过氧化物酶体生物生成因子 5； PEX5

过氧化物酶体受体 1； PXR1
过氧化物酶5
PTS1 受体； PTS1R

HGNC 批准的基因符号：PEX5

细胞遗传学位置：12p13.31 基因组坐标（GRCh38）：12:7,188,653-7,218,574（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

过氧化物酶体基质酶在游离多核糖体上合成，并在翻译后导入过氧化物酶体。基质蛋白的导入需要顺式作用的过氧化物酶体靶向信号（PTS），其中两个最具特征的信号是 PTS1 和 PTS2（Subramani，1993）。 C 端 PTS1 基序存在于大多数过氧化物酶体基质蛋白上，并且存在于哺乳动物、昆虫、植物、酵母和原生动物中。在哺乳动物中，共有的 PTS1 是 ser-lys-leu-COOH，但允许有一些变异，-3 位也可能是 ala 或 cys； arg 或 his 在 -2 位置；并在-1位置相遇。 PTS1 介导的过氧化物酶体蛋白输入需要 ATP 和一种或多种胞质因子，并受到 HSP70 热休克蛋白的刺激。 PTS2 仅在少数蛋白质（来自许多物种的过氧化物酶体硫解酶、来自西瓜的乙醛酸苹果酸脱氢酶和人植烷酸氧化酶）中被鉴定出，位于 N 末端 40 个氨基酸内，并且具有 arg/lys 共有结构-leu-X5-gln/his-leu。过氧化物酶体组装缺陷的突变体（以前称为 pas 突变体，现在称为 pex 突变体）已在几种酵母物种中被发现。在毕赤酵母中10个或更多的pas突变体互补组中，pas8突变体的表型是独特的，因为它在PTS1蛋白的输入方面表现出选择性缺陷。 PAS8 编码具有多个四三肽重复基序的 68 kD 蛋白质。由于pas8突变体的表型以及该突变体中缺失的蛋白质在体外具有PTS1结合活性这一事实，有人提出PAS8编码巴斯德毕赤酵母的PTS1受体。多特等人（1995）鉴定并表征了人类基因 PXR1（巴斯德毕赤酵母 PAS8 的同源物），并证明它确实是人类 PTS1 受体。 PXR1 与 PAS8 一样，编码具有 1 型过氧化物酶体靶向信号（PTS1）的蛋白质受体。 PXR1 突变定义了过氧化物酶体生物发生障碍（PBD）的互补组 2，PXR1 的表达挽救了这些患者成纤维细胞的 PTS1 输入缺陷。根据观察到 PXR1 既存在于细胞质中，又与过氧化物酶体相关，Dodt 等人（1995）提出PXR1蛋白识别胞质溶胶中含有PTS1的蛋白并将它们引导至过氧化物酶体。在修订后的命名法中（参见下文），PAS8 和 PXR1 均被指定为 PEX5。

维默等人（1995）克隆了编码 PEX5 的人类肝脏 cDNA，他们将其称为 PTS1R。预测的 602 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 67 kD，但免疫印迹分析的质量为 80 kD；作者指出，这种差异是由于 SDS 聚丙烯酰胺凝胶上的异常迁移造成的。 Northern 印迹分析在所有检查的人体组织中检测到大约 3.4 kb 的转录物。

谢泼德等人（2007）使用 C 端 MYOC（601652）作为诱饵，通过对人小梁网和心脏细胞 cDNA 文库进行酵母 2 杂交分析，鉴定了 PTS1R 的长亚型和短亚型。长剪接变体含有639个氨基酸，短剪接变体含有602个氨基酸。

▼ 测绘

通过体细胞杂交和荧光原位杂交分析，Wiemer 等人（1995）将人类 PEX5 基因定位到染色体 12p13.3。马里宁等人（1995）使用含有该基因的粘粒作为探针，通过原位杂交将 PEX5 基因定位到染色体 12p13。使用辐射杂交 DNA 组来绘制 TPI1（190450）和标记 D12S1089 之间的基因图谱。

▼ 生化特征

晶体结构

斯坦利等人（2006）在存在和不存在货物蛋白 SCP2 的情况下以 2.3 埃分辨率解析了 PXR1 的晶体结构（184755）。 PXR1 显示出主要的结构变化，从没有货物时的开放式蜗牛状构象转变为与 SCP2 结合时的封闭式圆形构象。这些变化发生在 7 倍四三肽重复片段的长环 C 端内。斯坦利等人（2006）鉴定了该环内对体内货物导入至关重要的残基，它们的突变导致过氧化物酶体中有缺陷的货物导入。

▼ 基因功能

Dammai 和 Subramani（2001）表明，人 PEX5 不仅结合货物并将其递送至过氧化物酶体膜，而且还参与多轮进入过氧化物酶体基质并孤立于 PTS2 输入途径输出至细胞质。作者指出，PTS1 受体的这种不寻常的穿梭机制将蛋白质输入过氧化物酶体与大多数其他细胞器（细胞核除外）的蛋白质输入区分开来。

谢泼德等人（2007）将 PTS1R 确定为错误折叠突变体 MYOC 的结合伴侣，并证明人类 MYOC 中引起青光眼（137750）的突变会诱导神秘的过氧化物酶体靶向序列的暴露，该序列必须与 PTS1R 相互作用以升高眼内压。

▼ 分子遗传学

过氧化物酶体生物合成障碍

多特等人（1995）发现，在互补组 2 中报告的 2 名显示 PEX5 突变的患者中，来自 N489K 纯合子（600414.0001）的患者的细胞在将 PTS1 蛋白导入过氧化物酶体方面存在缺陷，正如预期的那样。然而，来自无义突变 R390X（600414.0002）纯合患者的细胞在 PTS1 和 PTS2 蛋白的输入方面存在缺陷，这表明 PTS1 受体也介导 PTS2 靶向蛋白的输入。为了研究这种可能性，Braverman 等人（1998）对 PEX5 表达进行了表征，发现它经历选择性剪接，产生 2 个转录本，其中 1 个包含 111 bp 内外显子，1 个缺乏 111 bp 内外显子。与具有错义突变 N489K 的患者相比，来自具有无义突变的患者的成纤维细胞的 PEX5 转录物和蛋白质水平大大降低。用缺乏第 1 外显子的 PEX5 cDNA 转染 R390X 细胞可恢复 PTS1 但不恢复 PTS2 导入；用长形式的 PEX5 cDNA 转染恢复了 PTS1 和 PTS2 蛋白的输入。此外，用包含位于附加外显子下游的突变的 PEX5 cDNA 转染 R390X 细胞，恢复了 PTS2 但不能恢复 PTS1 的输入。总而言之，这些数据为 CG2 患者的不同蛋白质输入缺陷提供了解释，并表明 PEX5 蛋白的长亚型是 PTS2 蛋白过氧化物酶体输入所必需的。

点状根茎软骨发育不良，5 型

Baroy 等人在 3 名同胞中，由巴基斯坦近亲父母所生，患有根茎性软骨发育不良点状 5 型（RCDP5；616716）（2015）在 PEX5 长亚型（c.722dupA; 600414.0003）的外显子 9（编码外显子 7）中发现了纯合移码突变。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。在一名没有血缘关系的巴基斯坦女孩身上也发现了同样的突变，她的父母都是巴基斯坦近亲，患有 RCDP。该患者培养的成纤维细胞中的过氧化物酶体参数研究表明存在 PTS2 蛋白输入缺陷； PEX7（601757）中未发现突变。巴罗伊等人（2015）表明，与 PEX7 的突变类似，PEX5 长亚型的缺失会导致过氧化物酶体功能障碍，这是由于仅 PTS2 标记蛋白的导入选择性缺陷，导致 RCDP 而不是过氧化物酶体生物发生障碍。

▼ 动物模型

齐薇格综合征患者无法组装功能性过氧化物酶体，导致胎儿发育和死亡（通常在出生后第一年内）出现多器官缺陷。患者患有肌张力极度低下、新生儿癫痫发作和严重智力低下，并积累极长链脂肪酸（VLCFA）、降植烷酸、植烷酸和胆汁酸中间体。死亡时，肝纤维化、肾囊肿和严重脑畸形是最突出的器官异常。薄皮质板和皮质下异位归因于亲胶质神经元迁移的部分障碍。为了研究过氧化物酶体在体内的多效性作用，Baes 等人（1997）通过灭活小鼠 Pxr1 基因建立了过氧化物酶体缺乏的动物模型。纯合 Pxr1 敲除小鼠缺乏形态学上可识别的过氧化物酶体，并表现出 Zellweger 患者的典型生化异常。他们表现出宫内生长迟缓，出生时严重低渗，并在 72 小时内死亡。对新皮质的分析显示神经元迁移和成熟受损以及神经元广泛凋亡。

鲍姆加特等人（2001）产生了纯合 Pex5 敲除小鼠。组织化学染色显示，Pex5 敲除的肝细胞缺乏过氧化物酶体，并含有大量多形性线粒体聚集体。线粒体聚集体随机分布在肝脏中，经常在肝细胞的窦和基底外侧表面下发现。电镜显示线粒体改变有不同类型，涉及线粒体的所有亚区。不同肝细胞中的改变是异质的，并且在同一细胞内观察到与正常线粒体相邻的严重改变的线粒体。 Pex5 敲除小鼠的其他组织和血细胞中也存在线粒体改变。受损的线粒体在大自噬液泡中从细胞质中去除，可能会减少细胞毒性和对线粒体的进一步损伤。肝脏线粒体的超微结构改变伴随着线粒体呼吸链复合物的活性和分布的改变，导致新生 Pex5 敲除小鼠肝脏中复合物 I 和复合物 V 活性总体下降的异质线粒体群体。然而，复合物 I 和复合物 V 总体活性的变化并不影响 Pex5 敲除肝细胞中的 ATP 水平。原位杂交和免疫细胞化学分析表明，线粒体呼吸链酶的变化导致 Pex5 敲除小鼠肝线粒体出现氧化应激迹象。

▼ 命名法

迪斯特尔等人（1996）为过氧化物酶体生物发生提供了统一的命名法。通过在各种实验生物体中使用遗传方法，在过去 10 年中已经鉴定出过氧化物酶体生物合成所需的 13 种蛋白质。其中三种已被证明在致命的过氧化物酶体生物发生障碍（PBD）中存在缺陷。然而，不同的实验系统导致了过氧化物酶体组装基因和蛋白质的大量名称。迪斯特尔等人（1996）建议参与过氧化物酶体生物发生的蛋白质应命名为“过氧化物酶”，其中 PEX 代表基因缩写。尽管过氧化物酶体代谢酶或转录因子的缺陷可能会影响过氧化物酶体增殖和/或形态，但他们建议，此类蛋白质不应包含在这一组中。对于已知因素和未来确定的因素，蛋白质和基因将按发表特征的日期进行编号。必要时，可以通过属和种的 1 个字母缩写来指定来源物种（例如 hsPEX2）。

▼ 等位基因变异体（3 个选定示例）：

.0001 过氧化物酶体生物发生障碍 2B
PEX5、ASN489LYS

Dodt 等人在来自新生儿肾上腺脑白质营养不良患者的细胞系中（参见 PBD2B，202370）（1995）发现了 PTS1 介导的过氧化物酶体蛋白摄取的特定缺陷，并通过成纤维细胞 RNA 的 RT-PCR 扩增和随后的 SSCP 分析检查了该患者的 PXR1 基因。对异常迁移片段的测序表明，PXR1 等位基因在碱基对 1467 处发生 T 至 G 颠换，产生 asn489 至 lys（N489K）取代。该患者的突变等位基因似乎是纯合的，但未进行家族研究。在 130 个不相关的对照个体中未发现 N489K 替代。将正常基因转染到患者细胞中，恢复了含PTS1的蛋白质进入过氧化物酶体的正常输入，以及正常的过氧化物酶体形态。相比之下，转染带有 N489K 突变的 PXR1 的正常细胞无法将含有 PTS1 的蛋白质导入过氧化物酶体（患者的细胞显示 PTS2 标记蛋白硫解酶正常进入过氧化物酶体结构。）

.0002 过氧化物酶体生物发生障碍 2A（ZELLWEGER）
PEX5、ARG390TER

Dodt 等人在来自 Zellweger 综合征（PBD2A; 214110）患者的细胞系中（1995）鉴定了核苷酸 1168 处的 C 到 T 转换，导致 arg390 到 ter 取代。该患者的突变是纯合的。

.0003 根状软骨发育不良点状，5 型
PEX5，1-BP DUP，722A

Baroy 等人在 3 名同胞中，由巴基斯坦近亲父母所生，患有根茎性点状软骨发育不良 5 型（RCDP5；616716）（2015）在 PEX5 长亚型的外显子 9（编码外显子 7）中发现纯合 1-bp 缺失（c.722dupA，NM_001131023.1），导致移码（Val242GlyfsTer33）。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。在一名没有血缘关系的巴基斯坦女孩身上也发现了同样的突变，她的父母都是巴基斯坦近亲，患有 RCDP。该患者培养的成纤维细胞中的过氧化物酶体参数研究表明存在 PTS2 蛋白输入缺陷； PEX7（601757）中未发现突变。巴罗伊等人（2015）表明，与 PEX7 的突变类似，PEX5 长同工型的丢失会由于 PTS2 标记蛋白输入的选择性缺陷而导致过氧化物酶体功能障碍，从而导致 RCDP 而不是过氧化物酶体生物发生障碍。巴罗伊等人（2015）证明 PEX5 长亚型的表达恢复了患者成纤维细胞中 PTS2 标记蛋白的输入。