谷氧还蛋白5；GLRX5
GRX5
染色体 14 开放解读码组 87; C14ORF87
PRO1238
FLB4739
HGNC 批准的基因符号：GLRX5
细胞遗传学定位：14q32.13 基因组坐标（GRCh38）：14:95,535,050-95,544,714（来自 NCBI）
▼ 说明
GLRX5基因编码的线粒体蛋白在铁硫（Fe-S）簇的生物发生中起重要作用，并且对于维持细胞内铁稳态具有重要意义（Ye et al., 2010）。它还在线粒体 Fe-S 簇转移至脱辅基蛋白（如硫辛酸合成酶）中发挥重要作用（Baker 等人，2014 年和 Liu 等人，2016 年总结）。
▼ 克隆与表达
Strausberg et al.（2002）将人类GLRX5基因鉴定为C14ORF87。
Wingert et al.（2005）确定人类GLRX5基因编码一个157个氨基酸的蛋白质，该蛋白质在斑马鱼、小鼠和人类中高度保守。
Wingert et al.（2005）发现Grx5在斑马鱼发育中的血液以及肝脏和心脏中高表达。在小鼠中，Grx5在胚胎第7.5天（E7.5）表达普遍存在，但E8.5在卵黄囊血岛中优先表达明显。在 E10.5 和 E12.5 之间成熟的原始红细胞中 Grx5 逐渐下调，而在 E12.5 时胎儿肝脏中表达高。
Ye et al.（2010）发现人类GLRX5基因在HeLa细胞的线粒体中表达。在小鼠中，Glrx5 在肝、肾、肺和心脏等多种组织中低水平表达，而在骨髓细胞（特别是红细胞）以及大脑的某些部位（包括海马体和小脑。
▼ 测绘
Wingert et al.（2005）通过人和斑马鱼的同线性同源性，将GLRX5基因定位到人类染色体14q32。
▼ 基因功能
Ye et al.（2010）发现GLRX5敲低影响了线粒体和细胞质中Fe-S簇的组装，导致线粒体乌头酸酶（ACO2; 100850）活性和胞浆黄嘌呤氧化酶（607633）活性降低。GLRX5 耗竭改变了细胞内铁稳态，导致非血红素铁增加，其中大部分在线粒体中积累。H-铁蛋白减少，表明细胞质铁缺乏。GLRX5结合并参与Fe-S簇的形成；GLRX5耗竭阻断Fe-S生物合成，从而激活IRP1的IRE结合活性，抑制ALAS2（301300）的表达，从而干扰红细胞中的血红素生物合成途径。研究结果表明GLRX5在血红素合成和红细胞生成中具有重要作用。
Liu等（2016）发现人GLRX5直接与红系细胞中的ISCU支架（611911）相互作用，表明其在线粒体Fe-S转移至脱辅基蛋白中发挥作用。
▼ 分子遗传学
铁粒幼细胞性贫血3
一名意大利南部男性患有铁粒幼细胞贫血-3（SIDBA3; Camaschella et al.（2007）在GLRX5基因（609588.0001）中发现了纯合剪接位点突变（616860）。
Liu et al.（2014）在一名患有 SIDBA3 的中国男性中鉴定出 GLRX5 基因（K101Q；K101Q；609588.0002 和 L148S；609588.0003）。没有对这些变体进行直接功能研究，但患者外周血细胞中线粒体 Fe-S 生物发生受损，FECH（612386）水平下降证明了这一点。
Daher等人（2019）在一名患有SIDBA3的14岁女孩中鉴定出GLRX5基因的复合杂合突变（C69Y, 609588.0006；M128K，609588.0007）。该突变与家庭中的疾病分离。尚未对这些变体进行功能研究，但对患者类淋巴母细胞的研究表明，几种含 Fe-S 的酶（包括线粒体呼吸链复合物 I 和 IV）的活性降低。
儿童期发作的痉挛伴高甘氨酸血症
2 名无亲属关系的黎巴嫩裔女孩患有儿童期痉挛伴高血糖症（SPAHGC；Baker et al.（2014）在GLRX5基因中发现了纯合框内缺失（K51del; 616859）。609588.0004）。该突变是通过对参与铁硫簇生物发生的候选基因的纯合性作图和测序发现的。随后发现一名具有相似表型的中国患者为K51del突变和移码突变的复合杂合子（609588.0005）。与对照组相比，患者细胞显示正常的GLRX5蛋白水平，但丙酮酸脱氢酶（PDH）和α-酮戊二酸脱氢酶（α-KGDH）复合物的E2子单元上的硫辛酸水平降低至缺失；野生型 GLRX5 转染后，硫辛酸水平恢复正常。
▼ 基因型/表型相关性
在体外细胞转染和功能表达测定中，Liu et al.（2016）发现影响GLRX5蛋白不同部分的突变会导致不同的生化细胞表型。具体来说，GLRX5缺失和K101Q突变导致PDH和α-KGDH活性显着降低，而L148S和组合的K101Q/L148S突变不影响这些酶复合物。此外，表达K51del突变的细胞具有正常的乌头酸酶活性和FECH表达，但PDH和α-KGDH复合物活性降低。K51del 与 K101Q 突变的共表达并不能挽救这一缺陷，而与 L148S 突变的共表达确实弥补了该缺陷，表明 L148S 突变体能够进行适当的硫辛酸生物合成。这些细胞发现可以解释 SIDBA3 和 SPAHGC 患者之间的表型差异。
▼ 动物模型
Wingert et al.（2005）表明“shiraz”（sir）斑马鱼突变体的低色素性贫血是由grx5缺陷引起的，grx5是酵母中Fe/S簇组装所需的基因。Wingert et al.（2005）发现grx5在斑马鱼和小鼠的红细胞中表达。斑马鱼grx5拯救了δ-grx5酵母Fe/S的组装，表明grx5的生化功能在进化上是保守的。与酵母相反，脊椎动物使用铁调节蛋白-1（IRP1；100880）来感知细胞内铁并调节mRNA稳定性或铁代谢基因的监测。Wingert et al.（2005）发现sir动物体内Fe/S簇组装的缺失会激活IRP1并阻断氨基乙酰丙酸合成酶2（ALAS2；ALAS2；301300）。没有结合 IRP1 的 5 素铁反应元件的 ALAS2 RNA 过表达可以挽救 Sir 胚胎，而包括铁反应元件在内的 ALAS2 过表达却不能。此外，IRP1 的反义敲除恢复了 Sir 胚胎血红蛋白的合成。Wingert et al.（2005）得出结论，他们的发现揭示了血红素生物合成和Fe/S簇之间的联系，表明分化红细胞中血红蛋白的产生是通过Fe/S簇组装来调节的。
▼ 等位基因变异体（7个精选示例）：
.0001 贫血，铁粒幼细胞，3
GLRX5、GLN98GLN
一名意大利南部男性患有铁粒幼细胞贫血-3（SIDBA3; 616860），Camaschella 等人（2007）在 GLRX5 外显子 1 的最后一个密码子的第三个核苷酸中鉴定出纯合的 294A-G 转换。该突变不会改变第 98 位编码的谷氨酰胺，但预计会干扰正确的编码。 RNA剪接。与对照组相比，患者细胞显示 GLRX5 表达降低，这与剪接缺陷一致。进一步的分析表明铁结合蛋白的失调。
Ye等人（2010）在Camaschella等人（2007）报道的患者来源的细胞中发现了不可检测的GLRX5蛋白水平。线粒体乌头酸酶（ACO2; 100850）检测不到活性，胞质乌头酸酶（ACO1; 100880）活性降低至对照的 10% 以下。线粒体复合物 I 活性也降低至正常值的 20%，这与 Fe-S 簇生物发生的缺陷一致。Fe-S 簇生物发生的缺陷对 ALAS2 活性和血红素生物合成产生负面影响。FECH（612386）水平在患者淋巴母细胞中降低，但在患者成纤维细胞中没有降低，进一步表明GLRX5在造血细胞中具有特定作用。然而，患者成纤维细胞显示出点状铁沉积，其模式与线粒体铁超载一致。用野生型 GLRX5 转染患者细胞可挽救形态和生长缺陷以及生化异常。
.0002 贫血，铁粒幼细胞，3
GLRX5、LYS101GLN
一名中国男性患有铁粒幼细胞贫血-3（SIDBA3; Liu et al.（2014）鉴定了GLRX5基因中的复合杂合错义突变：c.301A-C颠换，导致高度保守残基处的lys101-to-gln（K101Q）取代，以及c.606860）。 443T-C转变，产生leu148-to-ser（L148S; 609588.0003）保守残基处的取代。
在体外细胞转染和功能表达测定中，Liu et al.（2016）发现K101Q突变可能阻止Fe-S与GLRX5蛋白的结合，而L148S突变可能干扰Fe-S从GLRX5转移到受体蛋白质。Liu et al.（2016）发现GLRX5缺失和K101Q突变导致丙酮酸脱氢酶（PDH）和α-酮戊二酸脱氢酶（KGDH）活性显着降低，而L148S和K101Q/L148S联合突变不影响这些突变。酶复合物，这解释了 Liu 等人（2014）报道的中国患者缺乏额外特征的原因。
.0003 贫血，铁粒幼细胞，3
GLRX5、LEU148SER
讨论 GLRX5 基因中的 c.443T-C 转变，导致 leu148 到 Ser（L148S）取代，该取代在铁粒幼细胞性贫血 3（SIDBA3）患者的复合杂合状态下发现；616860），刘等人（2014），参见609588.0002。
.0004 儿童期发病的痉挛，伴有高甘氨酸血症
GLRX5、3-BP DEL、151AAG
2 名无亲属关系的黎巴嫩裔女孩患有儿童期痉挛伴高血糖症（SPAHGC；Baker等人（2014）在GLRX5基因的外显子1中发现了一个纯合的3-bp缺失（c.151_153delAAG），导致谷氧还蛋白结构域中的保守残基lys51（K51del）缺失（C.616859）。该突变是通过对参与铁硫簇生物发生的候选基因的纯合性作图和测序发现的，在两个家族中与该疾病分离，并且在 172 名黎巴嫩对照中未发现。与对照组相比，患者细胞显示正常的GLRX5蛋白水平，但丙酮酸脱氢酶（PDH）和α-酮戊二酸脱氢酶（α-KGDH）复合物的E2子单元上的硫辛酸水平降低至缺失；野生型 GLRX5 转染后，硫辛酸水平恢复正常。随后发现一名具有相似表型的中国患者为 K51del 突变和 8 bp 插入的复合杂合子（c.82_83insGCGTGCGG；609588.0005），导致移码和提前终止（Gly28GlyfsTer25）。每个未受影响的亲本都具有其中一种突变的杂合性，而这两种突变在 188 个对照中国等位基因中均未发现。研究结果表明，GLRX5 可能在向硫辛酸合酶提供铁硫簇的途径中发挥作用。
Liu等（2016）在体外细胞转染和功能表达测定中发现，表达K51del突变的细胞具有正常的乌头酸酶（ACO2；100850）的活性和FECH（612386）的表达，但降低了PDH和α-KGDH复合物的活性：与K101Q（609588.0002）突变共表达并没有弥补这一缺陷，而与L148S（609588.0003）突变共表达确实弥补了这一缺陷，表明L148S突变体能够进行适当的硫辛酸生物合成。
.0005 痉挛，儿童期发病，伴有高甘氨酸血症
GLRX5、8-BP INS、NT82
讨论 GLRX5 基因外显子 1 中的 8 bp 插入（c.82_83insGCGTGCGG）导致移码和提前终止（gly28GlyfsTer25），该现象在儿童期痉挛伴高甘氨酸血症患者中发现处于复合杂合状态（ SPAHGC；Baker et al.（2014），参见 616859），参见 609588.0004。
.0006 贫血，铁粒幼细胞，3
GLRX5、CYS67TYR
一名14岁女孩患有铁粒幼细胞性贫血-3（SIDBA3; 616860），Daher et al.（2019）鉴定了GLRX5基因突变的复合杂合性：外显子1中的c.200G-A转换（c.200G-A, NM_016417），导致cys67到tyr（C67Y） ） 替换，遗传自她的父亲，以及外显子 2 中的 c.383T-A 颠换，导致 met128 变为 lys（M128K；609588.0007），遗传自她的母亲。C67Y变体位于高度保守的区域，涉及铁簇配位；M128K 变体位于蛋白质表面高度保守的区域。通过桑格测序鉴定了突变。患者淋巴母细胞和 CD34+ 细胞中 GLXR5 的 mRNA 表达不受影响。
.0007 贫血，铁粒幼细胞，3
GLRX5、MET128LYS
讨论 GLRX5 基因中的 c.383T-A 颠换（c.383T-A, NM_016417），导致met128-to-lys（M128K）取代，这种情况在铁粒幼细胞性贫血患者的复合杂合状态下发现-3（SIDBA3；Daher 等人（2019）（616860），参见（609588.0006）。
