肌管蛋白；MTM1
HGNC 批准基因符号：MTM1
细胞遗传学定位：Xq28 基因组坐标（GRCh38）：X:150,562,653-150,673,143（来自 NCBI）
▼ 说明
MTM1 基因编码的蛋白质属于假定的酪氨酸磷酸酶家族。肌管蛋白是肌肉细胞分化所必需的。肌管蛋白也是一种有效的磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）磷酸酶（Blondeau et al., 2000；泰勒等人，2000）。
据Laporte et al.（1998）报道，已报道了8个编码人类肌管蛋白相关蛋白的不同基因：Xq28上的MTMR1（300171）；11q22 MTMR2（603557）；MTMR3（603558）22q12；染色体17上的MTMR4（603559）；SBF1，又称MTMR5（603560），位于22qter；MTMR6（603561）13q12；MTMR7（603562）8点22分；和MTMR8（MTMR9；606260）8p23-p22。
▼ 克隆与表达
三个小组的联合体（Laporte et al., 1996）报道了 MTM1 基因的分离和表征（Laporte et al., 1996）。他们限定了X染色体连锁肌管肌病-1（XLMTM；310400）至280 kb，然后使用定位克隆来表征编码至少621个氨基酸和聚腺苷酸化位点的3.4-kb cDNA。来自肝脏和骨骼肌的其他克隆显示了替代的上游聚腺苷酸化位点。由 MTM1 基因编码的蛋白质（称为肌管蛋白）被发现在酵母中高度保守。该蛋白质包含酪氨酸磷酸酶活性位点的共有序列，酪氨酸磷酸酶是参与信号转导的一类广泛的蛋白质。初步 Northern 分析显示 3.9 kb MTM1 转录物普遍表达，同时在骨骼肌和睾丸中检测到 2.4 kb 信息。酵母中的高度保守性和 MTM1 转录本的普遍表达与肌管性肌病的明显肌肉特异性形成鲜明对比。Laporte et al.（1996）指出，至少有 3 个其他基因（其中 1 个位于距离 MTM1 基因 100 kb 以内）编码具有非常高序列相似性的蛋白质，并与 MTM1 基因一起定义了一个新的推定酪氨酸磷酸酶家族（ PTPs）在人身上。Kioschis et al.（1996）构建了一个包含整个MTM1候选区域的900-kb粘粒重叠群，并在该区域内鉴定了10个新的转录本。
▼ 测绘
Laporte et al.（1996）通过定位克隆将MTM1基因定位到Xq28。
Kioschis et al.（1998）确定MTM1和MTMR1基因转录方向相同，且相距20 kb。对包含 MTM1 和 MTMR1 的基因组区域的分析表明，这两个基因是相关的，并且源自染色体内基因重复。作者指出，Xq28 中染色体内基因重复的其他例子包括 IDS（300823）基因重复和 MAGE 基因簇（参见 300016）。
作为克隆 MTM1 基因的一部分，de Gouyon 等人（1996）开发了小鼠 X 染色体的 YAC 重叠群，其中包括与人类 MTM1 关键区域内的同源位点，IDS 之间有 300 kb 的间隔（ Xq28 上的 300823）和 GABRA3（305660）。他们通过分离保守的小鼠基因组片段（包括 CpG 岛和捕获的外显子）来比对人类和小鼠的物理图谱。
▼ 基因功能
SET（Suvar3-9，Enhancer of zeste，trithorax）结构域最初被确定为几种果蝇蛋白中的特征基序，有助于基因调控的表观遗传机制。人原癌蛋白HRX（159555）也含有SET结构域。Cui et al.（1998）确定MTM1和SBF1（603560）在体外和体内与HRX相互作用。这种相互作用在缺乏 SET 结构域的 HRX 致癌形式中被消除。与 HRX 一样，SBF1 和 MTM1 都定位于哺乳动物细胞的细胞核。作者发现MTM1和SBF1有一个保守的SET相互作用域（SID），显示出配对的两亲螺旋二级结构。与MTM1相比，SBF1在体外缺乏双特异性磷酸酶活性，这表明SBF1充当防止底物去磷酸化的保护因子。SBF1的异位表达损害了成肌细胞的体外分化，这意味着SET结构域蛋白与肌管蛋白家族的催化活性成员的相互作用对于生肌程序的执行至关重要。作者表示，这些结果与 X染色体连锁肌管肌病（XLMTM）中遗传性 MTM1 功能丧失突变对肌肉成熟的不利影响一致。他们得出结论，肌管蛋白将表观遗传调控机制的包含 SET 结构域的成分与参与分化的信号通路连接起来。
Taylor et al.（2000）报道肌管蛋白（myotubularin）是一种肌肉细胞分化所需的蛋白酪氨酸磷酸酶，是一种有效的磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）磷酸酶。他们发现导致人类肌管肌病的 MTM1 基因突变显着降低了磷酸酶去磷酸化 PI3P 的能力。这些发现提供了证据，表明肌管蛋白在肌生成过程中通过调节肌醇脂质 PI3P 的细胞水平发挥其作用。
Blondeau et al.（2000）研究了MTM1的活性和底物特异性。活性人肌管蛋白的表达抑制了粟酒裂殖酵母的生长，并诱导了与液泡蛋白分选（VPS）途径突变体相似的液泡表型，特别是与磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K；VPS34）突变体相似的液泡表型。见602838）。在删除了内源性MTM同源基因的粟酒裂殖酵母细胞中，人肌管蛋白的表达降低了磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）的水平。底物陷阱突变体重新定位到 HeLa 细胞中的质膜突出物（尖峰），并且在粟酒裂殖酵母测定中失活。该突变体（而非野生型或磷酸酶位点突变体）能够免疫沉淀 VPS34 激酶活性。野生型肌管蛋白还能够在体外直接使 PI3P 和 PI4P 去磷酸化。作者假设肌管蛋白可能通过下调 PI3K 活性和直接降解 PI3P 来降低 PI3P 水平。
Laporte et al.（2001）对肌管蛋白相关基因进行了广泛的综述。这些基因定义了一个大的真核蛋白家族，其中大多数最初的特征是存在与酪氨酸磷酸酶、双特异性蛋白磷酸酶和脂质磷酸酶PTEN（601728）活性位点相关的10个氨基酸共有序列。 。MTM1 是该家族的创始成员。MTMR2（603557）的密切同源物在夏科-玛丽-图思神经病（601382）的隐性形式中发生突变。Laporte et al.（2001）指出，虽然肌管素被认为是一种双特异性蛋白磷酸酶，但研究表明它主要是一种脂质磷酸酶，作用于磷脂酰肌醇3-单磷酸，可能参与磷脂酰肌醇3的调节-激酶（PI 3-kinase）途径和膜运输。
Nandurkar et al.（2003）将myotubularin鉴定为与3PAP（606501）相互作用的催化活性3-磷酸酶子单元。重组肌管蛋白定位于质膜，导致广泛的丝状伪足形成。然而，3PAP 与肌管蛋白的共表达导致质膜表型减弱，这与肌管蛋白重新定位到细胞质有关。总的来说，这些研究表明 3PAP 作为肌管蛋白的“转换因子”发挥作用，调节肌管蛋白的细胞内位置，从而改变肌管蛋白过度表达导致的表型。
Ketel et al.（2016）报道，内体货物的表面递送需要磷脂酰肌醇3-磷酸酶MTM1水解PI（3）P，这种酶的功能丧失会导致X染色体连锁中心核肌病（也称为肌管肌病）。人类。MTM1 去除内体 PI（3）P 的同时伴随着磷脂酰肌醇 4-激酶-2-α（PI4K2-α）依赖性的 PI（4）P 生成以及外囊束缚复合物的募集以实现膜融合。Ketel et al.（2016）得出的结论是，他们的数据建立了一种在通往质膜的途中在内体中从 PI（3）P 到 PI（4）P 的磷酸肌醇转化机制，并表明内体中缺陷的磷酸肌醇转化是 X 染色体连锁中心核的基础。人类 MTM1 突变引起的肌病。
▼ 分子遗传学
在患有 XLMTM 的男性中，Laporte 等人（1996）证明了 620 号核苷酸处的 A-G 转变，预测 MTM1 基因（300415.0001）中的天冬酰胺-207 被丝氨酸取代。这是在所研究的 60 名 MTM1 患者中的 7 名中发现的 4 个错义突变之一，以及 3 个移码突变。
de Gouyon 等人（1997）通过对肌管蛋白基因 92% 的已知编码序列进行直接基因组测序，在 41 名无关男性患者中发现了 26 名突变，这些患者患有经肌肉活检证实的肌管肌病。在 18 名患者中发现了点突变，其中在 4 名患者中发现了 A 到 G 的转变，这改变了外显子 12 中的剪接受体位点并导致 3 个氨基酸插入。6 名患者的小缺失涉及不到 6 bp，而 2 名较大的缺失分别包含 2 个和 6 个外显子。5例轻度表型患者均存在错义突变（如300415.0003）。虽然 50% 的突变出现在外显子 4 和 12 中，并且在超过 1 名患者中发现了 3 种不同的突变，但没有单一突变占病例的 10% 以上。de Gouyon 等人（1997）认为，大缺失频率低且突变种类多样，分子诊断的直接突变筛查可能需要基因测序。
同时，由 3 组研究人员组成的联盟（Laporte 等人，1997）报道了通过 SSCP 筛查所有编码序列的 85 名无关患者中的 55 名发现了 MTM1 突变。仅在 3 名患者中观察到大的缺失。在多个不相关的患者中发现了 5 个点突变，占观察到的突变的 27%。预计超过一半的突变会通过截短或影响预测的蛋白质酪氨酸磷酸酶结构域的错义突变使肌管蛋白的推定酶活性失活。Laporte et al.（1997）提出，由于额外的错义突变聚集在蛋白质的两个区域中，因此该蛋白质可能存在其他功能域，而受影响的氨基酸在酵母和线虫中是保守的。
Tanner等（1998）在之前通过连锁分析研究的3个家系中，发现MTM1基因中的3个新突变是导致X染色体连锁隐性肌管性肌病的原因：受体剪接位点突变（300415.0004）、移码突变（300415.0005） ，以及涉及隐秘剪接位点的内含子突变（300415.0006）。
Buj-Bello等人（1999）报道了XLMTM患者中21种突变（其中14种为新突变）的鉴定。十七种突变与严重的表型相关。其他 4 个突变（3 个错义和 1 个单氨基酸缺失）出现在表型较轻的患者中；尽管他们在出生时都患有严重的肌张力低下症，但随着年龄的增长，肌张力低下症有所改善。
Laporte et al.（1998）确定了MTM1基因所有15个外显子的内含子侧翼序列，以方便患者突变的检测和遗传咨询。他们在基因附近鉴定了一个新的多态性标记，这可能对连锁分析有用。Laporte et al.（2000）报道了肌管性肌病病例中的29种突变，其中16种是新突变。他们表示，在不相关的家族中已发现 198 个突变，占整个基因中广泛分布的 133 个不同的疾病相关突变。大多数点突变是截短的，但 26%（133 个中的 35 个）是错义突变，影响果蝇直向同源物和同源 MTMR1 基因中保守的残基。3个复发突变影响了17%的患者，在几个孤立家族中总共发现了21个突变。女性携带者的频率似乎高于预期；只有 17% 是新生突变。虽然大多数截短突变会导致严重的早期致死表型，但一些错义突变与较温和的形式和延长生存期相关，在第一个报道的家族中生存期长达 54 年（Van Wijngaarden 等人，1969 年；巴特和杜博维茨，1998）。
Herman等人（2002）指出，全世界已在MTM1基因中发现了133种不同的突变。他们报告称，在另外 50 个美国家庭中检测到了经活检证实的 MTM1 突变。在 41 名患者中发现了 18 种以前未曾描述过的新突变。在所研究的散发病例的母亲中，88% 被确定为携带者。
Tsai等（2005）报道了31名日本患者因MTM1基因突变引起的肌管性肌病，并鉴定出14种新突变。截短突变和基因消除大缺失占突变的 52%。在3名无关患者中发现剪接位点突变（300415.0006），表明它是一个突变热点。
▼ 动物模型
为了了解XLMTM的病理生理机制，Buj-Bello等人（2002）通过同源重组产生了缺乏肌管蛋白的小鼠。这些小鼠虽然可以存活，但它们的寿命却严重缩短。它们在大约 4 周龄时开始出现全身性进行性肌病，伴有肌萎缩和骨骼肌纤维中央核积聚，导致 6 至 14 周龄时死亡。Buj-Bello et al.（2002）表明基因敲除小鼠的肌肉分化正常发生，这与预期相反。他们提供的证据表明，具有集中肌核的纤维主要源自影响肌管蛋白缺乏的肌肉的结构维护缺陷，而不是再生过程。此外，他们通过条件基因靶向方法证明骨骼肌是小鼠 XLMTM 病理学的主要目标。
Dowling等人（2009）观察到，肌管蛋白水平降低的斑马鱼运动功能显着受损，肌肉组织病理学发生明显变化，包括细胞核形状和位置异常以及肌纤维萎缩，正如在人类疾病中观察到的那样。肌管蛋白的损失导致体内肌肉中 PI3P 水平升高。斑马鱼肌肉中 Mtm1 的吗啡啉敲低导致 T 管和肌浆网网络异常，类似于肌管肌病患者中观察到的 T 管紊乱。同源肌管蛋白相关蛋白 Mtmr1 和 Mtmr2 的表达可以在功能上补偿斑马鱼肌管蛋白的损失。Dowling等人（2009）提出，XLMTM可能与肾小管网状异常和兴奋收缩耦合缺陷与RYR1基因突变引起的肌病有关（180901）。
Fetalvero et al.（2013）发现Mtm1 -/- 骨骼肌中PI3P、泛素化蛋白和通常通过自噬降解的脂化蛋白的含量增加。Mtm1 -/- 骨骼肌还表现出缺陷线粒体的积累，伴随着 COX 酶活性降低和主要营养传感器和自噬抑制剂 mTORC1（参见 601231）活性升高。在 Mtm1 -/- 小鼠的肝脏、心脏或大脑中未观察到 mTORC1、线粒体或未降解蛋白质含量的变化。隔夜禁食激活野生型骨骼肌中 mTORC1 依赖性自噬抑制，但不激活 Mtm1 -/- 骨骼肌。抑制过度激活的 mTORC1 可以使 Mtm1 -/- 小鼠的自噬正常化并挽救肌肉质量。Fetalvero et al.（2013）得出结论，MTM1参与mTORC1和自噬的调节。
Cowling et al.（2014）发现，与对照组相比，从患有CNMX（XLMTM）的人类患者和杂合Mtm1 -/y小鼠中分离的肌肉活检中分离出的DNM2（602378）表达增加了1.5倍。Mtm1 -/y 与 Dnm2 +/- 小鼠杂交导致存活率增加并大大提高了肌肉力量，这表明 Dnm2 基因表达的减少可以挽救 Mtm1 -/y 小鼠中观察到的早期致死率。与Mtm1-/y小鼠相比，双突变小鼠的骨骼肌显示出减少甚至挽救性萎缩，并且双突变小鼠中不存在或减少了纤维萎缩和细胞核错位等组织学异常。超微结构分析显示肌节组织和三联体结构得到改善。此外，肌肉特异性减少 Dnm2，特别是膈肌中的 Dnm2，即使在出生和症状出现后也足以挽救致命的表型。研究结果表明，MTM1 和 DNM2 通过共同的途径调节肌肉组织和力量，并表明 MTM1 可能充当 DNM2 的负调节因子。Cowling et al.（2014）得出结论，降低DNM2蛋白水平可能为CNMX患者提供一种治疗方法。
▼ 等位基因变异体（10个精选例子）：
.0001 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、ASN207SER
患有X染色体连锁肌管肌病（CNMX；310400），Laporte 等人（1996）证明了核苷酸 620 的 A 到 G 转变，预测 MTM1 基因中天冬酰胺 207 被丝氨酸取代。这是在所研究的 60 名 MTM1 患者中的 7 名中发现的 4 个错义突变之一，以及 3 个移码突变。
.0002 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、TYR415CYS
受影响的个体被认为患有某种形式的 X染色体连锁肌管肌病（CNMX；310400）与Xq28形式（Samson et al., 1995）不同，Guiraud-Chaumeil et al.（1997）发现了一个碱基对变化，1244A-G，导致预测蛋白中酪氨酸415变为半胱氨酸（他们称之为肌管蛋白）。编码在外显子 c 中的酪氨酸（Laporte et al., 1996）靠近假定的酪氨酸磷酸酶活性位点（位置 389 至 402），并且在酵母和线虫中的肌管蛋白同源物中是保守的。
.0003 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、ARG69CYS
3例X染色体连锁肌管肌病（CNMX；de Gouyon 等人（1997）研究的 310400）以及 Laporte 等人（1997）研究的 1 名患者中，鉴定出 MTM1 基因中核苷酸 259 的 C 到 T 转变，预计会导致 arg69- to-cys（R69C）氨基酸取代。Laporte et al.（1997）的病人3岁时仍然活着；de Gouyon 等人（1997）报告的 2 名患者已知具有轻度表型，其中 1 名患者的叔叔患有该病。该突变与 CpG 二核苷酸相关。
.0004 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、IVS8、GA、-1
X染色体连锁肌管肌病（CNMX; 310400），Tanner et al.（1998）在内含子8的受体剪接位点（核苷酸733-1处）鉴定出G到A的转变。
.0005 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、4-BP DEL、NT195
X染色体连锁肌管肌病（CNMX; 310400），Tanner et al.（1998）鉴定出一个 4-bp 缺失（195delAGAA），导致第 66 位氨基酸发生移码。该突变预计会导致 MTM1 基因产物过早终止密码子和截短。
.0006 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、IVS11、AG、-10
X染色体连锁肌管肌病（CNMX; 310400），Tanner等人（1998）发现内含子11（核苷酸1315-10）中的A到G转变与MTM1表型相关的单倍型共分离。据推测，在核苷酸位置1315-10处存在隐秘剪接位点。对患者肌肉来源的 RNA 进行 RT-PCR 并对所得产物进行后续测序，证明剪接发生在新的剪接位点。这预测了在蛋白质保守区域的外显子 c 和外显子 12 之间的框内插入了 3 个氨基酸（FIQ）。
在Laporte等人（2000）的列表中，这是X染色体连锁肌管肌病病例中MTM1基因中最常见的突变，并导致严重的肌病。
.0007 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、ARG241CYS
在Laporte et al.（2000）的列表中，X染色体连锁肌管肌病（CNMX；CNMX；310400）是核苷酸 721 处的 C 到 T 转换，导致 arg241 到 cys 氨基酸取代。5名患者表型为轻度（其中3名患者4岁时仍存活），2名患者为重度表型。
.0008 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、ARG224TER
Sutton et al.（2001）描述了一个X染色体连锁肌管肌病（CNMX; 310400），其中指标雄性为 MTM1 基因外显子 8 中 arg224-to-ter（R224X）突变的半合子。根据连锁分析，母亲和外祖母是必然携带者，但均未表现出任何肌病的临床表现。另一方面，一位姨妈注意到她在 5 岁时爬楼梯困难，随后肢体近端肌肉逐渐萎缩和无力。8 岁时开始出现面部无力，导致轻度构音障碍。13岁时，她被发现患有脊柱侧弯。29岁时检查显示双侧面部无力，近端肢带萎缩无力，双侧胫骨前肌无力。无眼外运动无力。肌酸激酶升高至 203 IU/L。尽管怀疑存在 X 染色体失活的倾斜模式，但在该女性的淋巴细胞或肌肉 DNA 中检测到了这种失活模式，并发现该女性具有 R224X 突变杂合子。
.0009 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1，1-BP DEL，605T
Schara et al.（2003）报道了一名女性因肌管性肌病（CNMX；CNMX；310400）。怀孕期间，胎动减少。出生后，她出现严重肌张力低下、呼吸困难、哭声微弱、腱反射消失、上颚高拱、右侧上睑下垂等症状。后来她出现肢带和面部肌肉无力以及蹒跚的步态。骨骼肌活检显示纤维尺寸变化很大，内部细胞核众多。MTM1 基因的直接测序显示杂合移码突变 605delT。Schara 等人（2003）指出，与其他报告的受影响女性相比，该女性的临床病程更为严重，并强调了症状的产前发作。
.0010 肌管肌病，X染色体连锁
MTM1、GLU157LYS
在一个患有异常轻微 X染色体连锁肌管肌病（CNMX；310400），正如3名存活到成年的雄性所表明的那样，Yu等人（2003）在MTM1基因的外显子7中发现了469G-A转变，导致glu157到lys（E157K）的取代。没有因肌病导致新生儿或婴儿死亡。一名受影响的男性没有新生儿窒息，具有正常的早期运动里程碑，并且能够通过举重将肌肉质量和力量增加到正常水平。另一名受影响男性，55，孤立生活。另外两个家族，每个家族都具有由 MTM1 基因错义突变引起的轻度表型和多个成年幸存者，此前已被描述过（Barth 和 Dubowitz，1998；Biancalana 等，2003）。
