金属蛋白酶 3 的组织抑制剂；TIMP3
HGNC 批准的基因符号：TIMP3
细胞遗传学定位：22q12.3 基因组坐标（GRCh38）：22:32,801,705-32,863,041（来自 NCBI）
▼ 克隆与表达
金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）是基质金属蛋白酶的天然抑制剂，基质金属蛋白酶是一组参与细胞外基质降解的锌结合内肽酶。Apte 等人（1994）分离出编码该组新成员 TIMP3 的重叠 cDNA。cDNA 包含一个 591 bp 的开放解读码组，编码信号肽的 9 个氨基酸残基和成熟 TIMP3 多肽的 188 个残基。TIMP3 cDNA的核苷酸序列和推导的转录产物均与TIMP1（305370）和TIMP2（188825）基因产物具有高度相似性，包括12个保守的半胱氨酰残基，且相对位置相同。TIMP3基因在许多组织中表达，其中在胎盘中表达量最高。
Wilde等人（1994）从用细菌脂多糖刺激的佛波酯分化细胞中克隆并测序了TIMP3。开放阅读码组编码了一个 211 个氨基酸前体，包括一个 23 个残基的分泌信号。成熟多肽的计算分子量为21.6 kD。
▼ 基因功能
Osman et al.（2002）表明，成熟的树突状细胞（DC）比未成熟的树突状细胞产生更多的 MMP9（120361），促进其在体外通过凝胶进行异羟肟酸抑制性迁移，并且可能通过细胞外基质来监测抗原环境体内。RT-PCR分析表明MMP9的表达增强与TIMP1尤其是TIMP2的下调相关，而TIMP3的表达上调。作者得出结论，MMP 和 TIMP 的平衡决定了 DC 的净迁移能力。他们提出TIMP3可能是成熟DC的标志物。
TIMP3 编码一种有效的血管生成抑制剂，并在 Sorsby 眼底营养不良（136900）中发生突变，Sorsby 眼底营养不良是一种黄斑变性疾病，伴有黄斑下脉络膜新生血管形成。Qi等人（2003）证明了TIMP3抑制VEGF（192240）介导的血管生成的能力，并确定了其发生的潜在机制：TIMP3阻断VEGF与VEGFR2（191306）的结合并抑制下游信号传导和血管生成。该特性似乎与其 MMP 抑制活性无关，表明 TIMP3 具有新功能。
Wild等（2003）研究了胰腺内分泌肿瘤（PETs）发生的分子机制。在约 30% 至 60% 的 PET 中检测到染色体 22q12.3 的等位基因缺失，表明该染色体臂上一个或多个肿瘤抑制基因的失活对其发病机制很重要。由于假定的抑癌基因TIMP3位于22q12.3，Wild等人（2003）对TIMP3进行了遗传分析，以确定其在PETs肿瘤发生中的作用。21 个 PET 中有 13 个（62%）显示 TIMP3 改变，包括启动子高甲基化和纯合缺失。TIMP3 的主要改变是启动子高甲基化，在 18 个 PET 中的 8 个中发现（44%）。它具有肿瘤特异性，对应于 TIMP3 蛋白表达的丧失或强烈减少。值得注意的是，14 个有转移的 PET 中有 11 个（79%）有 TIMP3 改变，而 7 个无转移的 PET 中只有 1 个（14%）有 TIMP3 改变（P 小于 0.02）。这些数据表明 TIMP3 在人类 PET 肿瘤发生中可能发挥重要作用，尤其是在转移的发展中。
由于基质降解酶可能影响圆锥角膜（见 148300）的进展，Matthews et al.（2007）研究了 TIMP1 和 TIMP3 对基质细胞活力的影响。TIMP3 的过度表达诱导角膜基质细胞培养物凋亡。上调 TIMP1 的产生或添加外源 TIMP1 蛋白可防止基质细胞过度生长，改变基质细胞形态，并减少 TIMP3 诱导的细胞凋亡的程度。因此，TIMP1/TIMP3 的局部相对浓度可以确定细胞是否保持活力或凋亡。Matthews et al.（2007）得出结论，这可能与圆锥角膜有关，因为在圆锥角膜的前基质中发现的凋亡细胞明显多于正常角膜，并且大多数产生 TIMP1 和 TIMP3 的基质细胞位于该区域。
▼ 基因结构
Stohr et al.（1995）报道了TIMP3基因的基因组结构。TIMP3 由 5 个外显子编码，延伸超过约 55 kb 的基因组 DNA。作者比较了人类和小鼠 TIMP3 基因的 5 素侧翼序列，发现它们之间具有高度的相似性。
▼ 测绘
Apte等人（1994）通过与一组人/仓鼠体细胞杂交DNA杂交，将TIMP3基因定位到染色体22；通过原位杂交，他们将分配区域化到22q12.1-q13.2。通过对一组小鼠/人类杂交体的分析，Wilde 等人（1994）将该基因分配给染色体 22。
当一个基因的外显子包含在另一个基因的内含子内时，就会出现重叠基因组（OGG）。通常，2 个重叠基因编码在相反的 DNA 链上。Karlin et al.（2002）鉴定了具有OGG结构的基因并检查了它们与疾病的关系。OGGs 似乎很容易受到基因组重排的影响，这在染色体 22 上的 DiGeorge 综合征（188400）位点上很常见。Karlin et al.（2002）也检查了人类和老鼠之间 OGGs 的保守程度，并引用了一个引人注目的例子2个物种中TIMP和突触蛋白基因的分布：TIMP3和SYN3（602705）位于人类染色体22q12.3和小鼠染色体10上；TIMP1和SYN1（313440）位于人类Xp11.3-p11.2和小鼠X染色体上；SYN2（600755）和TIMP4位于人类3p25和小鼠染色体6上。
▼ 分子遗传学
Weber等（1994）绘制了Sorsby眼底营养不良（SFD；SFD）基因图谱。1136900）至22q13-qter，根据其染色体位置及其在细胞外基质重塑中的关键作用，检查了TIMP3基因作为SFD致病突变的可能位点。他们在 2 个 SFD 谱系受影响的成员中发现了 TIMP3 的点突变。预计这些突变会破坏三级结构，从而破坏成熟蛋白质的功能特性。
Langton et al.（1998）发现野生型TIMP3以糖基化（27 kD）和非糖基化（24 kD）形式完全定位于细胞外基质（ECM）。COOH 末端截短的 TIMP3 分子被发现是一种非 ECM 结合的基质金属蛋白酶（MMP）抑制剂，而由 TIMP2 的 NH2 末端结构域与 TIMP3 的 COOH 末端结构域融合组成的嵌合 TIMP 分子，显示出ECM 结合，尽管亲和力低于野生型 TIMP3 分子。因此，与 TIMP1 和 TIMP2 一样，NH2 末端结构域负责 MMP 抑制，而 COOH 末端结构域在介导分子的特定功能中最为重要。TIMP3突变体，其中丝氨酸181变为半胱氨酸（S181C；在 Sorsby 眼底营养不良中发现的 188826.0001）产生了额外的 48-kD 物种（可能是 TIMP3 二聚体），当在 COS-7 细胞中表达时，该物种保留了抑制 MMP 并定位于 ECM 的能力。这些数据支持这样的假设：Sorsby 眼底营养不良中的 TIMP3 突变通过突变蛋白的积累而不是功能性 TIMP3 的丧失而导致疾病进展。
Ayyagari等人（2000）描述了一个常染色体显性遗传性出血性黄斑变性的4代家系。该表型与索斯比眼底营养不良的表型重叠。尽管与索斯比眼底营养不良表型相似，但这些作者研究的大家族通过连锁、单倍型或突变分析表明没有 TIMP3 基因的参与。他们的结论是，该家族中排除 TIMP3 基因表明常染色体显性遗传性出血性黄斑营养不良具有遗传异质性。作者回顾了当时所有索尔斯比眼底营养不良家系中报道的突变：文献中的所有家族均显示 TIMP3 基因突变，全部涉及外显子 5 或内含子 4/外显子 5 连接处。
Langton等人（2000）指出，之前在Sorsby眼底营养不良病例中已鉴定出TIMP3基因中的5种不同突变，所有突变均将额外的半胱氨酸残基引入TIMP3的外显子5（形成C端结构域的一部分）分子。他们描述了其中几个突变基因的表达，并报告了一个患有索尔斯比眼底营养不良的家族中的一种新的 TIMP3 突变，该突变导致该分子的大部分 C 端结构域被截短（E139X；188826.0005）。尽管存在这些差异，所有这些分子都被表达并表现出正常蛋白质的特征，包括金属蛋白酶的抑制和与细胞外基质的结合。然而，与野生型 TIMP3 不同，它们都形成二聚体。这些观察结果，加上 SFD 患者眼睛中 TIMP3 基因表达增加而不是减少的发现，提供了二聚化 TIMP3 通过在眼睛中积累而在疾病过程中发挥积极作用的证据。在其他退行性视网膜疾病中观察到 TIMP3 表达增加，包括更严重的年龄相关性黄斑变性。
Langton等人（2005）从人视网膜色素上皮（RPE）细胞中表达了一系列SFD突变体，包括S181C、S156C（188826.0003）和E139X。由于分子间二硫键形成而导致的转换阻力是所有检查的 SFD 突变体的共同特性，这为在 SFD 患者眼中观察到的蛋白质沉积增加提供了可能的解释。相比之下，SFD突变体抑制MMP2（120360）细胞表面激活的能力各不相同，MMP2（120360）是血管生成的有效介质，从完全活跃到完全失活。Langton et al.（2005）得出结论，活性 TIMP3 沉积的增加，而不是金属蛋白酶抑制的失调，可能是 SFD 的主要起始事件。
▼ 动物模型
Mohammed et al.（2004）研究发现，小鼠基因Timp3的缺失导致TNF-α转换酶（TACE；603639），TNF（191160）的组成型释放，以及肝脏中TNF信号的激活。Timp3 -/- 小鼠中 TNF 的增加最终导致肝淋巴细胞浸润和坏死，这一特征在人类慢性活动性肝炎中也可见。当 Timp3 缺失与肿瘤坏死因子受体超家族成员 1a（TNFRSF1A；191190）。在需要 TNF 信号传导的肝脏再生模型中，Timp3 -/- 小鼠死于肝功能衰竭。来自无效小鼠的肝细胞完成了细胞周期，但随后由于 TNF 的持续激活而经历了细胞死亡。这种肝细胞死亡被 TNF 中和抗体完全挽救。TNF 失调特别发生在 Timp3 -/- 小鼠中，而不是 Timp1 基因缺失的小鼠中（305370）。这些数据表明，TIMP3 在组织稳态和组织对损伤的反应中都是 TNF 的重要先天负调节因子。
▼ 等位基因变异体（5个精选例子）：
.0001 SORSBY 眼底营养不良
TIMP3、SER181CYS
患有索斯比眼底营养不良（SFD；SFD；136900），Weber et al.（1994）在TIMP3基因的外显子5中发现了SSCP带移位，并表明这是由A-to-T颠换引起的，将181位保守的丝氨酸残基变为半胱氨酸（S181C） ）。这一颠换事件还创建了一个新的 NsiI 限制性位点，他们用它来证明该谱系的 12 名受影响成员中的突变分离。
Carrero-Valenzuela等（1996）报道了一个与TIMP3中S181C突变相关的SFD家族。先证者是一名 44 岁的白人女性，最初在 33 岁时因夜盲症接受评估。双眼出现玻璃疣样改变，暗适应测量结果严重异常，视网膜电图和眼电图轻度损伤。她在 37 岁时左眼出现脉络膜新生血管，在 39 岁时右眼出现脉络膜新生血管。尽管进行了多次激光光凝治疗，但由于黄斑中心凹复发和盘状黄斑疤痕，她的视力下降至 20/400 OU。4 名在世亲属在 50 岁之前患有双侧渗出性黄斑病和法定失明。另外 3 名亲属可能受到影响；2 名患者有早发性盘状黄斑病变和中心视力丧失的临床报告，1 名患者在 55 岁时出现视觉症状，并在 66 岁时记录到盘状黄斑疤痕。家庭中的其他 2 或 3 名成员也可能受到影响。
Wijesuriya等人（1996）从来自不列颠群岛不同地区的遗传性眼病家族的大型数据库中鉴定出总共15个分离出Sorsby眼底营养不良的家族，这些家族在谱系学上没有关联。在每个家族中，与疾病分离的 ser181 至 Cys 突变的鉴定表明存在创始人效应。在所有研究的家族中，相同的相对罕见的等位基因（仅出现在对照组的 11%）与标记位点 D22S280 的疾病相关。一个高度显着的疾病相关单倍型，跨越 TIMP3 位点的 3 cM，在 15 个家族中的 11 个家族中保守（占受影响染色体的 68%）；在 5 个家族（Sorsby 相关染色体的 27%）中鉴定出进一步扩展的单倍型，跨度高达 7 cM，并且可能代表祖先单倍型。该单倍型分析将 TIMP3 基因定位细化至 D22S273 和 D22S281 之间 1 至 3 cM 的间隔，并为首次描述该疾病的不列颠群岛的大多数索斯比眼底营养不良的单一突变事件提供了强有力的证据。
.0002 SORSBY 眼底营养不良
TIMP3、TYR168CYS
2名兄弟患有Sorsby眼底营养不良（SFD；136900），Weber等人（1994）在TIMP3基因中发现了杂合的A到G转变，将密码子168从高度保守的酪氨酸残基改变为半胱氨酸。
.0003 SORSBY 眼底营养不良
TIMP3、SER156CYS
在一个至少有 12 名成员患有 Sorsby 眼底营养不良（136900）的德国-捷克家族中，Felbor 等人（1995）证明了 TIMP3 基因第 156 号密码子第二个位置存在 C-G 颠换杂合性，导致将保守的丝氨酸残基替换为半胱氨酸。疾病发作时，中央视网膜下新生血管形成，随后出现广泛的疤痕。发现了与形态变化相对应的中心暗点。然而，与之前的描述相反，症状是在大约 10 至 15 年前观察到的，平均发病年龄为 25 岁。然后疾病进展得更快，几个月内第二只眼睛受累。在数年的过程中，患者出现绒毡层视网膜营养不良，伴有视网膜内血管周围骨针状色素增殖、视网膜内动脉变细和脉络膜毛细血管萎缩。这些变化伴随着周边视野的丧失、暗适应能力的下降以及暗视和明视 ERG 的异常。Felbor 等人（1995）报告时描述的所有 3 个突变均发生在成熟 TIMP3 蛋白的 COOH 末端部分，彼此相距 25 个氨基酸以内。在每种情况下，额外的硫醇基团都位于靠近通常参与链内二硫键排列的最后 2 个保守的半胱氨酸残基处。
.0004 SORSBY 眼底营养不良
TIMP3、GLY166CYS
Forsius等人（1982）在居住在芬兰西南部拉维亚偏僻教区的一个大家庭中，其中几位成员患有Sorsby眼底营养不良（136900），SFD可能是常染色体隐性遗传形式。然而，Felbor等人（1997）的分子遗传学研究表明，所有受影响的个体实际上都是TIMP3中gly166到cys突变的杂合子，从而为SFD表型的常染色体显性遗传提供了强有力的证据。在这个家族中，一对近亲夫妇及其所有 8 个孩子都被发现受到影响，这表明是隐性遗传。一项后续研究表明，家谱中的其他地方也有受影响的母女。
.0005 索斯比眼底营养不良
TIMP3、GLU139TER
Langton等（2000）在一个连续3代患有Sorsby眼底营养不良的家系（136900）的受影响成员中，发现TIMP3基因存在杂合性glu139-to-ter（E139X）突变。由于密码子 139 的第一个碱基发生 G-T 颠换，正常的 GAG 密码子被 TAG 终止密码子取代。
