1 基因编码 atlastin-1，一种与动力相关的 GTP 酶，在管状内质网（ER）网络的形成和神经元轴突伸长中发挥作用（Zhu et al., 2006; Orso et al., 2009）。

▼ 克隆与表达

通过定位克隆，赵等人（2001）证明，一种常染色体显性遗传性痉挛性截瘫早发（SPG3A; 182600），在 10 岁之前，通常在 5 岁之前，是由 GTPase 基因突变引起的。发现该基因与导致其他形式的遗传性痉挛性截瘫的基因没有同源性。它确实与鸟苷酸结合蛋白 1（GBP1；600411）显示出显着的同源性，鸟苷酸结合蛋白是大型 GTP 酶动力家族的成员。ATL1 表达的 Northern 印迹分析检测到主要在成人和胎儿大脑中的 2.2 kb 转录物。RT-PCR 实验表明在所有检查的组织中都有可测量的表达，尽管成人大脑中的表达比其他组织至少高 50 倍。ATL1 2.2-kb cDNA 序列的翻译产生了 558 个氨基酸的肽。

Zhu等人通过大脑皮层cDNA文库的PCR（2003）克隆了 ATL1，他们将其称为 atlastin-1。推导的 558 个氨基酸的蛋白质在其 N 端半部包含 GTP 结合基序，在其 C 端半部包含 2 个跨膜结构域。它还具有 3 个潜在的 N-糖基化位点。对转染的 COS-7 细胞进行蛋白质印迹分析，检测到 atlastin-1 的表观分子质量约为 64 kD。蛋白质印迹分析检测到人和大鼠脑匀浆中 atlastin-1 表达较高，而其他几种人体组织（包括平滑肌、肾上腺、肾脏、睾丸和肺）中的表达则低得多。对大鼠脑切片的免疫组织化学分析发现 atlastin-1 在第五层皮质神经元、海马 CA1 和 CA3 锥体神经元、杏仁核和几个丘脑核中高表达。细胞体中的染色最为明显，轴突和树突的染色较弱。免疫金标记检测到大鼠 atlastin-1 主要存在于顺式高尔基体池中。蛋白酶保护测定表明，人atlastin-1 的N 和C 末端暴露于转染细胞膜的细胞质面。

▼ 基因功能

使用酵母 2 杂交检测，Zhu 等人（2003）确定 atlastin-1 自缔合。化学交联实验表明atlastin-1很可能形成约230 kD的同源四聚体。朱等人（2003）证明 atlastin-1 具有 GTP 酶活性。

埃文斯等人孤立地（2006）和桑德森等人（2006）证明 spastin 的 N 末端结构域（SPAST; 604277）直接与 atlastin 的 C 末端细胞质结构域结合，表明这 2 个基因产物在共同的生物途径中相互作用。埃文斯等人（2006）在 HeLa 细胞中使用了酵母 2-杂交分析和共免疫沉淀研究，Sanderson 等人（2006）使用酵母 2 杂交分析人胎脑 cDNA 文库，并在 HeLa 细胞、HEK293T 细胞和小鼠 NSC34 神经元细胞中进行蛋白质下拉、免疫共沉淀和共定位研究。

在发育中的大鼠大脑中，Zhu 等人（2006）发现atlastin-1不仅在高尔基体和内质网中表达，而且在轴突生长锥和沿轴突的生长锥样静脉曲张中也富集。Atlastin-1 标记在生长锥内的囊泡结构上很明显，但在质膜和突触上则不然。在培养的皮质细胞中使用 shRNA 敲除 atlastin-1 可抑制轴突生长。总体而言，研究结果表明 atlastin-1 在神经元中具有多种功能，可能在细胞内膜转移以及轴突生长锥的扩张中发挥作用。这些功能研究表明，在 SPG3A 中观察到的早发性轴突病可能是由于轴突发育异常所致。

奥尔索等人（2009）证明果蝇 atlastin 定位在内质网（ER）膜上，其丢失会导致 ER 碎片。嵌入不同膜中的果蝇 atlastin 能够形成反式寡聚复合物，其过度表达会诱导 ER 谱的扩大，这与 ER 膜的过度融合一致。体外实验证实 atlastin 以 GTP 依赖性方式自主驱动膜融合。相反，GTP酶缺陷的atlastin无活性，由于无法自缔合而无法形成反式寡聚复合物，并且无法在体外促进融合。Orso 等人的结果（2009）证明 atlastin 介导膜束缚和融合，并强烈表明它是 ER 同型融合所需的 GTP 酶活性。

▼ 基因结构

赵等人（2001）发现 ATL1 基因包含 14 个外显子，跨度约为 69 kb。

▼

赵等人的绘图（2001）确定 ATL1 基因定位于染色体 14q11-q21。朱等人（2003）指出 ATL1 基因对应到染色体 14q22.1。

▼ 分子遗传学

痉挛性截瘫 3A

赵等人（2001）在痉挛性截瘫 3A（SPG3A; 182600）家族中鉴定出 ATL1 基因突变（例如，参见 606439.0001），其中与 14q11-q21 的连锁已被证明，以及在其他没有连锁证据的表型相似家族中。

杜尔等人（2004）在 31 个早发性常染色体显性痉挛性截瘫家庭中，有 12 个（39%）发现了 ATL1 基因突变。一个家庭表现出不完全外显。

名川等人（2006）指出，ATL1 基因中的 19 个突变已在 40 个不同的家族中被发现。超过 90% 的突变位于外显子 4（12.5%）、7（27.5%）、8（17.5%）和 12（35%）。

在 COS-7 细胞中，Zhu 等人（2006）表明，ATL1 基因中与疾病相关的错义突变得到表达，并与野生型 ATL1 强烈相互作用，导致 GTPase 活性以显性失活方式降低。R217Q 突变（606439.0004）的 GTPase 损伤最严重，该突变位于 GTPase 结合位点内，但也观察到其他错义突变（R239C; 606439.0001 和 H258R; 606439.0003），表明这些区域可能调节活性。

贝茨等人（2007）报道了一个家庭，其中先证者、她的兄弟和她的 2 个儿子的 SPAST 基因（604277）外显子 1 缺失导致痉挛性截瘫分离。尽管先证者和她的兄弟也有 ATL1 基因缺失，但 ATL1 缺失并没有与她儿子的疾病分离，并且对疾病的严重程度没有明显影响。研究结果表明，单倍体不足是 SPG4（182601）的致病机制，而显性失活效应是 SPG3A 的致病机制。

1D 型遗传性感觉神经病

Guelly 等人通过全基因组连锁分析，然后对候选基因进行基于阵列的外显子测序（2011）发现 ATL1 基因杂合突变（N355K; 606439.0010）是受影响家庭中常染色体显性遗传性神经病 1D 型（HSN1D; 613708）的原因。在 115 名患有类似疾病的其他先证者中筛选该基因，在 2 名不相关的先证者（分别为 606439.0011 和 606439.0012）中发现了 ATL1 基因中的 2 个额外杂合突变。该表型的特点是成年后出现影响所有疾病的远端轴突感觉神经病，通常与远端溃疡和截肢以及反射减退相关，尽管一些患者表现出提示上神经元受累的特征。COS-7细胞的体外功能表达研究并未揭示共同的发病机制，导致SPG3A和HSN1D的突变之间没有明显的功能区别，但Guelly等人（2011）假设管状内质网的缺陷可能是这两种疾病的根源。

▼ 等位基因变异体（15 个选定示例）：

.0001 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，ARG239CYS
在 3 个明显不相关的痉挛性截瘫 3（182600）亲属的受影响成员中，Zhao 等人（2001）在 ATL1 基因的外显子 7 中发现了一个杂合的 884C-T 转变，导致 arg239 到 cys（R239C）的取代。

阿贝尔等人（2004）在 Hazan 等人报告的 SPG3 法国家庭的所有 22 名受影响成员中发现了 R239C 突变（1993）。阿贝尔等人（2004）指出这是第七个被发现具有 R239C 突变的西欧血统 SPG3 家族。阿贝尔等人（2004）根据翻译起始密码子的编号报告了核苷酸变化为715C-T，并指出位置715位于CpG双联体内，表明它是可能的突变热点。

通过对具有 R239C 突变的 3 个法国家族进行单倍型分析，Namekawa 等人（2006）的结论是，突变是孤立发生的，并不是由于创始人效应。进一步分析证实，突变发生在由甲基化 CpG 二核苷酸定义的热点中。

.0002 痉挛性截瘫 3，常染色体显性遗传
ATL1，SER259TYR
在一个被指定为 ADHSP-P 的早发型常染色体显性痉挛性截瘫（182600）亲属中，Zhao 等人（2001）在全长 ATL1 cDNA 的核苷酸 945 处鉴定了杂合性（C 和 A），对应于该基因的外显子 8。未受影响的家庭成员在该位置上只有 C。这种突变（TCC（ser）到 TAC（tyr））预计会改变氨基酸 259。因此，这种突变 S259Y 与 H258R 突变（606439.0003）相邻。

.0003 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，HIS258ARG
赵等人（2001）发现患有常染色体显性遗传性早发性痉挛性截瘫的亲属（182600）中受影响的成员在对应于 ATL1 基因的全长 cDNA 的核苷酸位置 942 处是杂合的（A 和 G）。该亲属中受影响的成员在该位置上只有 C。预计该突变会导致 S259Y（606439.0002）附近的位点发生 his258 氨基酸替换为 arg（H258R）。

.0004 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，ARG217GLN
在一个患有早发、常染色体显性单纯性痉挛性截瘫（182600）的意大利大家族中，Muglia 等人（2002）在 ATL1 基因中发现了一个 818G-A 突变，导致高度保守的 GTPase 基序中的 arg217 被替换为 gln。

.0005 痉挛性截瘫 3，常染色体显性遗传性
ATL1，1-BP INS，1688A
在一个患有常染色体显性遗传性痉挛性截瘫（182600）的意大利家庭中，Tessa 等人（2002）在 ATL1 基因的外显子 12 中鉴定出杂合 1-bp 插入 1688A，产生移码和过早终止密码子。由此产生的蛋白质缺乏最后 37 个氨基酸，包括所有外显子 14。7 名明显受影响的个体和 2 名反射亢进的无症状个体携带该突变。作者评论了该家族中该疾病明显与年龄相关的外显率。

.0006 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，MET408VAL
在一个有 6 名成员的家庭中，患有极早发作的严重痉挛性截瘫（182600），Dalpozzo 等人（2003）在 ATL1 基因的外显子 12 中发现了一个杂合的 1222A-G 转变，导致了 met408 到 val（M408V）的取代。所有受影响的成员均在婴儿期发病，出现运动里程碑延迟、步态障碍、痉挛性截瘫、远端萎缩和下肢无力。由于发病非常早，第一批患者被误诊为脑瘫，而指标患者（5 名受影响成员的母亲）并不知道自己患有遗传性疾病。两名患者出现了轻度手部萎缩的异常体征。

.0007 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，ARG415TRP
在来自意大利 SPG3A 家族（182600）的所有 3 名受影响成员中，D'Amico 等人进行了测试（2004）在 atlastin 基因的外显子 12 中发现了一个杂合突变，导致 arg415-to-trp（R415W）取代。400 条对照染色体中未发现该突变。3 名患者在 5 岁前发病，据报道另有 2 名家庭成员患有婴儿期痉挛性截瘫。然而，9名年龄在13岁至70岁之间的无症状亲属也有这种突变。达米科等人（2004）得出的结论是，这种突变的外显率降低表明调节基因或表观遗传因素参与了该疾病的发展，并指出了遗传咨询的影响。

瓦尔加等人（2013）鉴定了 ATL1 基因中的杂合 c.1243C-T 转变，导致受影响的 SPG3A 家族成员中的 R415W 取代，最初由 Raggio 等人报道（1973）患有以 X 连锁遗传模式遗传的纯痉挛性截瘫。对 1 名受影响男性的全外显子组测序鉴定出杂合 R415W 取代。随后在 3 名受影响的家庭成员和 3 名未受影响的家庭成员中发现了这种突变，这与不完全外显率一致。两名未受影响的携带者是女性，家族史表明大多数未受影响的女性是必然携带者。这些发现与该突变的性别相关外显率降低一致。瓦尔加等人（2013）在 83 名患有明显散发性 HSP 的西班牙患者中的 1 名和 28 名患有显性 HSP 的俄罗斯患者中的 2 名中发现了相同的突变。有证据再次表明这些家庭的外显率不完全。瓦尔加等人（2013）还在具有 SPG3A 和不完全外显率的摩洛哥家族中鉴定了杂合 c.1244A-G 转变，导致 arg415 到 gln（R415Q；606439.0014）取代。瓦尔加等人（2013）指出，c.1243C-T 和 c.1244A-G 转变均发生在 CpG 核苷酸处（分别在正链和负链上），因此可能代表由于甲基化胞嘧啶自发脱氨基而产生的突变热点。R415 影响不定位于已知蛋白质结构域的高度保守残基（2013）还在具有 SPG3A 和不完全外显率的摩洛哥家族中鉴定了杂合 c.1244A-G 转变，导致 arg415 到 gln（R415Q；606439.0014）取代。瓦尔加等人（2013）指出，c.1243C-T 和 c.1244A-G 转变均发生在 CpG 核苷酸处（分别在正链和负链上），因此可能代表由于甲基化胞嘧啶自发脱氨基而产生的突变热点。R415 影响不定位于已知蛋白质结构域的高度保守残基（2013）还在具有 SPG3A 和不完全外显率的摩洛哥家族中鉴定了杂合 c.1244A-G 转变，导致 arg415 到 gln（R415Q；606439.0014）取代。瓦尔加等人（2013）指出，c.1243C-T 和 c.1244A-G 转变均发生在 CpG 核苷酸处（分别在正链和负链上），因此可能代表由于甲基化胞嘧啶自发脱氨基而产生的突变热点。R415 影响不定位于已知蛋白质结构域的高度保守残基。分别），因此可能代表由于甲基化胞嘧啶自发脱氨基而产生的突变热点。R415 影响不定位于已知蛋白质结构域的高度保守残基。分别），因此可能代表由于甲基化胞嘧啶自发脱氨基而产生的突变热点。R415 影响不定位于已知蛋白质结构域的高度保守残基。

.0008 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，LEU157TRP
患有 SPG3A 的母子（182600），Rainier 等人（2006）在 ATL1 基因的外显子 4 中发现了一个杂合的 638T-C 转变，导致 leu157 到 trp（L157W）的取代。预计该突变会破坏该蛋白质的假定磷酸化位点。对家庭成员的遗传分析表明，突变发生在母亲身上。母亲是一名 34 岁女性，自婴儿期起患有无并发症的非进行性痉挛性截瘫，最初被诊断为痉挛性双侧瘫痪脑瘫。在她的儿子 10 个月大时出现类似的临床症状后，她被正确诊断为 SPG。

.0009 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，3-BP DEL
在患有 SPG3A（182600）的法裔加拿大大家庭的受影响成员中，Meijer 等人（2007）在 ATL1 基因中发现了一个杂合的 3-bp 框内缺失，导致 asn436（436delN）缺失。功能表达研究表明，患者淋巴母细胞中的 ATL1 蛋白水平降低，但 mRNA 水平正常、GTP 酶活性正常、蛋白质相互作用正常。梅杰等人（2007）假设蛋白质稳定性下降和显性负性功能丧失机制。

.0010 神经病，遗传性感觉神经病，ID 型
ATL1，ASN355LYS
在患有常染色体显性遗传性感觉神经病 ID 型（HSN1D；613708）的 4 代大家族的受影响成员中，Guelly 等人（2011）在 ATL1 基因的外显子 11 中发现了一个杂合的 1065C-A 颠换，导致 asn355 到 lys（N355K）的取代。在 370 名对照者中未发现该突变。该表型的特点是成年早期发病，患有严重的远端感觉轴突神经病，伴有频繁的溃疡和截肢。COS-7 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型相比，突变蛋白的 GTPase 活性降低，并导致内质网三路连接破坏。

.0011 神经病，遗传性感觉，类型 ID
ATL1，GLU66GLN
Guelly 等人在一名患有遗传性感觉神经病 1D（HSN1D；613708）的 61 岁男性中（2011）鉴定出 ATL1 基因外显子 2 中的杂合 196G-C 颠换，导致 glu66 到 gln（E66Q）取代。他出现进行性、上升性、严重的感觉丧失，影响小腿的所有功能，但没有足部溃疡或麻痹。他患有反射减退，腓肠神经活检显示患有严重的慢性轴突神经病，并伴有中度脱髓鞘成分。据报道，该患者已故的母亲也患有类似的严重感觉神经病。在 150 名对照个体中未发现该突变，但体外功能表达研究显示 GTPase 活性没有变化，内质网形态也没有变化。

.0012 神经病，遗传性感觉，类型 ID
ATL1，1-BP DEL，976G
Guelly 等人在一名患有遗传性感觉神经病 1D（HSN1D; 613708）的男性中（2011）在 ATL1 基因的外显子 9 中发现了一个杂合 1-bp 缺失（976delG），导致 C 末端过早终止。该患者患有成人发病的感觉神经病，伴有溃疡、缺乏疼痛知觉、手指感觉异常，脚踝偶尔有刀割样疼痛。髌腱反射活跃，跟腱反射消失。他的父亲和兄弟也受到同样的影响。在 334 名对照个体中未发现该突变。体外功能表达研究表明，截短蛋白的表达减少，并且弥散定位于整个细胞质，而不是正确定位于内质网。

.0013 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，ARG416CYS
在患有常染色体显性 SPG3A（182600）的第 3 代南非祖鲁家族受影响成员中，Orlacchio 等人（2011）在 ATL1 基因的外显子 12 中发现了一个杂合的 1246C-T 转变，导致 arg416 到 cys（R416C）的取代。在 400 名对照者中未发现该突变。该家族的表型不寻常，因为受影响的个体发病较晚（范围为 38 至 56 岁），轻度智力低下（智商 32 至 67），胼胝体薄，无小脑受累或白质异常。痉挛仅限于下肢；3 例患者有括约肌功能障碍。

.0014 痉挛性截瘫 3，常染色体显性
ATL1，ARG415GLN
Varga 等人在 4 名患有 SPG3A 的摩洛哥同胞（182600）中（2013）发现了 ATL1 基因中的 c.1244A-G 转变，导致 arg415 到 gln（R415Q）的取代。3 名同胞为突变纯合子，1 名兄弟姐妹为突变杂合子。随后在 3 名未受影响的家庭成员和 2 名有非常微妙的疾病症状（反射亢进）的家庭成员中发现了突变的杂合性。这些发现表明纯合状态下的突变具有完全外显率，杂合状态下的突变具有不完全外显率。瓦尔加等人（2013）还鉴定出杂合的 c.1243C-T 转换，导致另一个家族中的 R415W（606439.0007）被 SPG3A 取代且外显率不完全。瓦尔加等人（2013）指出 c.1243C-T 和 c.1244A-G 转变均发生在 CpG 核苷酸处（在正链和负链上，分别），因此可能代表由于甲基化胞嘧啶自发脱氨基而产生的突变热点。R415 是高度保守的残基，不定位于已知的蛋白质结构域。

.0015 意义不明的变体
ATL1、ARG118GLN
该变体被归类为意义不明的变体，因为其对常染色体隐性形式 SPG3A（参见 182600）的贡献尚未得到证实。

Khan 等人在来自巴基斯坦一个大家庭的 6 名患有 SPG3A 的男性中（2014）在 ATL1 基因的外显子 4 中鉴定出纯合 c.353G-A 转换，导致 GTPase 结构域中高度保守的残基处 arg118 到 gln（R118Q）取代。该变异是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在外显子组变异服务器数据库或 200 条巴基斯坦对照染色体中不存在。没有对该变体进行功能研究。该变异纯合的受影响男性在 2 岁之前就出现了纯 SPG。七名家庭成员是该变异的杂合子，除一名女性振动感觉亚临床减弱外，所有成员均无症状。汗等人（2014）得出结论，该家族中的 SPG3A 以常染色体隐性模式遗传。