UDP-葡萄糖脱氢酶； UGDH

UDPGDH

HGNC 批准的基因符号：UGDH

细胞遗传学位置：4p14 基因组坐标（GRCh38）：4:39,498,755-39,527,439（来自 NCBI）

▼ 说明

UGDH 基因编码 UDP-葡萄糖脱氢酶（UDPGDH; EC 1.1.1.22），通过同时将 NAD+ 还原为 NADH，将 UDP-葡萄糖（UDP-glc）转化为 UDP-葡萄糖醛酸/UDP-葡萄糖醛酸（UDP-GlcA）。UDP-GlcA 是糖脂、糖胺聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素和蛋白聚糖的关键成分，在细胞外基质中发挥重要作用。通过葡萄糖醛酸化解毒也需要 UDP-GlcA（Hengel 等人的总结，2020）。

▼ 克隆与表达

牛肝 Udpgdh 是 52-kD 子单元的同源六聚体。亨佩尔等人（1994）确定了牛肝Udpgdh的氨基酸序列。通过使用牛 Udpgdh 序列搜索 EST 数据库，Spicer 等人（1998）鉴定了小鼠和人类 UGDH cDNA。预测的 494 个氨基酸的人类蛋白质比小鼠 Udpgdh 长 1 个氨基酸，并且 2 个蛋白质有 98% 的相同性。人类和小鼠 cDNA 均含有至少 2 个共有的聚腺苷酸化序列。Northern印迹分析显示，人UGDH在各种成体组织中以3.4-和2.8-kb mRNA的形式表达，其中在肝脏中表达最高。斯派塞等人（1998）表明这 2 个转录物代表具有替代聚腺苷酸信号用途的 mRNA。通过 PCR，Bontemps 等人（2000）也克隆了UGDH。

Hyde 等人使用原位杂交（2012）表明，Ugdh 在小鼠心脏发育过程中瓣膜形态发生之前的心内膜垫形成位点表达。

▼ 基因结构

Bontemps 等人通过基因组序列分析（2000）确定 UGDH 基因包含 12 个外显子，而小鼠中只有 10 个外显子，并且跨度超过 26 kb。人类外显子 8 和 9 与外显子 7 匹配，并被一个小的 244 bp 内含子打断，表明在灵长类动物进化的后期发生了突变/插入。除12号外显子有1,498 bp外，其他外显子都不超过201 bp。引物延伸分析确定了转录起始位点位于转录起始位点上游 165 个碱基处。

▼ 基因功能

斯派塞等人（1998）进行的表达研究表明，在显着增加乙酰透明质酸合成的条件下，用促炎细胞因子（例如白介素-1-β（147720））处理人成纤维细胞，也会导致 UGDH 表达显着但短暂的增加。作者提出，糖胺聚糖生物合成可能部分受到活化 UDP-葡萄糖醛酸的可用性的调节，这由相对 Udpgdh 表达决定。

▼ 测绘

通过对种间回交的分析，Spicer 等人（1998）将小鼠Ugdh基因定位到染色体5。基于同线性同源性，他们预测人类UGDH基因位于染色体4p15-p13上。通过辐射混合分析，Marcu 等人（1999）将 UGDH 基因定位到 4p15.1。

▼ 分子遗传学

Hengel 等人在来自 25 个不相关家庭的 30 名患有发育性和癫痫性脑病 84（DEE84; 618792）的患者中（2020）鉴定了UGDH基因中的纯合或复合杂合突变（参见例如603370.0001-603370.0007）。这些突变是通过外显子组测序发现的，并在几个不同的实验室通过桑格测序证实，在所有家庭中都与该疾病分离。突变发生在整个基因中，主要是影响功能区高度保守残基的错义变异。gnomAD 中有 4 个无义突变，但没有患者携带双等位基因无义突变，也没有发现双等位基因功能丧失的 UGDH 变异。分子模型预测突变可能会破坏蛋白质的稳定性，可能会干扰功能或 NAD 结合，和/或阻止 UGDH 组装成六聚体酶。与对照组相比，来自 F4、F5 和 F6 家族的 3 名不相关患者的成纤维细胞显示 UGDH 蛋白水平降低，对这些细胞和来自 F3 家族患者的细胞的研究显示 UGDH 催化的 NAD+ 还原为 NADH 的减少，这与功能丧失。与对照组相比，来自 F4、F5 和 F6 家族患者的细胞被重新编程为大脑类器官，其体积减少，与神经元祖细胞相关的蛋白质表达受损。亨格尔等人（2020）表明观察到的神经元分化缺陷可能与细胞外基质形成或稳态的破坏有关。

▼ 动物模型

斑马鱼“jekyll”突变体在心脏瓣膜形成的启动方面存在缺陷。Walsh 和 Stainier（2001）将 jekyll 突变鉴定为碱基对 992 处的 T 至 A 变化，导致斑马鱼 UDP 葡萄糖脱氢酶基因中残基 331 处的异亮氨酸替换为天冬氨酸。位置 331 的异亮氨酸在果蝇、人类和斑马鱼 Ugdh 中是保守的，位于 omega 环门“铰链”中的非极性氨基酸口袋中，允许 UDP-葡萄糖进入酶的活性位点。虽然影响脊椎动物硫酸乙酰肝素蛋白多糖的其他突变会导致原肠胚形成过程中的缺陷，但 Jekyll 在器官发生之前不会表现出任何表现。Walsh 和 Stainier（2001）对这种不一致提出了一种解释，即斑马鱼 Udgh mRNA 是由母体提供的。在 jekyll 突变体中，房室边界细胞与其相邻细胞没有分化，这表明在建立心房和心室之间边界的细胞信号转导事件中需要 jekyll。Walsh 和 Stainier（2001）证明，jekyll 在房室瓣形成过程的早期发挥作用，并且在房室边界处的心肌和心内膜的图案化中特别需要。在 jekyll 突变体中观察到的心肌模式缺陷可能是 jekyll 功能丧失的直接影响，因为它们是第一个观察到的分子缺陷，而后来的心内膜缺陷可能是继发于心肌中缺乏 Bmp4（112262）限制。

Garcia-Garcia 和 Anderson（2003）描述了乙基亚硝基脲诱导的突变“惰性中胚层”（lzme），该突变破坏了小鼠 Ugdh 基因。他们发现 lzme 突变体在原肠胚形成过程中停滞，中胚层和内胚层迁移缺陷，其表型与 Fgf（131220）途径中的突变体相似。分子标记分析表明 Fgf 信号在 lzme 突变胚胎中被阻断。Garcia-Garcia 和 Anderson（2003）得出结论，在小鼠原肠胚形成过程中需要蛋白多糖，专门促进 Fgf 信号传导。

斯特鲁克等人（2020）发现所有 4 条腿都患有软骨发育不良的短腿猫是杂合的结构变异，导致 UGDH 基因 3 素端序列丢失。

▼ 等位基因变异体（7 个精选示例）：

.0001 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH、ALA44VAL

Hengel 等人在 3 名同胞中，由巴勒斯坦近亲父母（F1）出生，患有发育性和癫痫性脑病 84（DEE84；618792）（2020）在 UGDH 基因的外显子 2 中鉴定出纯合 c.131C-T 转换（c.131C-T，NM_003359），导致 NAD 中高度保守的残基处由 ala44 替换为 val（A44V）结合域。该突变是通过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ExAC（1.65 x 10（-5））和gnomAD（2.05 x 10（-5））数据库中以低频率发现其处于杂合状态。来自 F13 家族的一名无关患者的 A44V 复合杂合子和外显子 2 中的 c.193C-T 转换，导致 arg65 到 ter（R65X；603370.0005）的取代。同胞中癫痫发作发生在 6 至 15 个月大之间。

.0002 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH，TYR14CYS

Hengel 等人在一名 5 岁男孩中发现，该男孩的父母无关（F4），患有发育性癫痫性脑病 84（DEE84；618792）（2020）鉴定了 UGDH 基因中的复合杂合错义突变：c.41A-G 转换（c.41A-G，NM_003359），导致 tyr14-to-cys（Y14C）取代，以及 c.214T-G颠换，导致 ser72 替换为 ala（S72A；603370.0003）。这两种突变都发生在外显子 2 中，并影响 NAD 结合域中高度保守的残基。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。在 ExAC（8.24 x 10（-6））、Exome Variant Server（7.70 x 10（-5））和 gnomAD（4.10 x 10（-6））数据库中以低频率发现 Y14C 处于杂合状态；S72A 不存在于任何这些数据库中。该患者在 4 个月大时开始癫痫发作（在 Hengel 等人（2020）的文章中，F4 中的患者在文本和补充表 1 的不同位置被描述为有 ser72 到 pro（S72P）的替换，但是 ser72 到 ala 的替换（S72A）补充表2中的替换。）

.0003 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH，SER72ALA

为了讨论 UGDH 基因中的 c.214T-G 颠倒，导致 Ser72 到 ala（S72A）的替换，这种替换在患有发育性和癫痫性脑病的家族 4（F4）患者的复合杂合状态中被发现 - 84（DEE84；618792），作者：Hengel 等人（2020），参见 603370.0002（在 Hengel 等人（2020）的文章中，F4 中的患者在文本和补充表 1 的不同位置被描述为有 ser72 到 pro（S72P）的替换，但是 ser72 到 ala 的替换（S72A）补充表2中的替换。）

.0004 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH、ALA82THR

Hengel 等人的 2 名姐妹，由来自新加坡的近亲父母所生（F5），患有发育性和癫痫性脑病 84（DEE84；618792）（2020）在 UGDH 基因的外显子 3 中鉴定出纯合 c.244G-A 转换（c.244G-A，NM_003359），导致 NAD 结合中的保守残基处由 ala82 替换为 thr（A82T）领域。该突变是通过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 ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现该变体。姐妹俩均在 3 岁时开始癫痫发作（在 Hengel 等人（2020）的文章中，F5 患者在图 2A 中被描述为 c.244C-A 颠换，但在补充表 2 中为 c.244G-A 转换。）

.0005 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH，ARG65TER

Hengel 等人在 2 名不相关的患者中，均由不相关的父母（F6 和 F13）所生，患有发育性和癫痫性脑病 84（DEE84；618792）（2020）鉴定了 UGDH 基因中的复合杂合突变：两者都在外显子 2 中携带 c.193C-T 转换（c.193C-T，NM_003359），导致 NAD- 中的 arg65 到 ter（R65X）取代。结合域。来自 F6 的患者在另一个等位基因的外显子 9 中携带 c.1100A-G 转变，导致 UDP 结合域中的 tyr367-to-cys（Y367C; 603370.0006）替换。F13 患者的另一个等位基因（603370.0001）携带 A44V 突变。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。R65X 变体在 ExAC（9.95 x 10（-5））和 gnomAD（7.43 x 10（-5））数据库中以低频率杂合状态被发现，而 Y67C 在这两个数据库中均未发现。F6 患者癫痫发作发生在出生第一天，F13 患者则在 2 个月大时发作。

.0006 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH，TYR367CYS

讨论 UGDH 基因中的 c.1100A-G（c.1100A-G，NM_003359）转变，导致 tyr367-to-cys（Y67C）取代，该取代在发育和发育障碍患者的复合杂合状态中发现。 Hengel 等人的癫痫性脑病-84（DEE84；618792）（2020），参见 603370.0005。

.0007 发育性和癫痫性脑病 84
UGDH，ARG317GLN

Hengel 等人在来自 10 个不相关的沙特阿拉伯家庭（F16 至 F25）的 11 名患者中，其中 9 名是近亲，患有发育性和癫痫性脑病-84（DEE84；618792）（2020）在 UGDH 基因的外显子 8 中鉴定出纯合的 c.950G-A 转换（c.950G-A，NM_003359），导致中央结构域中的保守残基处的 arg317 至 gln（R317Q）取代。该突变是通过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ExAC（5.77 x 10（-5））和gnomAD（4.89 x 10（-5））数据库中以低频率发现其处于杂合状态。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。这些患者的发病年龄为5个月至3岁。