精氨酰转移酶1； ATE1

HGNC 批准的基因符号：ATE1

细胞遗传学位置：10q26.13 基因组坐标（GRCh38）：10:121,740,424-121,928,463（来自 NCBI）

▼ 说明

N 端规则将蛋白质的体内半衰期与其 N 端残基的身份联系起来。 N 端精氨酸是泛素依赖性降解的主要去稳定残基，而 N 端天冬氨酸和谷氨酸是次要去稳定残基，因为它们是 ATE1 精氨酸化的底物。

▼ 克隆与表达

基于与小鼠 Ate1 的序列相似性，Kwon 等人（1999）在 EST 克隆中鉴定出人 ATE1，随后从人胚胎肾细胞中克隆了 2 种形式的 ATE1 cDNA。他们确定，ATE1 的 2 个变体（他们称之为 ATE1-1 和 ATE1-2）在人类和小鼠中均存在，并且是由于使用交替的第二外显子而产生的。在小鼠中，两种变体都编码推导的 516 个氨基酸的蛋白质，计算出的分子量约为 59 kD。由交替外显子编码的 43 个残基序列有 31% 相同。对小鼠组织的 Northern 印迹分析显示，除睾丸外，所有测试组织中均存在 5 kb 转录本，睾丸中的主要转录本为 2 kb。转录本的限制性消化表明 Ate1-1 与 Ate1-2 的比例在不同组织之间存在差异。将荧光标记的 Ate1-1 转染到小鼠成纤维细胞中，导致细胞核和细胞质定位，而 Ate1-2 完全定位于细胞质。

▼ 动物模型

权等人（2002）生成了缺乏 ATE1 的小鼠。 Ate1 -/- 胚胎因心脏发育和早期血管丛的血管生成重塑缺陷而死亡。通过生化分析，Kwon 等人（2002）证明，与N端天冬氨酸和谷氨酸相反，N端半胱氨酸在被R-转移酶精氨酰化之前被氧化，这表明N端规则途径的精氨酰化分支起到氧传感器的作用。 Ate1+/-小鼠表面上表现正常，但Ate1敲除胚胎在胚胎第9.5至12.5天颜色苍白、血管变细且频繁出现皮肤水肿。出血是纯合突变胚胎的一致特征，并且可能是死亡的近端原因。在胚胎第 13.5 至 15.5 天检查的 22 颗 Ate1 -/- 心脏中，约 85% 存在房间隔缺损。心房壁薄，小梁稀疏，房间隔缺损较大。大约 90% 的 Ate1 敲除胚胎心脏表现出右心室和左心室心肌发育不全。左心室心肌的致密区有 2 或 3 个细胞厚，而野生型胚胎中的厚度为 7 至 10 个细胞。大约70%的Ate1基因敲除小鼠有持续性动脉干，主动脉和肺动脉的共同根横跨大的腹侧间隔缺损。胚胎第 9.5 天时血管生成正常，但血管生成重塑受到抑制。权等人（2002）确定了精氨酸翻译后缀合到蛋白质 N 末端的生理功能，该反应首先由 Kaji 等人描述（1963）。权等人（2002）还表明，N 末端半胱氨酸通过 N 末端规则途径经历 2 次共价修饰：氧化和精氨酰化。如果第二个残基足够小，甲硫氨酸-氨基肽酶就会裂解新形成的蛋白质的 N 端甲硫氨酸。在可精氨酸化的残基中，只有半胱氨酸满足该条件。

Karakozova 等人对来自野生型和缺乏精氨酸化酶 Ate1 的基因敲除小鼠的胚胎成纤维细胞进行免疫沉淀研究（2006）发现大约 40% 的细胞内 β-肌节蛋白（102630）在体内被精氨酸化。在野生型和 Ate1-null 细胞中，β-肌节蛋白都很稳定，表明精氨酸化不会诱导 β-肌节蛋白降解。卡拉科佐娃等人（2006）发现 β-肌节蛋白的精氨酰化可调节细胞运动。大多数 Ate1-null 细胞看起来比野生型细胞小，并且在沿着基底运动期间显然无法形成片层。 Ate-null细胞在运动过程中无法形成正常的片层，导致它们无法覆盖与对照细胞相同的距离或占据相同的基底面积。此外，Ate1缺失细胞在皱褶活动和皮质流动方面表现出明显的缺陷。卡拉科佐娃等人（2006）得出的结论是，β-肌节蛋白的精氨酸化显然代表了肌节蛋白体内功能所需的肌节蛋白 N 末端加工的关键步骤。

▼ 基因功能

通过稳定测定和 β-半乳糖苷酶底物蛋白的 N 端测序，Kwon 等人（1999）发现小鼠 Ate1-1 和 Ate1-2 通过 N 端 asp 的精氨酸化赋予 asp-β-半乳糖苷酶稳定性。 Cys-β-半乳糖苷酶是效率较低的底物。

精氨酸与蛋白质的结合是蛋白质降解 N 端规则途径的一部分。三个 N 末端残基——天冬氨酸、谷氨酸和半胱氨酸——被 ATE1 编码的精氨酰转移酶精氨酰化。胡等人（2005）报道N-末端半胱氨酸的氧化对其精氨酰化至关重要。他们表明，N-末端半胱氨酸在精氨酰化之前的体内氧化需要一氧化氮，并且也在体外重建了这一过程。在缺乏精氨酸化的 Ate1 缺失小鼠胚胎中，带有 N 末端半胱氨酸的调节蛋白（例如 RGS4（602516）、RGS5（603276）和 RGS16（602514））的水平大大增加。这些蛋白质是哺乳动物 N 端规则通路的第一个生理底物，其稳定性可能是 Ate1 缺失胚胎心血管缺陷的基础。胡等人（2005）得出的结论是，他们的发现将 N 端规则通路确定为一种新的一氧化氮传感器，其功能是通过其破坏带有 N 端半胱氨酸的特定调节蛋白的能力来发挥作用，其速率受一氧化氮控制，显然也受氧气控制。

▼ 基因结构

权等人（1999）确定小鼠Ate1基因含有3个外显子。两个相隔 0.8 kb 的交替 129 bp 区域用作外显子 2。