CASEINOLYTIC 线粒体矩阵肽酶伴侣子单元; CLPX
ClpX，大肠杆菌，同源物
HGNC 批准的基因符号：CLPX
细胞遗传学定位：15q22.31 基因组坐标（GRCh38）：15:65,148,219-65,185,342（来自 NCBI）
▼ 说明
CLP型蛋白酶由催化子单元（CLPP; 601119）和分子伴侣子单元，例如 CLPX，提供 ATP 依赖性靶标特异性。这些蛋白酶有助于蛋白质稳态和蛋白质质量控制，并调节细胞内调节蛋白的浓度（Kang 等人总结，2002）。
▼ 克隆与表达
Santagata et al.（1999）克隆了小鼠Clpx。推导的 632 个氨基酸的蛋白质的计算分子量为 69.2 kD。它具有 N 端线粒体靶向序列，随后是 C4 型锌指区域、具有经典 P 环和 Walker B Mg（2+）结合口袋的 ATPase 基序以及 2 个串联 PDZ 样结构域。ATPase 基序与 F1 ATPase（参见 164360）和 P 型转运蛋白（参见 300011）具有明显的相似性。cDNA 在 met37 处有第二个可能的起始密码子。Northern印迹分析检测到2.9-kb转录物在小鼠肝脏和睾丸中高表达，在心脏和肾脏中表达较弱，在脑、脾、肺和骨骼肌中很少或没有表达。2.6 kb 的 Clpx 转录物仅在睾丸中高度表达。
通过在EST数据库中检索与E. coli ClpA和ClpX以及S. cerevisiae Hsp78（CLPB；616254），随后对人骨骼肌cDNA进行PCR，Corydon et al.（2000）克隆了CLPX。转录本的 3-prime 末端包含 4 个潜在的聚腺苷酸化位点。推导的 633 个氨基酸蛋白具有预测的 N 端线粒体定位信号，随后是潜在的 C4 型锌指基序和带有 ATP 酶结构域和底物识别/结合结构域的 C 端 AAA+ 模块。对 8 个人体组织进行 Northern 印迹分析，检测到 2 个约 3.0 和 5.6 kb 的主要转录物以及约 4.7 kb 的次要转录物的可变表达。骨骼肌中的表达最高，其次是心脏和肝脏。免疫组织化学分析和共聚焦激光扫描显微镜将表位标记的 CLPX 定位于转染细胞中的线粒体。
▼ 基因功能
Santagata et al.（1999）发现纯化的重组小鼠Clpx在Mg（2+）或Mn（2+）存在下表现出ATP酶活性，而在Ca（2+）存在下则活性弱得多。Clpx P 环内的 Lys300 是 ATP 酶活性所必需的。Clpx 在 6.8 至 8.8 的 pH 范围内、20% 乙醇存在、氯化钠浓度在 150 至 450 nM 之间、55 摄氏度下表现出高活性，表明 Clpx 可能在环境胁迫条件下发挥作用。表位标记的 Clpx 与 Clpp 在稳定的复合物中直接相互作用。
Kang等（2002）通过电子显微镜观察，纯化的重组人CLPP和CLPX分别形成七聚体和六聚体环。全酶 CLPXP 含有 2 个 CLPP 七聚环，每侧均由 CLPX 六聚环结合。CLPXP 在 ATP 或不可水解的 ATP 类似物存在下稳定。在不存在 CLPX 的情况下，CLPP 显示出针对蛋白质底物和 10 残基大肠杆菌 ClpP 底物的蛋白水解活性。CLPX 存在时活性增强。大肠杆菌或小鼠 Clpx 在功能复合物中与人 CLPP 相互作用，该复合物具有与大肠杆菌 ClpXP 全酶不同的底物特异性。
Kang等（2005）发现分离的人CLPP是稳定的七聚体，表观分子质量为169.2 kD。七聚体没有蛋白水解活性并且肽酶活性非常低。在 ATP 存在下，人 CLPX 与 CLPP 相互作用，形成表观分子质量超过 100 万道尔顿的复合物。CLPXP全酶具有蛋白酶活性，并且肽酶活性大大增加，表明与CLPX的相互作用影响了CLPP催化活性位点的构象。
Kardon等人（2015）通过研究CLPX的酵母同源物，发现CLPX是ALAS（ALAS1, 125290和ALAS2, 301300）活性的刺激剂，从而在血红素生物合成中发挥重要作用。CLPX 通过展开机制加速 ALAS 与辅因子 PLP 的结合。小鼠红白血病（MEL）细胞在红系成熟过程中 Clpx 表达上调。
▼ 基因结构
Corydon et al.（2000）确定CLPX基因包含14个外显子，跨度超过27 kb。
▼ 测绘
Santagata等（1999）通过基因组序列分析，将CLPX基因定位到染色体15q22.2-q22.3。
Corydon等（2000）利用FISH和放射杂交分析将CLPX基因定位到染色体15q21.1-q22.32。他们将小鼠 Clpx 基因对应到染色体 9。
▼ 分子遗传学
一名18岁法国女孩患有红细胞生成性卟啉症2（EPP2; Yien et al.（2017）发现了CLPX基因杂合错义突变（G298D；618015）。615611.0001）。该突变是通过全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。患者细胞和转染突变的细胞显示 ALAS 蛋白和活性水平增加，以及 PPIX 积累。将突变注射到斑马鱼中也会导致 ALAS 活性增加。体外功能研究表明，G298D 突变型 CLPX 蛋白缺乏可检测的 ATPase 活性，导致与 CLPP（601119）的相互作用减弱。突变体 CLPX 还部分抑制野生型 CLPX 的 ATP 酶，与显性失活效应一致。含有突变蛋白的细胞表现出 ALAS 的 CLPX 依赖性周转受损，导致 ALAS 的稳定性增加和 PPIX 的病理积累。Yien et al.（2017）提出，突变导致的 ALAS 降解减少可能比突变导致的 ALAS 激活减少具有更强的表型后果。总体而言，研究结果表明 CLPX 突变导致 ALAS 的异常控制。
▼ 动物模型
Kardon et al.（2015）发现斑马鱼中CLPX同源物Clpxa的吗啡啉敲低会导致红细胞发育缺陷。补充ALA可以挽救该表型，表明红细胞生成性贫血是由于ALAS活性降低所致。
▼ 等位基因变异体（1个精选示例）：
.0001 原卟啉症，红细胞生成症，2（1家族）
CLPX、GLY298ASP
一名18岁法国女孩患有红细胞生成性卟啉症2（EPP2; 618015），Yien et al.（2017）在CLPX基因的外显子7剪接边界处鉴定出杂合的c.1102G-A转换（c.1102G-A, NM_006660），导致gly298到asp（G298D） ）在形成 ATP 结合口袋一部分的 Walker A 基序中高度保守的残基处进行取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在gnomAD数据库中并未发现。患者的父亲和叔叔患有较轻的疾病，也携带这种突变。体外功能表达研究表明，与野生型相比，G298D 突变体 CLPX 蛋白缺乏可检测的 ATPase 活性，并且部分抑制野生型 CLPX 启动子的 ATPase，与显性失活效应一致。含有突变蛋白的细胞显示 ALAS 的 CLPX 依赖性周转受损，导致 ALAS（ALAS1, 125290 和 ALAS2, 301300）的后稳定性增加以及血红素生物合成中间体原卟啉 IX（PPIX）的病理性积累。患者的红系细胞显示 ALAS2 水平适度升高，CRISPR 介导的 CLPX 破坏导致 ALAS1 蛋白水平升高。
