配对样同源域转录因子 1; PITX1

• 垂体同源框 1；PTX1
• 后脚，鼠，同源；BFT
• 垂体 OTX染色体连锁因子；POTX

HGNC 批准的基因符号：PITX1

细胞遗传学位置：5q31.1 基因组坐标（GRCh38）：5:135,027,733-135,034,227（来自 NCBI）

▼ 克隆和表达

Lamonerie 等人（1996） 基于小鼠转录因子基因 Ptx1 激活垂体原阿黑皮素基因（176830） 转录的能力，克隆并表征了该基因。Ptx1 属于 bicoid 相关脊椎动物同源基因基因的一个不断扩大的家族（参见 PITX2；601542）。这些基因，就像它们的果蝇同源基因一样，似乎在前部结构的发育中发挥着作用，特别是大脑和面容的发育。

克劳福德等人（1997） 克隆并测序了人类 PTX1。推导的 316 个氨基酸的人类蛋白包含一个 N 端同源结构域，后面是 2 个 PTX 家族基序和一个保守的 14 个氨基酸基序。小鼠和人类 PTX1 蛋白在同源域中具有 100% 的同一性，并且在 N 端和 C 端区域分别具有 88% 和 97% 的保守性。

PTX1、PTX2 和 PTX3（602669） 基因定义了一个新的转录因子家族，即 PTX 亚家族，属于配对类同源域因子。在小鼠中，Ptx1 和 Ptx2 基因表达已在垂体原基区域中检测到，并在 Rathke 囊和成人垂体的整个发育过程中得以维持。Pellegrini-Bouiller 等人使用 Northern 印迹分析（1999） 在成人和胎儿正常人垂体中检测到 2.5-kb PTX1 转录本。

▼ 基因结构

Crawford 等人（1997）确定PITX1基因含有3个外显子。第一个外显子的开放解读码组包含一个三核苷酸重复序列（GCC）5。小鼠和人类 PITX1 之间的内含子/外显子边界是保守的。

▼ 测绘

克劳福德等人的地图（1997） 通过种间回交将小鼠 Ptx1 基因定位到 13 号染色体的中央区域，该区域与人类 5q 具有同线性同源性。荧光原位杂交将人类基因定位在 5q31 上。由于早期发育过程中 Ptx1 的颅面表达模式，Crawford 等人（1997） 认为它可能与 Treacher Collins 综合征有关（TCS; 154500）。然而，TCS 定位在 5q32-q33.1 中距离人类 Ptx1 同源物稍远。此外，还发现一个单独的基因（TCOF1）携带 TCS 致病突变；它的小鼠同源物位于 18 号染色体上，而不是 13 号染色体上。

Shang 等人使用体细胞杂交分析、辐射杂交分析和 YAC 重叠群作图（1997） 将人类 BFT 基因定位于 5q22-q31。通过体细胞杂交和种间回交分析，他们将小鼠 Bft 基因定位到 13 号染色体的中央部分，靠近“矮胖”和“mdac”基因座，这些基因座是导致肢体发育异常的突变基因。作者表示，小鼠 Bft 在发育过程中的时间和空间表达模式表明，它在指定后肢的身份或结构方面发挥着作用。

为了确定自然群体骨盆缩小背后的遗传变化的数量和类型，Shapiro 等人（2004） 在具有完整或缺失骨盆结构的三刺棘鱼（Gasterosteus aculeatus） 之间进行了遗传杂交。全基因组连锁图谱表明骨盆缩小是由 1 个主要和 4 个次要染色体区域控制的。Pitx1 对应到控制骨盆大小大部分变化的主要染色体区域。骨盆缩小的鱼表现出与 Pitx1 敲除小鼠相同的左右不对称性，但没有表现出 Pitx1 蛋白序列的变化。相反，骨盆减少的刺鱼在 Pitx1 表达中表现出位点特异性的调节变化，骨盆和尾鳍前体的表达减少或缺失。夏皮罗等人。

▼

使用 Northern 印迹分析的基因功能，Pellegrini-Bouiller 等人（1999） 在检查的所有 60 个人类垂体腺瘤中检测到相似水平的 PTX1 表达。

斯凯利等人（2000） 研究了 PITX1 和 PROP1（601538） 在一系列 34 个垂体腺瘤中的表达，这些垂体腺瘤的体外激素分泌和组织学染色得到了充分表征。在研究的34个垂体腺瘤中，与6个促肾上腺皮质激素腺瘤中的看家基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶（138400）相比，PITX1表达降低了50%以上，α亚基的产生也显着减少。在所有 34 个垂体腺瘤中均检测到 PROP1 表达，其中包括 6 个促肾上腺皮质激素腺瘤和 5 个促性腺激素腺瘤。

Pitx1 和 Tbx4（601719） 编码在整个后肢发育过程中表达的转录因子，但在前肢芽中不表达。Logan 和 Tabin（1999） 将携带 Pitx1 的逆转录病毒载体注射到鸡胚胎的翼区。鸡翅芽中 Pitx1 的错误表达诱导 Tbx4 以及 HoxC10（605560） 和 HoxC11（605559） 的远端表达，这些表达通常仅限于后肢表达域。Pitx1错误表达的翼芽发育成具有后肢某些形态特征的四肢：弯曲度改变为通常在腿中观察到的，手指的相对大小和形状更像脚趾，肌肉模式转变为腿的肌肉模式。Tbx5（601620） 的表达通常仅在前肢表达，但不会因 Pitx1 错误表达而改变。

面肩肱型肌营养不良症（FSHD; 158900） 是一种常染色体显性遗传疾病，与 4q 染色体亚端粒区域 D4Z4 重复序列的收缩有关。Dixit 等人通过比较 FSHD 患者肌肉活检和其他 11 种神经肌肉疾病患者肌肉活检的全基因组表达谱（2007） 鉴定了 5 个基因，包括 PITX1，在 FSHD 患者中特异性上调。DUX4（606009） 位于 D4Z4 单位内，其表达在 FSHD 成肌细胞中的 mRNA 和蛋白质水平上调。DUX4 激活与 PITX1 启动子融合的报告基因和 DUX4 转染的 C2C12 小鼠成肌细胞中内源性 Pitx1 的表达。在电泳迁移率变动分析中，DUX4 与 PITX1 启动子中包含保守 TAAT 核心基序的 30 bp 序列特异性相互作用。

齐等人（2011） 发现小鼠和人类 PITX1 通过直接结合 TERT（187270） 基因启动子区域中的特定 PITX1 结合位点并抑制 TERT 表达，从而下调黑色素瘤细胞系中的端粒酶活性。小鼠和人 TERT 的启动子区域均包含 3 个推定的 PITX1 结合位点。所有 3 个位点在人类中均具有功能，但只有 1 个位点在小鼠中具有功能。免疫组织化学分析显示，与邻近的正常胃粘膜相比，16 例人胃腺癌中 70% 的 PITX1 染色较低。

Kragesteen 等人通过分析小鼠胚胎后肢发育中的 Pitx1 表达（2018） 证明了 Pitx1 监管环境中存在泛肢监管要素。对携带 Pitx1 缺失突变体的小鼠的分析表明，正常的后肢特异性 Pitx1 表达需要一个在前肢和后肢均具有强活性的泛肢增强子（Pen）。对小鼠胚胎中 Pitx1 基因座局部染色质结构的检查表明，前肢和后肢染色质结构的 2 种不同状态使 Pitx1 维持在活性或非活性状态。发育组织中 Pitx1 位点的 3 维（3D） 染色质折叠特征表明，组织特异性 3D 染色质结构控制 Pen 和 Pitx1 相互作用。在前肢，Pitx1 在物理上与 Pen 断开，因此在前肢中没有表达。在后肢中，Pitx1 与 Pen 非常接近，可以相互作用，因此在后肢中表达。Pitx1 的这种后肢特异性活性 3D 染色质折叠和转录受到多种因素的控制，包括同源框 C 簇基因。一致地，小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调节景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。未在前肢表达。在后肢中，Pitx1 与 Pen 非常接近，可以相互作用，因此在后肢中表达。Pitx1 的后肢特异性活性 3D 染色质折叠和转录受多种因素控制，包括同源框 C 簇基因。一致地，小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调节景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。未在前肢表达。在后肢中，Pitx1 与 Pen 非常接近，可以相互作用，因此在后肢中表达。Pitx1 的这种后肢特异性活性 3D 染色质折叠和转录受到多种因素的控制，包括同源框 C 簇基因。一致地，小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调控景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。Pitx1 的后肢特异性活性 3D 染色质折叠和转录受多种因素控制，包括同源框 C 簇基因。一致地，小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调节景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。Pitx1 的后肢特异性活性 3D 染色质折叠和转录受多种因素控制，包括同源基因 C 簇基因。一致地，小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调节景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调节景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。小鼠四肢中 Pitx1 位点构象的组织特异性扰动导致异位 Pitx1-Pen 相互作用、Pitx1 转录内激活和肢体畸形。携带类似于人类 Liebenberg 综合征（186550） 缺失的突变的小鼠（参见分子遗传学）表现出 Pitx1 调节景观的错误折叠，导致 Pen 和 Pitx1 之间的异位前肢相互作用以及类似 Liebenberg 综合征的表型。

▼ 分子遗传学

先天性马蹄内翻足，伴或不伴长骨缺陷和/或镜像多指畸形

Gurnett 等人在一个 5 代家庭的受影响成员中分离出马蹄内翻足和各种其他下肢异常（119800）（2008） 发现了 PITX1 基因中的错义突变（602149.0001）。除了 8 名受影响的突变阳性个体外，家族中还有 5 名未受影响的女性携带者。

克洛波茨基等人（2012） 对 8 名患有高度多指畸形和/或胫骨半肢畸形但上肢发育正常的个体进行了 PITX1 基因测序，并鉴定了 1 名患者 PITX1 基因（602149.0002） 外显子 3 中 35 bp 缺失的杂合性。

利本贝格综合症

Spielmann 等人在 3 个分离常染色体显性利本贝格综合征（LBNBG; 186550） 的家族中，这是一种上肢畸形，表现出同源异形肢体转化的特征，其中手臂获得了腿部的形态特征（2012） 鉴定了 3 个不同的基因组重排（分别是 2 个大缺失和一个染色体 5;18 易位），将 3 个假定的增强子元件重新定位到 PITX1 基因附近。作者证明，所有 3 个元件在小鼠胚胎中都具有前肢特异性活性，并且转基因 hs1473-Pitx1 小鼠在胚胎第 15.5 天表现出 Pitx1 错误表达的特征，并伴有前肢到后肢的转变（参见动物模型）。斯皮尔曼等人。

Kragesteen 等人在一名意大利妇女和她的 2 个患有轻度利本贝格综合征的儿子中进行了研究（2019） 发现了一个横跨 H2AFY 基因非编码第一个外显子的 8.5 kb 缺失，该缺失与家族中的疾病分离。作者在小鼠中使用 CRISPR-Cas9 工程，证明 H2afy 基因的启动子将前肢中的 Pitx1 增强子 Pen 与 Pitx1 隔离，而 H2afy 启动子的缺失会导致 Pen 增强子的泛肢活性导致 Pitx1 的错误表达。Pitx1 mRNA的水平决定了小鼠表型的严重程度，作者认为这可能发生在人类Liebenberg表型中，即Pen与PITX1的线性关系越接近，手臂向腿的转变就越完整。

▼ 进化

Chan 等人（2010） 表明，不同自然三刺刺鱼种群的骨盆丢失是通过删除 Pitx1 基因的组织特异性增强子的调控突变而发生的。Pitx1 缺失突变的高发生率可能受到该位点固有结构特征的影响。尽管 Pitx1 缺失突变对实验动物来说是致命的，但 Pitx1 调节突变在骨盆减少的种群中显示出正选择的分子特征。陈等人（2010） 得出的结论是，他们的研究说明了自然群体中的单次突变跳跃如何产生主要的表达和形态变化，通过关键发育控制基因的反复调节改变产生新的适应性等位基因。

▼ 动物模型

司徒等人（1999）发现Pitx1缺失的小鼠在后肢的形态发生和生长方面表现出显着的异常，导致肢体表现出胫骨和腓骨的结构变化以及髌骨和近跗骨的模式改变，导致后肢与相应的前肢结构更加相似。Pitx1 基因的缺失导致后肢特异性标记物 Tbx4 的远端表达减少。Pitx1缺失的小鼠还表现出2种腹侧垂体前叶细胞类型和1种背侧垂体前叶细胞类型的相互异常，这可能是基于其与其他转录因子的协同功能，以及第一鳃弓衍生物的缺陷，包括腭裂，表明这些器官中存在类似于后肢中观察到的增殖缺陷。

通过基因打靶和转基因方法，Minguillon 等人（2005） 检查了 Tbx4 和 Pitx1 拯救 Tbx5 敲除仅限于四肢的突变小鼠的无前肢表型的能力。Tbx4 可以取代 Tbx5 并挽救肢体生长，但 Pitx1 不能。与之前的小鸡错误表达研究相反，Tbx4 拯救的四肢具有前肢样表型，这表明 Tbx4 单独并不决定后肢形态，并且前肢特征可以在没有 Tbx5 的情况下发展。为了确定 Pitx1 在定义后肢特征中的作用，Minguillon 等人（2005） 将前肢靶向的 Pitx1 引入表达内源性 Tbx5 的小鼠和由 Tbx4 拯救的突变小鼠中。在这两种情况下，前肢靶向的 Pitx1 表达导致部分前肢到后肢的转变，

阿尔瓦拉多等人（2011） 生成了 Pitx1 +/- 小鼠，并在 225 只 Pitx1 +/- 小鼠中的 20 只中观察到马蹄内翻足样异常，外显率为 8.9%。20 只受影响的小鼠中有 16 只患有单侧马蹄内翻足，左右肢同样受到影响。腓动脉发育不全发生在马蹄足肢体中，并在空间上与小的外侧肌肉室相对应。胫骨和腓骨的骨量也减少。与野生型相比，Pitx1 -/- 后肢芽在胚胎第 12.5 天时骨骼肌基因表达显着降低，表明肌肉发育不全是由于早期肌肉发育异常而不是废用性萎缩所致。阿尔瓦拉多等人（2011） 的结论是 PITX1 单倍体不足可能导致发育区域缺陷，优先影响小腿外侧。

斯皮尔曼等人（2012） 生成了单拷贝 hs1473-Pitx1 转基因小鼠，并观察到在胚胎第 15.5 天，突变小鼠表现出 Pitx1 错误表达的特征，导致前肢到后肢的转变。小鼠表现出鹰嘴缺失，从而重现了利本贝格综合征的人类表型（186550）。仅存在 1 块 zeugopod 骨头。肱骨远端头更类似于股骨远端，单个zeugopodal元件的近端头的形状类似于胫骨近端的形状。两个手指缺失，剩下的指趾 I 有 2 个指骨，并与指趾 II 的掌骨融合。腕骨融合形成形状与后肢跟骨相似的结构。

▼ 等位基因变异（2 个选定示例）：

.0001 马蹄内翻足，先天性，伴或不伴长骨缺陷和/或镜像多趾症
PITX1、GLU130LYS
在一个 5 代家庭的受影响成员中，孤立出不对称的右侧主要马蹄内翻足（119800），Gurnett 等人（2008） 鉴定了 PITX1 基因中的 388G-A 转变，导致该蛋白质的高度保守的同源结构域中由 glu130 到 lys（E130K） 取代。该突变也存在于 2 名测试的专性携带者中，而在 500 名对照受试者中不存在。先证者患有双侧马蹄内翻足、双侧足轴前多指畸形和右侧胫骨半肢畸形。另外五名家庭成员患有马蹄内翻足。除先证者外，没有人患有多指或胫骨半肢畸形。一些家庭成员患有其他下肢畸形，包括髌骨发育不全、斜距骨（表现为扁平足）和发育性髋关节发育不良。

.0002 先天性马蹄内翻足，有或没有长骨缺陷和/或镜像多指畸形
PITX1，35-BP DEL，NT765
在患有双侧轴前多指畸形、马蹄内翻足和右侧胫骨半肢畸形的婴儿中（119800），Klopocki 等人（2012） 鉴定了 PITX1 基因外显子 3 中 35 bp 缺失（765_799del） 的杂合性，预计会导致移码和添加 303 个氨基酸（Ala256ArgfsTer303），导致蛋白质 C 末端部分丢失，包括 14 个氨基酸的 OAR 结构域。在未受影响的母亲或 400 条对照染色体中未发现该突变；无法获得父亲的 DNA。