双同源基因蛋白质4；DUX4
D4Z4 大卫星重复，包括
HGNC 批准的基因符号：DUX4
细胞遗传学定位：4q35.2 基因组坐标（GRCh38）：4:190,173,774-190,185,911（来自 NCBI）
▼ 说明
DUX4基因
DUX4 编码包含 2 个同源基因域的推定转录因子。在染色体 4q 的亚端粒区域，D4Z4 大卫星重复序列的多达 100 个拷贝中，每一个都发现了 DUX4 的拷贝。只有最后一个重复似乎编码功能性 DUX4 转录物，其多腺苷酸化位点位于端粒且位于 D4Z4 重复区域之外（Snider 等人总结，2010）。
D4Z4 微卫星重复
3.3 kb 重复序列的多个拷贝（称为 D4Z4）存在于 4q35 的近端亚端粒区域。每个重复包含 DUX4 的副本。正常个体中，多态性 D4Z4 重复序列由 11 至 150 个重复序列组成。大多数患者患有面肩肱型肌营养不良症（FSHD；158900）携带少于11次重复的D4Z4重复数组。类似的亚端粒重复阵列配置出现在染色体 10qter 上（van Overveld 等人总结，2005）。
▼ 克隆与表达
在对 FSHD 患者体内剩余的 3.3-kb 重复元件进行测序时，Gabriels 等人（1999）鉴定了一个 ORF 的推定启动子，该 ORF 包含 Hewitt 等人（1994）报道的 2 个同源基因，并将推定基因命名为 DUX4 。DUX4 编码包含 2 个同源域的推导的 391 个氨基酸的蛋白质。Gabriels et al.（1999）在 FSHD 患者体内残留的每个 3.3-kb 重复元件中发现了 DUX4 的相同副本。利用体外转录/转录，他们在 SDS-PAGE 上检测到表观分子量为 38 kD 和 75 kD 的产物，分别对应于 DUX4 单体和二聚体。
通过对 FSHD 原代成肌细胞 RNA 进行 PCR，Dixit 等人（2007）鉴定了 2 个 DUX4 剪接变体，这些变体由于在其 3-prime UTR 中包含或排除内含子而有所不同。由于测序错误的修正，推导的DUX4蛋白含有424个氨基酸，比最初报道的蛋白（Gabriels et al., 1999）要大。PCR 分析在 FSHD 和对照成肌细胞中检测到 DUX4 mRNA 的 5 引物末端，而仅在 FSHD 成肌细胞中检测到 DUX4 最远端单位特异的 3 引物末端，其中包括多聚腺苷酸化序列。转染细胞的蛋白质印迹分析揭示了 52-kD DUX4 蛋白。在 FSHD 样本中检测到 DUX4 蛋白，但在对照中未检测到。Dixit et al.（2007）得出的结论是，只有最远端D4Z4元件中的DUX4基因才有可能转录成聚腺苷酸化RNA并在体内翻译。
Kowaljow et al.（2007）发现DUX4转录物仅具有短poly（A）尾，并且不与含有长poly（A）尾的mRNA分离。RT-PCR 在培养的 FSHD 患者成肌细胞以及人类胎儿和成人横纹肌肉瘤细胞系中检测到 DUX4 表达，但在对照成肌细胞中未检测到 DUX4 表达。DUX4 转染细胞系的免疫荧光分析显示核染色模式与核膜部分重叠。
Snider et al.（2009）发现D4Z4区域经历高度复杂的剪接和mRNA加工。对 FSHD 个体中 2 个残余 D4Z4 重复序列和疾病相关单倍型 4qA161 进行测序表明存在主要和次要 ORF（包括 DUX4 ORF），它们在不同阅读框和两个方向上重叠。2 个 D4Z4 重复中的许多潜在 ORF（但 DUX4 ORF 除外）由于序列变异而显着不同。RT-PCR证实全长DUX4转录物在人胚胎干细胞和间充质干细胞中低水平表达，并且在未分化的人胚胎干细胞和间充质干细胞中检测到DUX4蛋白。然而，在来自 FSHD 和对照个体的成纤维细胞和肌肉细胞中检测到仅包含 DUX4 5-prime 或 3-prime 部分的转录本，其丰度高于全长转录本。仅包含 DUX4 ORF 5-prime 部分的转录本在 FSHD 肌肉细胞中被聚腺苷酸化并加帽，预计它们会编码仅包含配对同源域的截短蛋白。这些转录本中的大多数具有重复序列，表明 2 个 D4Z4 单元之间存在剪接。仅含有 DUX4 ORF 3-prime 部分的转录物在 FSHD 肌肉细胞中被聚腺苷酸化且脱帽，并且预计它们编码仅含有高度保守的 C 末端区域的 76 个氨基酸的蛋白质。转染研究证明了仅包含 C 末端结构域的 DUX4 同工型的表达，并表明它源自内部核糖体起始位点。RT-PCR 还检测到来自 FSHD 和对照个体肌肉细胞中 D4Z4 重复序列的几种有义和反义转录本。Northern 印迹分析显示，在 FSHD 以及对照成纤维细胞和肌肉细胞中，微小 RNA 样片段是由 DUX4 转录物产生的。
Snider等人（2010）指出，他们之前已经鉴定出一个短的DUX4转录本（DUX4-s），它是通过剪接非规范供体序列而产生的。推导的蛋白含有2个同源基因结构域，但缺少全长DUX4（DUX4-fl）中的C端。正常人体组织的 RT-PCR 在睾丸中检测到丰富的 DUX4-fl 表达，但在所检查的任何其他组织中均未检测到。DUX4-s 在卵巢、心脏和骨骼肌中检测到，在肝脏中表达较弱。在睾丸、肾脏或小脑中未检测到 DUX4-s 表达。在细胞和细胞系中，在诱导多能干细胞和一些人胚胎干细胞系中检测到 DUX4-fl。分化的成纤维细胞和拟胚体仅表达DUX4-s。对人类睾丸的免疫组织化学分析在精原细胞和初级精母细胞以及生精小管中更多分化的细胞中检测到 DUX4-fl。
▼ 基因结构
Dixit et al.（2007）报道DUX4启动子区包含推定的CATT、GC、TACAA和E框。DUX4 基因的 3-prime 末端包含位于终止密码子和 D4Z4 单位末端之间的选择性剪接外显子。此外，最远端 D4Z4 单元中 DUX4 基因的 3 引物末端包含第二个内含子和单个聚腺苷酸化信号，两者均位于 D4Z4 单元的端粒处。
Snider et al.（2010）确定DUX4基因至少含有7个外显子，其中外显子3到7位于D4Z4重复区域之外。4qA 单倍型包括外显子 3 和 7 中的替代聚腺苷酸化位点。4qB 单倍型不显示这些聚腺苷酸化位点，并且可能包括超过 7 个外显子。
▼ 测绘
Gabriels等（1999）通过基因组序列分析，将DUX4基因定位到染色体4q35。
▼ 基因功能
Gabriels 等人（1999）使用荧光素酶报告基因检测证明了 DUX4 启动子活性依赖于 TACAA 框和 GC 框。他们认为 DUX4 可能在 FSHD 中发挥作用，因为 D4Z4 区域的部分缺失可能会改变 FSHD 患者中的 DUX4 表达。
通过比较 FSHD 患者肌肉活检和其他 11 种神经肌肉疾病的全基因组表达谱，Dixit 等人（2007）确定了 5 个基因，其中包括配对的同源域转录因子 PITX1（602149），这些基因在 FSHD 患者中特异性上调。FSHD 成肌细胞中 DUX4 的 mRNA 和蛋白质水平表达均上调。在 DUX4 转染的 C2C12 小鼠成肌细胞中，DUX4 激活与 PITX1 启动子融合的报告基因和内源性 Pitx1 的表达。在电泳迁移率变动分析中，DUX4 与 PITX1 启动子中包含保守 TAAT 核心基序的 30 bp 序列特异性相互作用。TAAT 核心的突变影响了 C2C12 细胞中 Pitx1 的激活和体外 DUX4 的结合。
Kowaljow et al.（2007）发现DUX4在几种细胞系中过度表达会导致细胞凋亡变化，包括激活半胱天冬酶-3（CASP3；600636）和半胱天冬酶-7（CASP7; 601761）。
Snider et al.（2009）通过转染研究表明，全长DUX4降低了CKM（123310）、desmin（DES；DES）驱动的报告基因的表达。125660），或多聚化E框。全长 DUX4 还降低了转染的 C2C12 小鼠成肌细胞中内源性肌球蛋白重链的表达（参见 160730）。全长 DUX4 蛋白或仅包含 N 或 C 末端结构域的亚型的表达抑制了 C2C12 细胞中的肌生成。一些不能转录的 DUX4 转录本也抑制 C2C12 分化。编码全长 DUX4 的转录本的表达抑制斑马鱼原肠胚形成后的发育或导致存活胚胎严重发育异常。编码C端DUX4肽的转录本的表达不会改变斑马鱼的形态发育，但会阻断Myod（159970）转录和Myod靶基因激活之间的肌生成。
Wallace等人（2011）表明，在表达DUX4的HEK293细胞中观察到的凋亡变化被DUX4第一个DNA结合同源基因结构域的失活突变所消除。DUX4同源基因域的突变也消除了注射DUX4的小鼠肌肉中病变的发展。p53（TP53；的药理抑制）191170）减轻了 DUX4 对 HEK293 细胞的毒性，p53 缺失小鼠的肌肉对 DUX4 诱导的损伤具有抵抗力。Wallace et al.（2011）得出结论，DUX4诱导的肌病依赖于p53介导的细胞凋亡。
Geng等（2012）通过基因表达阵列分析发现，DUX4-fl诱导了与种系和早期干细胞发育相关的多个基因的表达，并抑制了涉及先天免疫反应的基因的表达。DUX4-fl 特异性结合一类 MaLR 反转录转座子的长末端重复元件。DUX4-s 结合相同的元件，但它不激活基因表达，并且当共表达时它充当 DUX4-fl 的显性失活抑制剂。尽管 DUX4 表达低于一些 FSHD 肌肉活检样本中 RT-PCR 检测到的水平，但与对照肌肉样本相比，DUX4-fl 调节基因的表达显着上调。此外，通过小干扰RNA或DUX4-s共表达敲低FSHD肌肉细胞中的DUX4-fl表达可降低DUX4-fl靶基因的表达。DEFB103A（606611）和DEFB103B编码先天免疫负调节因子，是FSHD肌肉中上调的DUX4-fl靶基因之一。DEFB103 在分化肌肉细胞中的过度表达降低了与肌肉分化和炎症反应相关的基因的表达。Geng等人（2012）得出结论，即使是低水平的DUX4过表达也会对基因表达产生深远的影响并导致FSHD，他们提出DEFB103可能与FSHD病理有关。
▼ 分子遗传学
D4Z4 宏卫星重复
Hewitt等人（1994）确定了D4Z4的序列，并表明每个重复拷贝包含2个同源基因和2个先前描述的重复序列LSau和一个富含GC的低拷贝重复序列（命名为hhspm3）。Hewitt et al.(1994)通过Southern印迹分析、FISH以及cDNA和基因组克隆的分离表明，在人类基因组的其他位置也存在与D4Z4相似的重复序列。灵长类基因组 DNA 的 Southern 印迹分析表明，D4Z4 样重复序列的拷贝数在过去 2500 万年内显着增加。分离出两个 cDNA 克隆，发现其在同源域内含有终止密码子和移码。对 cDNA 生成了 STS，对体细胞杂交组的分析表明它们对应到染色体 14。未识别到对应到 4q35 D4Z4 重复序列的 cDNA 克隆，尽管不能排除这些重复序列编码蛋白质的可能性。尽管D4Z4可能不编码蛋白质，但该位点内的缺失与FSHD1（158900）之间存在关联。D4Z4 重复序列包含 LSau 重复序列，并与 68 bp Sau3A 重复序列相邻。这两个序列都与 DNA 的异染色质区域相关，这些区域已知参与“位置效应”杂色现象。Hewitt et al.（1994）推测D4Z4序列的缺失产生了参与FSHD发病机制的位置效应。
Winokur et al.（1993）也推测FSHD可能是由于位置效应造成的。Bengtsson et al.（1994）报告的结果表明，FSHD 中破坏的 3.2-kb 重复序列的串联阵列紧邻 4q 的端粒，并且导致 FSHD 的基因可能位于串联重复序列的近端。
高度同源的多态性重复阵列位于 10q 端粒附近，但每个染色体 10 衍生重复单元内的特定 BlnI 位点允许区分阵列（Deidda et al., 1996）。这种 BlnI 位点依赖性区分证明了染色体 4 上存在 10 型重复，反之亦然，染色体 10 上存在 4 型重复，表明这些染色体之间存在动态交换。Van der Maarel et al.（2000）发现多余的同源重复序列可以显着增强重复序列的删除。他们证明，染色体 10 上 4 型重复的数量过多，即使不是主要的，也是 FSHD 型缺失发生的一个重要诱发因素。有丝分裂染色体间基因转换或完全同源重复阵列之间的易位可能是 FSHD 突变的主要机制。
Van Deutekom 等人（1996）报道了至少 20% 的荷兰人口中 4q35 和 10q26 染色体之间亚端粒重复 DNA 单位的交换。这些亚端粒重排产生了新的 DNA 限制性片段，并使限制性片段分析在 FSHD 的 DNA 诊断中的应用变得复杂。van Deutekom 等人（1996）认为，3.3-kb 重复单元染色体间交换的高频率表明这些单元可能不包含部分 FSHD 基因，并支持位置效应杂色作为 FSHD 最可能的机制。
Masny et al.（2004）利用3维免疫-FISH技术确定，在几种细胞类型的整个细胞周期中，染色体4q35.2处的FSHD区域定位于核外围。在核纤层蛋白 A/C（150330）缺失的成纤维细胞中，FSHD 区域染色质定位到核膜上丢失，表明核纤层蛋白 A/C 是正确定位所必需的，并且正常和 D4Z4 缺失的等位基因都定位于核外围。Masny et al.（2004）认为FSHD可能是由于与核膜上的转录因子或染色质修饰剂的不当相互作用引起的。
Petrov等人（2006）在D4Z4位点内鉴定出2个DNA环结构域通过核支架/基质附着区（S/MARs）锚定在核基质上。与对照成肌细胞相比，来自 FSHD 患者的成肌细胞显示 S/MAR 与核基质的关联显着减少。生化图谱显示，在正常成肌细胞中，D4Z4阵列位于与FRG1（601278）和FRG2（609032）所在DNA环结构域不同的DNA环结构域中，而在受损的FSHD染色体中，部分缺失的D4Z4阵列和FRG1和FRG2 位于相同的 DNA 环结构域内。Petrov et al.（2006）提出，S/MARs 调节染色质可及性和与 FSHD 相关的基因表达。
Petrov et al.（2008）提出，FR-MAR，一种位于D4Z4重复阵列5-prime的S/MAR，可能在正常细胞中作为绝缘体元件发挥作用，以保护上游基因免受D4Z4的影响。通过报告基因检测，他们发现在所有检查的转染细胞系中，D4Z4 重复序列均显示出增强子功能和 FRG1 启动子的转录升高。删除分析将最强的增强子活性定位在 D4Z4 单元的 5 素端。FR-MAR 阻断了这种增强子功能。FR-MAR 还与正常成肌细胞的核基质相关，但与 FSHD 成肌细胞无关。Petrov et al.（2008）得出结论，FR-MAR 作为绝缘体发挥作用，保护 FRG 基因免受每个 D4Z4 重复单元中存在的增强子活性的影响。
通过单个 D4Z4 重复的体外细胞研究，Ottaviani 等人（2009）证明，D4Z4 既可以作为转录绝缘子，防止各种染色体环境的抑制影响，又可以作为增强子绝缘子，干扰增强子-启动子通讯。D4Z4 元件重复的添加逐渐消除了绝缘活性，表明重复元件在多聚化后减弱了其抗沉默活性。进一步研究表明，D4Z4的绝缘体功能依赖于CTCF（604167）和LMNA（150330）。研究结果证明了一种由 D4Z4 重复次数控制的染色质调控新模式。Ottaviani 等人（2009）提出，FSHD 患者中 D4Z4 阵列的减少通过允许 CTCF 结合并引发 D4Z4 生物学功能的变化而导致功能获得效应，从而使其从阻遏蛋白转变为阻遏蛋白。保护 FSHD 基因表达的绝缘体。
Dmitriev et al.（2011）表明KLF15（606465）在D4Z4重复单元内结合了一个增强子元件。KLF15与D4Z4增强子内的2个位点结合驱动FRG2和DUX4C（DUX4L9；615581），位于 D4Z4 重复阵列 40 kb 着丝粒以上。KLF15 表达在正常人成肌细胞分化和 MYOD（159970）表达后上调，并且在 FSHD 成肌细胞、肌管和肌肉活检中上调。除了 DUX4C 和 FRG2 之外，FSHD 细胞还显示 MYOD 和 KLF15 靶基因 PPARG（601487）的表达上调。Dmitriev et al.（2011）得出结论，MYOD依赖性KLF15表达参与了FSHD成肌细胞分化程序的部分激活。
4qA 和 4qB 多态性片段
人类4qter和10qter具有高度相似性，包括D4Z4重复序列；然而，影响 10qter 重复的收缩是非致病性的。Van Geel等人（2002）检测到D4Z4直接远端10 kb的多态性片段，他们将其称为等位基因4qA和4qB。Lemmers et al.（2002）报道称，尽管这 2 个等位基因在普通人群中同样常见，但 FSHD 仅与 4qA 等位基因相关。他们认为，这是本质上良性的亚端粒多态性易导致人类疾病发展的第一个例子。
Lemmers et al.（2004）得出结论，4qB亚端粒上D4Z4的收缩不会引起FSHD。4q、4qA 和 4qB 的 2 个等位基因变体存在于 D4Z4 远端的区域。尽管这两种变异在人群中几乎同样存在，但 FSHD 只与 4qA 等位基因相关。Lemmers et al.（2004）鉴定了 3 个 FSHD 家系，其中每个先证者携带 2 个 FSHD 大小的等位基因，并且 4qA/4qB 多态性是杂合的。分离分析表明，FSHD 大小的 4qB 等位基因与疾病无关，因为这些等位基因存在于未受影响的家庭成员中。因此，除了 D4Z4 的收缩外，FSHD 的发生可能还需要 4qA 上额外的顺式作用元件。或者，4qB 亚端粒可能含有预防 FSHD 发病机制的元素。
Lemmers et al.（2007）假设 4qA、4qB 和 10q 等位基因之间的等位基因特异性序列差异是 FSHD 4qA 特异性的基础。通过检查 FSHD 基因座的序列变异，他们证明 4q 的亚端粒结构域可以细分为 9 个不同的单倍型，其中 3 个携带远端 4qA 变异。他们表明，9 个单倍型中的 2 个（其中 1 个是 4qA 单倍型）中的重复收缩与 FSHD 无关。他们表明，这些单倍型中的每一种都有其独特的序列特征，并提出疾病单倍型中的特定 SNP 对于 FSHD 的发展至关重要。
D4Z4 相关基因表达的变化
Van Deutekom et al.（1996）鉴定了 FRG1 基因，该基因定位了 FSHD 中删除的染色体 4q35 上重复单元的 100 kb 着丝粒。他们鉴定了该基因外显子 1 的多态性，并使用 RT-PCR 扩增来自患者和对照的淋巴细胞和肌肉活检的逆转录 mRNA。这些研究表明，两个等位基因均被转录，并且没有证据表明“位置效应”变异导致等位基因转录受到抑制。
Gabellini et al.（2002）发现，在FSHD肌肉中，位于4q35上D4Z4上游的基因，包括FRG1、FRG2和ANT1（103220），被不适当地过度表达。他们发现D4Z4内的一个元件特异性结合由转录抑制子YY1（600013）、HMGB2（163906）和核仁素（NCL）组成的多蛋白复合物；164035）。这种多蛋白复合物在体外和体内结合 D4Z4 并介导 4q35 基因的转录抑制。Gabellini et al.（2002）提出，D4Z4的缺失会导致4q35基因的不适当的转录去抑制，从而导致疾病。在正常个体中，阈值数量的 D4Z4 重复序列的存在会导致 4q35 基因受到 DNA 结合多蛋白复合物的抑制，从而主动抑制基因表达。在 FSHD 患者中，删除完整数量的 D4Z4 重复序列会减少结合阻遏物复合物的数量，从而减少或消除 4q35 基因的转录抑制。
Jiang et al.（2003）发现正常和FSHD淋巴细胞中邻近4q35和10q26 D4Z4阵列的非重复区域的H4乙酰化水平与未表达的常染色质相似，而不是像组成型异染色质。对照和 FSHD 细胞在 4q35 候选基因 FRG1 和 ANT1 的 5 引物区域也表现出类似的 H4 高度乙酰化（与表达基因的高度乙酰化相似）。与对照组相比，FSHD 骨骼肌样本中这些基因的转录水平没有位置依赖性增加。Jiang et al.（2003）提出了一种FSHD模型，其中差异长距离顺式循环取决于4q35 D4Z4阵列的存在，该阵列的3.3-kb重复拷贝的阈值数量少于阈值数量。
Perini 和 Tupler（2006）提出，FSHD 可能被认为是研究人类位置效应的有用模型。D4Z4缺失可能导致肌肉细胞中基因表达的随机变异，并解释肌肉的不对称参与、家族之间和家族内临床表达的巨大变异性，以及需要删除一定数量的明显阈值效应。用于开发 FSHD 的 D4Z4 副本。
Osborne 等人（2007）检测到 19 名 FSHD 患者的肌肉活检中 FRG1、FRG2 或 ANT1 基因的表达与对照相比没有变化。对 D4Z4 阵列附近 8 Mb 区域的进一步研究表明，基因表达没有显着变化，没有位置效应的证据，也没有不平等等位基因特异性表达的证据。然而，对 FSHD 肌肉中整体基因表达的微阵列分析发现了 11 个在血管平滑肌或内皮细胞中发挥作用的上调基因，表明肌营养不良和 FSHD 血管病变之间可能存在联系。
Bosnakovski et al.（2008）在 C2C12 成肌细胞中以高表达水平和低表达水平条件表达 D4Z4 重复序列、DUX4、FRG1、FRG2 和 ANT1 内 FSHD 候选基因的 cDNA，发现只有 DUX4 具有明显的毒性，如通过细胞 ATP 含量、形态变化和细胞凋亡来指示。DUX4 在小鼠成纤维细胞或胚状体中表达时表现出不同的毒性。DUX4 在诱导后 2 小时内定位于 C2C12 细胞核。微阵列分析揭示了多种基因表达的改变，其中与生长发育和信号转导有关的基因的变化最大。Myod 的表达也在早期时间点下调。氧化应激和热休克基因在稍后的时间点下调，表明它们可能是次要目标。DUX4 同源域与 PAX3（606597）和 PAX7（167410）最相似，这些基因的过度表达可以挽救表达 DUX4 的 C2C12 细胞的活力和增殖。Bosnakovski等（2008）得出结论，DUX4可能通过干扰肌肉卫星细胞中正常的PAX3或PAX7功能而导致FSHD。
Lemmers等（2010）表明，FSHD患者在最后一个D4Z4重复序列远端的染色体区域携带特定的单核苷酸多态性。这种 FSHD 易感结构为源自 DUX4 的转录物产生了典型的聚腺苷酸化信号，DUX4 是一个跨最后一个重复单元和相邻序列的双同源基因。转染研究表明，DUX4 转录本被有效地聚腺苷酸化，并且在从允许的染色体中表达时更加稳定。Lemmers 等人（2010）得出的结论是，他们的研究结果表明 FSHD 是由于稳定的远端 DUX4 转录物导致的毒性功能增益而引起的。
Cabianca et al.（2012）发现FSHD细胞中染色体4q35基因的去抑制与FSHD基因座的长非编码RNA DBET（614865）的表达相关。DBET招募了组蛋白甲基转移酶Ash1l（ASH1; 607999）用于明显正反馈循环中的基因抑制。
D4Z4 和面肩肱型肌营养不良症 2
面肩肱型肌营养不良症2型（FSHD2；FSHD2；158901），Lemmers 等人（2012）鉴定了 SMCHD1 基因中的杂合功能丧失突变（参见例如 614982.0001-614982.0005）。7个家族的突变最初通过外显子组测序鉴定，并通过桑格测序证实。突变谱包括小缺失、剪接位点突变和错义突变，导致单倍体不足。患者的D4Z4低甲基化水平低于25%（正常约为50%），一些患者的蛋白印迹分析显示成纤维细胞中SMCHD1蛋白减少。受影响的个体对于 FSHD1（158900）允许的 D4Z4 单倍型也是杂合子或纯合子，该单倍型包含多腺苷酸化信号以稳定骨骼肌中的 DUX4 mRNA。来自正常个体的原代肌管在许可单倍型上具有正常大小和甲基化的 D4Z4 阵列，未显示 DUX4 mRNA。然而，使用RNA干扰将SMCHD1表达降低至约50%会导致DUX4转录激活以及肌管中DUX4蛋白表达的多样化模式。产生的多样化 DUX4 表达模式与 FSHD1 和 FSHD2 肌管培养物中观察到的相似。研究结果表明，SMCHD1 活性对于 D4Z4 超甲基化和 DUX4 的体细胞抑制是必需的，并且当存在许可单倍型时，SMCHD1 的减少会导致表达 DUX4 的 D4Z4 阵列。SMCHD1 突变和允许的 D4Z4 单倍型在家族中孤立分离，表明双基因遗传。在 D4Z4 低甲基化、SMCHD1 突变和允许的 D4Z4 单倍型的 26 名个体中，5 名（19%）无症状，表明不完全外显。
▼ 细胞遗传学
Kawamura-Saito等人（2006）在2例尤文样肉瘤（见612219）中发现了染色体易位t（4;19）（q35;q13）。染色体19q13的断点位于CIC基因（612082）的20号外显子内，染色体4q35的断点位于D4Z4重复区的DUX4编码区内。易位产生了 CIC-DUX4 融合转录物，该转录物被翻译成包含大部分 CIC 序列的嵌合蛋白，包括 HMG 框和 TLE（参见 600189）结合位点，框内融合到 DUX4 的 C 末端。该嵌合蛋白不包含 DUX4 的 N 端 DNA 结合同源域。没有观察到相互的 DUX4-CIC 转录本。当转染到小鼠成纤维细胞中时，CIC-DUX4 转录物诱导不依赖锚定的生长。尽管 CIC 是转录抑制因子，但 CIC-DUX4 转录物在转染到 HeLa 细胞中时会增强报告基因的转录。微阵列分析显示，CIC-DUX4转染人骨肉瘤细胞系后基因表达发生改变，包括ERM（ETV5；ETV5；ERM）表达显着上调。601600）和ETV1（600541）。染色质免疫沉淀分析和电泳迁移率变动测定证实了嵌合蛋白与 ERM 和 ETV1 启动子的结合。
▼ 进化
Clapp等人（2007）在啮齿动物、非洲兽亚目（大象及相关物种的总目）和其他物种的基因组中鉴定出D4Z4同源物，并表明DUX4 ORF是保守的。系统发育分析表明灵长类动物和非洲其他动物的 D4Z4 阵列是直系同源的，并且起源于包含内含子的 DUX 基因 DUXC 的逆转录转座副本。逆转录酶 PCR 和 RNA 荧光以及组织原位杂交数据表明小鼠阵列的转录。Clapp等人（2007）得出的结论是，加上DUX4 ORF保存了1亿多年，这有力地支持了D4Z4的编码功能，并需要重新审查当前的FSHD机制模型。
▼ 动物模型
Dux 或 Duxf3 是人类 DUX4 的直系同源物。Chen和Zhang（2019）发现Dux合子基因敲除（Z-KO）和Dux母体和合子基因敲除（MZ-KO）胚胎出生时孟德尔频率降低，但存活至成年且无明显异常。1 细胞和晚期 2 细胞 Dux MZ-KO 胚胎的 RNA 测序分析表明，Dux 的丢失对合子基因组激活（ZGA）的影响很小。尽管Dux对于胚胎干（ES）细胞进入2细胞（2C）样ES蜂窝状态至关重要，但2C样细胞中的大多数Dux靶点在MZ-KO胚胎中正常激活。
