脱氧鸟苷激酶; DGUOK

  • 脱氧鸟苷激酶、线粒体;DGK

HGNC 批准的基因符号:DGUOK

细胞遗传学定位:2p13.1 基因组坐标(GRCh38):2:73,926,826-73,958,960(来自 NCBI)

▼ 描述

嘌呤脱氧核糖核苷类似物广泛用于治疗淋巴增殖性疾病。这些化合物作为前药施用,其功效取决于细胞内磷酸化为相应的三磷酸盐。在哺乳动物细胞中,嘌呤脱氧核糖核苷的磷酸化主要由 2 种脱氧核糖核苷激酶介导:胞质脱氧胞苷激酶(DCK;EC 2.7.1.74;125450)和线粒体脱氧鸟苷激酶(DGK;EC 2.7.1.113)。

▼ 克隆与表达

Johansson 和 Karlsson(1996) 使用人类 DCK cDNA 序列来寻找同源 cDNA 序列,试图鉴定新的 DCK 相关酶。在GenBank序列数据库中发现了几个与人DCK DNA序列同一性为40%~50%的cDNA克隆,其中具有最长开放解读码组的cDNA在大肠杆菌中表达。发现该蛋白质具有与纯化的天然 DGK 相同的底物特异性。此外,N 端序列包含可能的线粒体易位信号。Johansson 和 Karlsson(1996) 认为 DCK 可能仅存在于细胞质中,而 DGK 仅存在于线粒体中。假定的线粒体易位信号将通过在假定的线粒体肽酶裂解位点处的裂解而被去除,从而得到大小为 28 kD 的成熟蛋白质。Northern 印迹分析检测到 1。3-kb DGK 转录物,未与 2.8-kb DCK mRNA 交叉杂交。在所有研究的组织中均检测到 DGK mRNA,其中肌肉、脑、肝脏和淋巴组织中表达水平最高。

▼ 分子遗传学

线粒体DNA缺失综合征3(肝脑型)

曼德尔等人(2001) 使用德鲁兹起源的 3 个家族的纯合性作图,将肝脑型线粒体 DNA 耗竭综合征(MTDPS3; 251880) 对应到染色体 2p13 上 6.1 cM 的区域。该区间包含 DGUOK 基因。他们在 DGUOK 基因中发现了一个 1 bp 缺失(601465.0001),该缺失与所研究的 3 个亲属中的疾病分离。受影响的个体早期出现进行性肝衰竭和神经系统异常、低血糖和体液乳酸升高。受影响的组织表现出 mtDNA 编码的呼吸链复合物(I、III、IV 和 V)活性降低和 mtDNA 耗竭。蛋白质印迹分析未能检测到受影响者肝脏中的 DGK 蛋白。mtDNA 合成的脱氧核糖核苷酸(dNTP) 主要供应来自 DGK 和胸苷激酶 2(TK2; 188250) 启动的挽救途径。mtDNA 耗竭与突变 DGUOK 的关联表明,挽救途径酶参与维持线粒体 dNTP 池的平衡。

塔安曼等人(2003) 研究了 Taanman 等人描述的患者的成纤维细胞(2002),DGUOK 基因中的 arg105-to-ter 取代是纯合子(R105X;601465.0002)。尽管在对照成纤维细胞中线粒体DNA合成与细胞周期无关,但在脱氧鸟苷激酶缺陷细胞中线粒体DNA合成主要发生在S期。与这一观察结果一致,呈指数增长的脱氧鸟苷激酶缺陷细胞的 mtDNA 含量仅受到轻微影响。然而,当循环受到血清剥夺抑制且细胞处于静息状态时,脱氧鸟苷激酶缺陷细胞中的线粒体DNA含量显着下降,但对照成纤维细胞中的线粒体DNA含量保持稳定。静息时线粒体DNA含量下降,

塔迪博伊纳等人(2005) 报道了 3 名患有与胱硫醚尿相关的肝脑 mtDNA 耗竭综合征的患者。所有 3 名儿童的 DGUOK 基因突变(D255Y; 601465.0007) 均为纯合子,但胱硫醚伽马裂解酶基因(CTH; 607657) 没有突变,表明肝脑形式的 mtDNA 耗竭综合征可能与继发性胱硫醚尿症相关。

伴有线粒体 DNA 缺失的常染色体隐性进行性眼外肌麻痹 4

Ronchi 等人在 6 名患有成人发病常染色体隐性进行性外眼肌麻痹 4(PEOB4; 617070) 的患者中,包括 2 名同胞(2012) 鉴定了 DGUOK 基因中的复合杂合突变(601465.0008; 601465.0010-601465.0015)。其中一名患者也具有 MTDPS3 的特征。这些突变是通过靶向外显子组测序发现并通过标准测序确认的,包括错义突变和截短突变。患者的骨骼肌显示 mtDNA 缺失以及 DGUOK 的蛋白质水平和活性降低。这些发现扩大了与 DGUOK 突变相关的表型。在这项研究中,90名骨骼肌线粒体DNA缺失的先证者中,DGUOK突变占5.6%。

非肝硬化门脉高压 1

Vilarinho 等人在来自 2 个不相关的土耳其近亲家庭的 3 名患有非肝硬化门静脉高压症 1(NCPH1; 617068) 的患者中(2016) 鉴定了 DGUOK 基因中的纯合错义突变(N46S; 601465.0008)。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的,在两个家族中都与该疾病分离。

▼ 动物模型

周等人(2019) 发现 Dguok -/- 小鼠出生时表现正常,但在第 6 周开始体重减轻,脂肪组织减少,肝脏、肾脏和心脏的相对重量在第 8 周显着升高。皮毛颜色从第 16 周开始从黑色变为蓝灰色,并在第 20 周完成。Dguok -/- 小鼠的肝脏、大脑、心脏和骨骼肌显示线粒体 DNA(mtDNA) 缺陷,其中肝脏受影响最严重。肝脏线粒体超微结构异常,mtDNA 编码的 CoxI(MTCO1; 516030) 和 Nd1(MTND1; 516000) 表达减少。线粒体功能障碍导致肝损伤、皮下脂肪减少、肝组织中脂褐素积累,氧化应激增加。

▼ 等位基因变异体(15 个选定示例):.

0001 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK、1-BP DEL、204A
Mandel 等人在 3 个不相关的以色列德鲁兹家族的受影响成员中患有线粒体 DNA 耗竭综合征 3(MTDPS3;251880),表现为肝脏和大脑受累(2001) 在 DGUOK 基因中鉴定出纯合 1-bp 缺失(204delA),预计会导致密码子 80 处的移码和提前终止。所有父母均携带该突变,未受影响的同胞要么是野生型等位基因的携带者,要么是纯合子。受影响成员3个,共19人。死亡通常发生在一岁之前。含有 mtDNA 编码亚基的线粒体呼吸链复合物(复合物 I、III 和 IV)的酶活性有不同程度的降低,而仅由核基因编码的复合物 II 酶活性正常。

.0002 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK,ARG105TER
2 名德国兄弟患有线粒体 DNA 缺失综合征 3(MTDPS3;251880),其特征为乳酸性酸中毒、肝肿大、低血糖、黄疸和伴有肌张力减退、反射亢进和眼球震颤的脑病,Ta安曼等人(2002) 鉴定了 DGUOK 基因外显子 3 中的纯合 313C-T 转变,导致 arg105-to-ter(R105X) 取代,以及蛋白质产物 C 末端的 173 个氨基酸截短。未受影响的父母是突变杂合子。

.0003 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK,4-BP DUP,763GATT
在患有线粒体 DNA 缺失综合征 3(MTDPS3;251880) 的患者中,Salviati 等人(2002) 在 DGUOK 基因的核苷酸 763 处鉴定出纯合 4 bp 重复(GATT),导致移码和蛋白质过早终止。患者在 2 个月大时出现喂养不良、肌张力减退、眼球震颤、代谢性酸中毒、肝肿大和肝酶升高的症状。她在 5 个月大时去世。父母和未受影响的姐妹都是该突变的杂合子。

.0004 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK,2-BP DEL,609GT
在一名患有线粒体 DNA 缺失综合征 3(MTDPS3;251880)并伴有肝脏受累的患者中,Salviati 等人(2002) 在 DGUOK 基因中鉴定出纯合 2-bp 缺失(609delGT),导致提前终止密码子和截短的蛋白质。他出现黄疸和肝肿大,并在 6 个月大时死亡。

.0005 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK,ARG142LYS
Salviati 等人在患有肝脑型线粒体 DNA 耗竭综合征 3(MTDPS3; 251880) 的患者中(2002) 鉴定了 DGUOK 基因突变的复合杂合性:425G-A 转变导致蛋白质保守区域中 arg142 到 lys(R142K) 取代,可能影响酶的活性位点,679G-A 转变(601465.0006) 导致蛋白质保守区域中 glu227 到 lys(E227K) 取代。蛋白质,可能导致蛋白质折叠受损。患者肝脏中的 DGUOK 活性降低,但并非不存在,这表明点突变不会像截短突变那样使酶失活。患者成功接受了肝移植。

.0006 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK,GLU227LYS
用于讨论 DGUOK 基因中的 glu227-to-lys(E227K) 突变,该突变在丹参的肝脑型线粒体 DNA 缺失综合征 3(MTDPS3;251880) 患者中以复合杂合状态发现蒂等人(2002),参见 601465.0005。

.0007 线粒体 DNA 缺失综合征 3(肝脑型)
DGUOK,ASP255TYR
在来自 2 个明显无关的老殖民地门诺派家族的 3 名患者中,每个人都患有与胱硫醚尿症相关的肝脑型线粒体 DNA 缺失综合征 3(MTDPS3;251880),Tadiboyina 等人(2005) 鉴定了 DGUOK 基因外显子 6 中密码子 255 的第一个核苷酸位置的 G 到 T 颠换的纯合性,导致 asp255 到 tyr(D255Y) 取代。所有父母均未受到突变影响,并且都是杂合子。

.0008 线粒体 DNA 缺失综合征 3
伴有线粒体 DNA 缺失的进行性外眼肌麻痹,常染色体隐性 4,包括
门脉高压,非硬化,1,包括
DGUOK,ASN46SER
线粒体 DNA 缺失综合征 3

在一名患有线粒体 DNA 耗竭综合征 3(MTDPS3; 251880) 的法国男孩中,仅累及肝脏(Ducluzeau 等人,2002),Mousson De Camaret 等人(2007) 鉴定了 DGUOK 基因中的复合杂合错义突变:外显子 1 中的 c.137A-G 转换(c.137A-G,NM_080916),导致 P 环结构域中保守残基处的 asn46-to-ser(N46S) 取代,以及外显子 6 中的 c.797T-G 颠换,导致 leu266-to-arg(L 266R;601465.0009) C 端 α-9 螺旋结构域的取代。该患者的病程非常不寻常:他在婴儿期就患有严重的肝病,但在大约 32 个月大时开始自行好转。他在 4 岁时表现出正常发育,并最终几乎完全逆转了表型;他从未患过神经系统疾病。Mousson De Camaret 等人的体外研究(2007) 表明这些突变保留了 10% 至 14% 的残留酶活性,这可能导致该患者出现不寻常的表型逆转。

萨尔齐等人(2007) 在一名患有 MTDPS3 的患者(患者 9)中发现了纯合 N46S 突变,该患者在 2 个月大时出现进行性肝病,并在 10 个月大时出现肝衰竭伴肝硬化。

伴有线粒体 DNA 缺失的常染色体隐性进行性眼外肌麻痹 4

Ronchi 等人在一位具有 MTDPS3 特征的女性中(2012) 鉴定了 DGUOK 基因中的复合杂合突变:N46S 和外显子 5 中的 2 bp 缺失(c.605_606delGA; 601465.0011),导致移码和提前终止(Arg202TyrfsTer12)。她在婴儿期就出现肝功能衰竭,并在 9 个月大时成功接受了肝移植。她的临床状况一直很好,直到 20 岁时,她出现了与血清肌酸激酶升高和横纹肌溶解相关的急性肌病发作;后一种表型与常染色体隐性遗传进行性外眼肌麻痹 4(PEOB4;617070) 一致。

非肝硬化门脉高压 1

Vilarinho 等人在来自 2 个不相关的土耳其近亲家庭的 3 名患有非肝硬化门静脉高压症 1(NCPH1; 617068) 的患者中(2016) 鉴定出纯合 N46S 突变。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的,在两个家族中与该疾病分离,并且在 1000 个基因组计划数据库或 894 个对照土耳其外显子组中未发现。在 ExAC 数据库中发现频率非常低(3.134 x 10(-5)),仅处于杂合状态。单倍型分析表明存在创始人效应。这些发现显着扩大了与 N46S 突变相关的表型。

.0009 线粒体 DNA 缺失综合征 3
DGUOK, LEU266ARG
用于讨论 DGUOK 基因外显子 6 中的 c.797T-G 颠换(c.797T-G, NM_080916),导致 leu266 到 arg(L266R) 取代,该替换在线粒体 DNA 缺失患者的复合杂合状态中发现Mousson De Camaret 等人提出的仅累及肝脏的综合征 3(MTDPS3;251880)(2007),参见 601465.0008。

.0010 伴有线粒体 DNA 缺失的进行性外眼肌麻痹,常染色体隐性遗传 4
DGUOK,ASN154LYS
Ronchi 等人在 2 名不相关的女性(患者 1 和患者 2)中发现,患有常染色体隐性遗传性进行性眼外肌麻痹并伴有线粒体 DNA 缺失 4(PEOB4;617070)(2012) 鉴定了 DGUOK 基因中的复合杂合突变。两名患者的外显子 4 均携带 c.462T-A 颠换(c.462T-A,NM_080916.2),导致 1 个等位基因上高度保守的残基发生 asn154 至 lys(N154K) 取代。一名患者在外显子 5(c.605_606delGA; 601465.0011) 中携带 2-bp 缺失,导致另一个等位基因移码和提前终止(Arg202TyrfsTer12),而另一名患者在外显子 1 中携带 c.130G-A 转变,导致 glu44 到 lys(E44K; 601465.0012) ) 在另一个等位基因上高度保守的残基处进行替换。N154K 突变在外显子组变异服务器数据库中的出现频率较低(0. 04%)和dbSNP数据库(0.002),但在226个对照等位基因中未发现。与对照组相比,两名患者的骨骼肌 DGUOK 蛋白水平和活性均降低。在 226 个对照等位基因中未发现 E44K 变体。

(2012),参见 601465.0008。

.0012 进行性外眼肌麻痹伴线粒体 DNA 缺失,常染色体隐性 4
DGUOK,GLU44LYS
用于讨论 DGUOK 基因中的 c.130G-A 转变(c.130G-A,NM_080916.2),导致 glu44 至 lys(E44K;60146) 5.0012) 替换,由 Ronchi 等人在患有常染色体隐性进行性外眼肌麻痹伴线粒体 DNA 缺失 4(PEOB4; 617070) 的患者中以复合杂合状态发现(2012),参见 601465.0010。

.0013 伴有线粒体 DNA 缺失的进行性外眼肌麻痹,常染色体隐性遗传 4
DGUOK,GLN170ARG
Ronchi 等人在 3 名患者中,包括 2 名同胞(患者 3、5.1 和 5.2),患有常染色体隐性遗传性进行性眼外肌麻痹并伴有线粒体 DNA 缺失 4(PEOB4;617070)(2012) 鉴定了 DGUOK 基因中的复合杂合突变。所有 3 个都在外显子 4 中携带杂合 c.509A-G(c.509A-G, NM_080916.2) 转变,导致高度保守残基处的 gln170 到 arg(Q170R) 取代。在一组意大利对照中发现 Q107R 变体的等位基因频率为 1.98%,在 Exome Variant Server 数据库中的等位基因频率为 1.6%,在 dbSNP 数据库中的频率为 0.029。尚未对该变异进行功能研究,其致病意义尚不确定。患者 3 在外显子 2 中携带 c.186C-A 颠换,导致 tyr62-to-ter(Y62X; 601465. 0014)在另一个等位基因中发生替换,而同胞在另一个等位基因的内含子 3(c.444-11C-G;601465.0015)中携带 C-G 颠换,预计会导致剪接缺陷。对患者 5.1 的细胞分析表明,剪接位点突变导致无义介导的 mRNA 衰减。对其中 1 名同胞的骨骼肌分析显示,与对照组相比,DGUOK 蛋白和活性降低(降低 70%)。无法获得患者 3 的肌肉样本用于研究。对其中 1 名同胞的骨骼肌分析显示,与对照组相比,DGUOK 蛋白和活性降低(降低 70%)。无法获得患者 3 的肌肉样本用于研究。对其中 1 名同胞的骨骼肌分析显示,与对照组相比,DGUOK 蛋白和活性降低(降低 70%)。无法获得患者 3 的肌肉样本用于研究。

.0014 进行性外眼肌麻痹伴线粒体 DNA 缺失,常染色体隐性 4
DGUOK, TYR62TER
用于讨论 DGUOK 基因外显子 2 中的 c.186C-A 颠换(c.186C-A, NM_080916.2),导致 tyr62-to-ter(Y62X) Ronchi 等人在患有常染色体隐性遗传性进行性眼外肌麻痹并伴有线粒体 DNA 缺失 4(PEOB4; 617070) 的患者中以复合杂合状态发现了这种替代(2012),参见 601465.0013。

.0015 进行性外眼肌麻痹伴线粒体 DNA 缺失,常染色体隐性 4
DGUOK, IVS3AS, CG, -11
用于讨论 DGUOK 基因(c.444-11C-G, NM_080916.2) 内含子 3 中的 C-G 颠换,导致剪接缺陷和无义介导Ronchi 等人在患有常染色体隐性进行性外眼肌麻痹并伴有线粒体 DNA 缺失 4(PEOB4; 617070) 的 2 名同胞中以复合杂合状态发现了 mRNA 衰变(2012),参见 601465.0013。