类似 δ 的非规范缺口配体 1; DLK1

  • δ,果蝇,同源样 1
  • 前细胞因子 1;PREF1
  • 胎儿抗原1;FA1
  • pG2

HGNC 批准的基因符号:DLK1

细胞遗传学位置:14q32.2 基因组坐标(GRCh38):14:100,726,891-100,738,223(来自 NCBI)

▼ 描述

DLK1 是一种含有表皮生长因子(EGF; 131530) 重复序列的跨膜蛋白,可被 TACE(ADAM17; 603639) 裂解,生成具有生物活性的可溶形式。通过与纤连蛋白(FN1; 135600) 相互作用,可溶性 DLK1 激活整合素下游信号传导,从而激活 MEK(参见 176872)/ERK(参见 601795)、上调 SOX9(601860) 并抑制脂肪细胞分化(Wang et al., 2010)。

▼ 克隆和表达

Smas 和 Sul(1993) 在小鼠中克隆了一种称为前脂肪细胞因子 1 的脂肪细胞分化调节因子,它是表皮生长因子(EGF) 样蛋白家族的一个新成员。它被合成为具有 6 个串联 EGF 样重复序列的跨膜蛋白。在前脂肪细胞中,存在多种离散形式的 45 至 60 kD 的蛋白质产物,部分原因是 N-连接糖基化。虽然PREF1 mRNA在前脂肪细胞中丰富,但其表达在培养的前脂肪细胞向脂肪细胞分化期间完全消失。

赫尔曼等人(1987) 鉴定出 pG2,一种人类 cDNA,在嗜铬细胞瘤(肾上腺髓质神经内分泌肿瘤)中比在神经母细胞瘤(肾上腺髓质更不成熟的胚胎性肿瘤)中表达更高。在正常组织中,pG2 在肾上腺皮质中特异性高表达。李等人(1995) 指出,一些研究表明 pG2 表达水平与神经元或神经内分泌表型的诱导之间存在相关性。

拉博达等人(1993) 分离了编码一种蛋白质的人类和小鼠 cDNA,他们将其命名为 DLK(δ 样),因为它与果蝇神经源蛋白 δ 同源,而 δ 参与神经分化。预测的 383 个氨基酸的人类蛋白与小鼠 Dlk 具有 86% 的同一性。人和小鼠 DLK 均含有 6 个 EGF 样重复序列、一个跨膜区和一个信号肽结构域。Northern印迹分析显示DLK基因在具有神经内分泌特征的肿瘤中表达,例如神经母细胞瘤、嗜铬细胞瘤和小细胞肺癌细胞系的子集;然而,其在正常组织中的表达仅限于肾上腺和胎盘。作者认为 DLK 可能参与神经内分泌分化。

詹森等人(1994) 在妊娠中期从人羊水中分离出一种循环形式的胎儿抗原 1(FA1)。他们报告说 FA1 与 pG2 和 DLK 相同,并将 FA1 和 pG2 之间的序列差异归因于 DNA 测序错误。序列分析显示 FA1 的 N 端 23 个氨基酸定义了一个信号肽,这表明 FA1 是作为膜结合前体合成的,随后被切割以产生循环形式。Jensen 等人使用免疫荧光法(1994) 发现 FA1 与胰岛素共定位于朗格汉斯岛内 β 细胞的胰岛素分泌颗粒上。免疫组织化学实验表明,FA1 在 14 个神经内分泌肿瘤中的 10 个肺肿瘤和胎盘绒毛中表达。

李等人(1995)报道DLK、pG2和PREF1是同一基因的变异产物。他们指出,C. Smas 和 HS Sul 在个人交流中承认,小鼠 Dlk 和​​ Pref1 之间的主要分歧点是由于序列数据的误解。对多个人类 DLK cDNA 的序列分析表明,DLK mRNA 有多种变异形式。

梅等人(2002) 指出推导的全长小鼠 Pref1 蛋白具有 N 末端信号序列,随后是胞外结构域、跨膜结构域和短胞质尾。胞外结构域包含 6 个 EGF 样重复序列、一个近膜区域和 2 个蛋白水解加工位点。切割后,Pref1 释放包含所有 6 个 EGF 样重复的 50 kD 可溶性片段或仅包含 3 个 N 端 EGF 样重复的 25 kD 片段。Pregf1 的剪接变体编码 3 个额外的亚型,其中包含 EGF 样重复序列 6 和/或近膜区域的缺失。

道伯等人(2017) 测量了幼年野生型雄性小鼠的中基底层下丘脑(MBH) 和 2 个永生化小鼠细胞系 KTaR-1 和 KTaV-3 中的 Dlk1 表达,这两种细胞系分别源自弓状和前腹侧室周核中的 Kisspeptin 神经元。在小鼠MBH和两种细胞系中均检测到Dlk1表达水平显着高于HEK293细胞,并且MBH中的表达显着高于细胞系中。作者表示,这些发现进一步支持了 DLK1 在调节青春期时间方面的作用,可能是通过影响 Kisspeptin 信号传导。

通过荧光原位杂交作图,Gubina 等人(1999) 将 DLK1 基因定位到染色体 14q32。

▼ 基因功能

Mei 等人通过在 3T3-L1 细胞中表达 Pref1 的剪接变体和人工构建体,并将 3T3-L1 细胞暴露于来自转染 COS 细胞的条件培养基中(2002) 表明只有包含所有 6 个 EGF 样结构域的大可溶形式的 Pref1 才能抑制脂肪细胞分化。缺乏膜近端蛋白水解加工位点的 Pref1 的膜结合形式不会抑制脂肪生成。Pref1 的小可溶形式仅包含前 3 个 EGF 样重复序列,在抑制脂肪生成方面同样没有活性。

Wang 等人使用酵母 2-杂交分析和小鼠胚胎 cDNA 文库以及其他蛋白质相互作用测定(2010) 表明可溶性 Pref1 的胞外域和近膜区域与脂肪细胞分化抑制剂纤连蛋白的 C 末端相互作用。Pref1 介导的 3T3-L1 细胞分化抑制伴随着 Mek/Erk 信号传导、Sox9 的诱导以及整合素下游信号分子 Fak(PTK2; 600758) 和 Rac(RAC1; 602048) 的激活。纤连蛋白的敲低可阻止 Pref1 介导的分化抑制、Mek/Erk 激活和 Sox9 诱导。Pref1 介导的 Mek/Erk 激活因 Rac 敲低或显性失活 Rac 的强制表达而减弱。王等人(2010) 的结论是,通过与纤连蛋白相互作用,

穆勒等人(2014) 确定 DLK1 是运动神经元功能多样化的决定因素。DLK1 由大约 30% 的运动神经元表达,对于促进小鼠和雏鸡的快速生物物理特征是必要且充分的。DLK1 抑制 Notch 信号传导并激活钾离子通道亚基 KCNG4(607603) 的表达,以调节延迟整流电流。DLK1 失活使运动神经元全面转向缓慢的生物物理和转录组特征,同时消除峰值力输出。穆勒等人(2014) 的结论是,他们的发现为运动神经元功能多样性的发展及其对运动执行的贡献提供了见解。

Cleaton 等人使用来自怀孕结果预测研究的首次怀孕女性前瞻性队列的数据和样本(2016) 研究了 45 名产下小于胎龄(SGA) 婴儿的妇女,她们在妊娠 36 周左右采集了血浆样本。具有高阻力子宫和/或脐动脉血流和/或低腹围生长速度的 SGA 婴儿被定义为胎儿生长迟缓(FGR),而没有这些特征的婴儿被指定为具有“健康”SGA。与匹配对照相比,拥有“健康”SGA 婴儿的女性的 DLK1 水平没有显着差异,而拥有 FGR 婴儿的女性相对于对照,其 DLK1 水平在统计学上显着降低(p 小于 0.0001)。对 FGR 定义参数的分析表明,在存在高阻力脐动脉血流(p 小于 0.0001)或低腹围生长速度(p 小于 0.007)的情况下,DLK1 浓度与 SGA 之间存在非常强的相关性。使用队列的随机样本作为对照,通过接受者操作特征(ROC)曲线分析证实了这些关联;最强的关联再次是 SGA 与高阻脐动脉血流的结合。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,DLK1 测量可能在临床上有助于区分健康的 SGA 婴儿和病理性较小的婴儿。0001)或腹围生长速度低(p小于0.007)。使用队列的随机样本作为对照,通过接受者操作特征(ROC)曲线分析证实了这些关联;最强的关联再次是 SGA 与高阻脐动脉血流的结合。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,DLK1 测量可能在临床上有助于区分健康的 SGA 婴儿和病理性较小的婴儿。0001)或腹围生长速度低(p小于0.007)。使用队列的随机样本作为对照,通过接受者操作特征(ROC)曲线分析证实了这些关联;最强的关联再次是 SGA 与高阻脐动脉血流的结合。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,DLK1 测量可能在临床上有助于区分健康的 SGA 婴儿和病理性较小的婴儿。

DLK1 的印记

Dlk1 和 Gtl2(605636) 是位于小鼠 12 号染色体上相距 80 kb 的相互印记基因。该结构域与已充分表征的 Igf2/H19 基因座(参见 103280)的结构域之间存在相似性(Wylie 等,2000)。高田等人(2002) 描述了小鼠两个亲本等位基因上 Dlk1/Gtl2 结构域的详细甲基化分析。与 Igf2/H19 结构域一样,差异甲基化区域在父系等位基因上高甲基化,在母系等位基因上低甲基化。鉴定出三个差异甲基化区域(DMR),每个区域具有不同的表观遗传特征。一个 DMR 是基因间的,包含串联重复,并且是唯一从种系继承父系甲基化标记的区域。内含子 DMR 包含保守的假定 CTCF(604167) 结合域。

林等人(2003) 研究了基因间种系衍生的 DMR(IG-DMR),这是小鼠 12 号染色体远端印记结构域的候选控制元件。他们表明,从母系遗传染色体上删除 IG-DMR 会导致簇中所有基因的印记双向丢失。当删除从父亲那里传递时,印记不会改变。这些结果证明IG-DMR仅是母体染色体上所有印记基因的控制元件,并表明2条亲本染色体以不同方式控制等位基因特异性基因表达。

在小鼠中,Dlk1 由父系遗传的染色体表达。费龙等人(2011) 表明,缺乏 Dlk1 的小鼠在出生后脑室下区神经发生方面存在缺陷:这是一个发育连续体,导致嗅球中成熟神经元的消耗。DLK1 由微环境星形胶质细胞分泌,而其膜结合亚型存在于神经干细胞中,并且是分泌的 DLK1 对自我更新的诱导作用所必需的。值得注意的是,费伦等人(2011) 发现 DLK1 需要从母系和父系遗传的染色体中表达。神经干细胞和小生境星形胶质细胞中 Dlk1 印记的选择性缺失与出生后种系来源的印记控制区域获得 DNA 甲基化有关。结果强调了神经干细胞和微环境中的星形胶质细胞之间的分子关系,确定了由单个基因编码的信号系统,该系统在两种细胞类型中协调发挥作用。费龙等人(2011)提出,干细胞环境中基因组印记的调节为生态位的建立和维持增加了新水平的表观遗传调控,提出了关于印记在特定发育环境中的适应性、功能和进化的更广泛的问题。

马丁内斯等人(2016) 对新生儿包皮中携带 DLK1 和 DIO3(601038) 外显子序列中的 SNP 的 cDNA 进行了焦磷酸测序分析,并对来自已知 DIO3 SNP 亲本来源的成年男性皮肤样本中的 cDNA 进行了 PCR。他们发现,DLK1和DIO3在新生儿包皮中均表现出来自父本等位基因的高度单等位基因表达,而在成人皮肤样本中优先表达的DIO3等位基因是从母亲遗传的。

▼ 细胞遗传学

Dauber 等人在 5 名患有中枢性性早熟(CPPB;见 176290)的女性中,包括 2 名姐妹、她们的 2 名同父异母的表姐妹、以及她们的祖母,她们来自非洲血统的巴西家庭,其中与含有 MKRN3 基因(603856) 的基因组区域的连锁已被排除(2017) 鉴定了 14 号染色体上大约 14 kb 的缺失(chr14:101,180,303-101,194,231) 的杂合性,该缺失涵盖了 DLK1 基因的整个第一个外显子,包括翻译起始位点。桑格测序显示,DLK1 内含子 3 的 269 个片段已被复制并插入到基因组缺失的末端之间。DLK1 重排的分离分析遵循印记模式,两个未受影响的携带者父亲以完全外显的方式将重排传递给其受影响的女儿。所有 5 名受影响个体的血清 DLK1 水平均检测不到。对另外 19 名无关的 CPPB 患者(其中 MKRN3 基因突变已排除)的 DLK1 基因分析显示没有突变或缺失。道伯等人(2017) 指出,MKRN3 和 DLK1 都是父系表达的印记基因,据报道,这两个基因附近的常见 SNP 在父系遗传时会影响一般人群的初潮时间。

▼ 分子遗传学

母本和父本 14 号染色体单亲二倍体(UPD14) 的临床表型是独特的,归因于印记基因的失调。母体 UPD14 是来自母亲的两条染色体同源物的遗传,没有来自父亲的贡献,其特征是产前和产后生长迟缓、肌张力低下、关节松弛、运动迟缓、青春期提前以及面部、手和脚的轻微畸形特征(Sutton 和 Shaffer,2000)。父亲 UPD14 具有更严重的表现,包括羊水过多、胸廓和壁异常缺陷、生长迟缓、严重发育迟缓和特征性畸形(Sutton 和 Shaffer,2000)。坦普尔等人(2007) 介绍了一位具有母体 UPD14 临床特征的患者,包括生长迟缓、肌张力低下、脊柱侧弯、小手和小脚,青春期晚期,父亲的 IG-DMR 甲基化缺失,但没有母亲 UPD14 的证据。怀疑父系等位基因 14q32 IG-DMR 发生甲基化突变,导致 DLK1 表达降低。该病例支持了以下假设:母体 UPD14 表型是由于 14q32 印记域内的异常基因表达所致。

人类染色体 14q32.2 携带一组印记基因,包括父系表达基因(PEG),如 DLK1 和 RTL1(611896),母系表达基因(MEG),如 MEG3(605636)、RTL1 反义(RTL1as) 和 MEG8,以及基因间差异甲基化区域(IG-DMR) 和 MEG3-DMR。与此一致的是,14 号染色体的父本和母本单亲二体性导致了不同的表型。加贺美等人(2008) 研究了 8 个具有 14 号染色体父系单亲二体性(upd(14)pat 样)表型的个体和 3 个在 14 号染色体上不存在实际单亲二体性的情况下具有 upd(14)mat 样表型的个体。作者鉴定了影响印记区域的各种缺失和表观突变。结果与小鼠数据一起,

基于绵羊同源区域的证据,Wermter 等人(2008)分析了 1,025 个由父母和极度肥胖后代组成的法国和德国三人家庭中包含 DLK1 基因的 109 kb 区域中的 32 个多态性,并在 DLK1 基因的外显子 5 中发现了一个与儿童和青少年肥胖相关的同义 CT SNP(rs1802710)。等位基因传递模式的分析与极性超优势一致。当忽略传递等位基因的亲本起源时,传递不平衡测试没有显示与肥胖有连锁或等位基因关联的证据。然而,基于父母起源的分层显示,父系 C 等位基因更频繁地遗传给肥胖儿童,但与参考基因型相比,纯合C/C基因型携带者的相对风险并未增加。韦尔姆特等人(2008) 指出,这是人类极性过度优势的第一个证据,但指出 rs1802710 位于连锁不平衡块的边缘,并且沉默 CT SNP 的功能相关性尚不清楚。

有关 DLK1 基因变异与 1 型糖尿病之间可能关联的讨论,请参阅 222100。

佩里等人(2014) 使用全基因组和定制基因分型阵列对 57 项研究中的多达 182,416 名欧洲血统女性进行了荟萃分析,并发现了与初潮年龄相关的 106 个基因组位点的 123 个信号的有力证据(p 小于 5 x 10(-8))。许多基因座与两性的其他青春期特征相关,并且与体重指数和各种疾病(包括罕见的青春期疾病)有关的基因有大量重叠。初潮信号在印记区域丰富,有 3 个位点(DLK1-WDR25, 618059;MKRN3, 603856-MAGEL2, 605283;和 KCNK9, 605874),证明亲本来源特异性关联与已知亲本表达模式一致。佩里等人(2014) 在染色体 14q32 上识别出 2 个孤立信号,rs10144321 和 rs7141210,该区域含有相互印记基因 DLK1 和 MEG3,分别表现出父本特异性或母本特异性表达。对于这两个信号,父系遗传的等位基因均与初潮年龄增加相关(rs10144321,p(pat) = 3.1 x 10(-5);rs7141210,p(pat) = 2.1 x 10(-4)),但母系遗传的等位基因则不然。

▼ 动物模型

Cockett 等人(1996) 研究了患有和不患有“callipyge”肌肉肥大的绵羊的遗传模式,发现 callipygic 表型的特征是非孟德尔遗传模式,他们将其称为“极性过度优势”。遗传了父本 callipyge 突变的杂合个体表达了该表型,而从父母双方继承了推定突变的后代则没有表现出肌肉肥大,这表明突变母本等位基因的“失活”主导了突变父本等位基因的“激活”。

弗雷金等人(2002) 分析了绵羊 18 号染色体上的 callipyge 基因座,该基因座与人类 14 号染色体上已知发生印记的 DLK1 区域同源,并鉴定了一个与 callipygic 表型分离的单个杂合碱基位置,其模式与极性超优势一致。该变化位于小鼠、绵羊、牛和人类之间的高度同源性区域,但不在任何先前识别的转录本中。

李等人(2003) 产生了仅在脂肪组织中表达与 Pref1 大裂解产物相对应的完整胞外域的转基因小鼠,并发现它们的脂肪垫总重量显着减少。转基因小鼠的脂肪组织显示脂肪细胞标记物和脂肪细胞分泌因子的表达减少,而前脂肪细胞标记物Pref1表达增加。脂肪组织大量减少的 Pref1 转基因小鼠表现出高甘油三酯血症、糖耐量受损和胰岛素敏感性降低。仅在肝脏中表达转基因的小鼠也显示出脂肪量和脂肪细胞标记物表达的减少,表明 Pref1 的内分泌作用模式。李等人。

克莱顿等人(2016) 分析了 Dlk1 缺失小鼠和“Mat”母系杂合小鼠(母系等位基因缺失和野生型父系等位基因)。至少从胚胎第 18.5 天开始,Dlk1 缺失的胚胎表现出尺寸减小,骨骼长度和瘦体重减少。12周时,与表达Dlk1的雌性相比,未处女的雌性腹部白色脂肪组织(WAT)和瘦素水平增加,肌肉质量减少。此外,作者观察到,在小鼠怀孕的前 2 周内,血浆 Dlk1 水平增加了约 5 倍。对母体、孕体或两者都无法表达 Dlk1 的小鼠杂交中母体血浆 Dlk1 水平的连续测量表明,只有当孕体保留表达 Dlk1 的能力时,才在母体血浆中检测到高水平的 Dlk1。进一步的实验表明,胎儿,而不是胎盘,是母体循环 Dlk1 的来源。在自身发育过程中缺乏 Dlk1 的女性在怀孕期间获得的脂肪组织也较少,这表明母体 Dlk1 的缺失限制了怀孕期间脂肪的可塑性;源自conceptus的Dlk1没有改变任何身体成分参数。禁食后,没有妊娠诱导 Dlk1 产生的裸雌性动物无法提高其循环酮水平,并且尽管胰岛素水平正常,但血糖相对较高。他们也没有显示 Hmgcs2(600234) 的肝脏表达增加,Hmgcs2(600234) 是生酮途径中的限速酶,在循环 Dlk1 的无效母亲中观察到这一点。此外,与循环 Dlk1 的无效母体相比,无效母体的总胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇没有经历同样程度的降低。这些发现表明,怀孕期间 Dlk1 水平未能升高会阻碍母体正常的代谢适应。对生长激素(GH; 139250) 水平的分析显示,在完全缺乏 Dlk1 的妊娠中,与野生型小鼠的 13 倍升高相比,完全缺乏 Dlk1 的妊娠仅升高了 3 倍,而 Gh 内分泌调节剂(如雌二醇和皮质酮)没有改变,并且垂体 Gh mRNA 水平正常。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,母体血浆 Dlk1 水平没有因受孕而增加的妊娠已经改变了燃料代谢,这可能部分是由于 Gh 释放受损所致。这些发现表明,怀孕期间 Dlk1 水平未能升高会阻碍母体正常的代谢适应。对生长激素(GH; 139250) 水平的分析显示,在完全缺乏 Dlk1 的妊娠中,与野生型小鼠的 13 倍升高相比,完全缺乏 Dlk1 的妊娠仅升高了 3 倍,而 Gh 内分泌调节剂(如雌二醇和皮质酮)没有改变,且垂体 Gh mRNA 水平正常。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,母体血浆 Dlk1 水平没有因受孕而增加的妊娠已经改变了燃料代谢,这可能部分是由于 Gh 释放受损所致。这些发现表明,怀孕期间 Dlk1 水平未能升高会阻碍母体正常的代谢适应。对生长激素(GH; 139250) 水平的分析显示,在完全缺乏 Dlk1 的妊娠中,与野生型小鼠的 13 倍升高相比,完全缺乏 Dlk1 的妊娠仅升高了 3 倍,而 Gh 内分泌调节剂(如雌二醇和皮质酮)没有改变,且垂体 Gh mRNA 水平正常。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,母体血浆 Dlk1 水平没有因受孕而增加的妊娠已经改变了燃料代谢,这可能部分是由于 Gh 释放受损所致。不改变 Gh 内分泌调节因子(例如雌二醇和皮质酮),并且垂体 Gh mRNA 水平正常。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,母体血浆 Dlk1 水平没有因受孕而增加的妊娠已经改变了燃料代谢,这可能部分是由于 Gh 释放受损所致。不改变 Gh 内分泌调节因子(例如雌二醇和皮质酮),并且垂体 Gh mRNA 水平正常。克莱顿等人(2016) 得出的结论是,母体血浆 Dlk1 水平没有因受孕而增加的妊娠已经改变了燃料代谢,这可能部分是由于 Gh 释放受损所致。