磷酸果糖激酶，肌肉型; PFKM

PFK1
PFK, 肌肉类型

HGNC 批准的基因符号：PFKM

细胞遗传学定位：12q13.11 基因组坐标（GRCh38）：12:48,105,353-48,146,404（来自 NCBI）

▼ 说明

PFKM基因编码磷酸果糖激酶（PFK）的肌肉亚型（ATP:D-果糖-6-磷酸-1-磷酸转移酶，EC 2.7.1.11）。PFK 催化 6-磷酸果糖不可逆地转化为 1,6-二磷酸果糖，是糖酵解中的关键调节酶。

哺乳动物PFK是由3个子单元的各种组合组成的四聚体：肌肉（PFKM）、肝脏（PFKL；171860）、血小板（PFKP；171840），其基因分别位于染色体12q13、21q22和10p上。四聚体的组成根据组织类型而不同。肌肉和肝脏 PFK 分别是 4M 和 4L 子单元的同源四聚体。红细胞含有 L 和 M 子单元，它们随机四聚化形成全酶的 M4、L4 和 M3L、M2L2 和 ML3 杂合形式（Vora et al., 1980；拉本和谢尔曼，1995）。

▼ 克隆与表达

Layzer等（1969）证明肌肉和红细胞的PFK在免疫学上相关但不相同。Layzer et al.（1967）提出红细胞PFK由2个不同的子单元组成。

Nakajima等人（1987）报道了人类PFKM基因对应的全长cDNA的克隆。推导的779残基蛋白的分子量为85 kD，与兔蛋白具有95%的同源性。

Nakajima et al.（1990）发现人类PFKM基因编码3种不同的mRNA，分别为A（131 bp）、B（220 bp）和C（54 bp）。B 型是主要基因产物，在 A 型 mRNA 的 5 引物非翻译区内包含额外的非编码序列。A 型和 B 型共享一个共同的启动子并进行选择性剪接，而 C 型似乎具有不同的启动子。Yamasaki等（1991）证实PFKM基因在外显子1和2的上游区域分别含有2个启动子。启动子1包含Sp1（SP1; 189906）-结合位点并驱动C型mRNA的转录；启动子2包含TATA框样序列和CAAT框样序列并驱动A型和B型mRNA的表达。

▼ 基因结构

Yamasaki et al.（1991）确定PFKM基因包含24个外显子，长度约为30 kb。

▼ 基因功能

Yi et al.（2012）证明O-连接β-N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAcylation）对蛋白质的动态后修饰是葡萄糖代谢的关键代谢调节因子。缺氧时，磷酸果糖激酶-1（PFK1）的 Ser529 处会诱导 O-GlcNAc 酰化。糖基化抑制 PFK1 活性，并通过戊糖磷酸途径重新定向葡萄糖流量，从而赋予癌细胞选择性生长优势。阻断 PFK1 Ser529 处的糖基化可减少体外癌细胞增殖并削弱体内肿瘤形成。

▼ 生化特征

晶体结构

Webb等人（2015）报道了哺乳动物PFK1四聚体的第一个结构，即人血小板亚型（PFKP），分别与3.1和3.4埃的ATP-Mg（2+）和ADP复合。这些结构揭示了核苷酸水解时酶的显着构象变化以及独特的四聚体界面。该界面中残基的突变可以影响四聚体的形成、酶催化和调节，表明四聚体的功能重要性。由于糖酵解通量的改变是癌症的一个标志，这些结构可以从分子角度理解人类癌症中发现的体细胞 PFK1 突变的功能后果。

▼ 测绘

Ashley et al.（1987）利用小鼠/人体细胞杂交，在人类染色体12上鉴定出表达的PFK基因，该基因代表PFKM（见历史）。作者使用一组仓鼠/小鼠体细胞杂交体将同源小鼠基因分配给染色体 15。

Howard等（1996）通过CEPH YAC荧光原位杂交将PFKM基因定位于染色体12q13，着丝粒为二酰基甘油激酶基因（DGKA）；125855）在12q13.3。从同一 YAC 中分离出的信息丰富的遗传标记用于在标记 D12S1090 和 D12S390 之间绘制 PFKM。

▼ 分子遗传学

1名原日本患者患有VII型糖原累积病（GSD7；Tarui等人（1965）报道的（232800），Nakajima等人（1990）鉴定出PFKM基因的纯合突变（610681.0001）。

Raben等人（1993）在2名患有GSD VII的德系犹太姐妹中发现了PFKM基因中的纯合剪接位点突变，导致外显子5（610681.0005）缺失。Sherman等人（1994）在9个患有GSD VII的德系犹太人家族的18个异常等位基因中的11个（61%）中发现了外显子5缺失突变，使其成为该人群中最常见的PFKM突变。

Raben 和 Sherman（1995）列出了 PFKM 基因的 15 个 GSD VII 疾病诱发突变和几种多态性，并指出该疾病在德系犹太人后裔中尤其普遍。作者发现，常见的外显子 5 剪接缺陷约占德系犹太人突变等位基因的 68%。

Tsujino等人（1994）在4名意大利GSD VII患者（包括2名兄弟）中发现了PFKM基因的3个新突变（610681.0002-610681.0004）。作者强调，这些患者不是德系犹太人后裔。

Nakakawa等人（1995）和Hamaguchi等人（1996）在一名22岁的近亲结婚的日本男性中发现了一个轻度GSD VII的PFKM基因纯合突变（610681.0008）。

▼ 历史

Vora等（1982）最初通过体细胞杂交将PFKM基因归属于染色体1cen-q32。由于这一分配，Ashley 等人（1987）得出结论，他们在染色体 12 上鉴定的 PFK 基因是一个不同的基因，他们将其称为“PFKX”。随后确认了 PFKM 到染色体 12 的映射（Howard et al.） al., 1996），确定“PFKX”基因座实际上代表了 PFKM 基因座。

▼ 等位基因变异体（10个精选例子）：

.0001 糖原储存疾病 VII

PFKM、IVS15DS、GT、+1

1名原日本患者患有VII型糖原累积病（GSD7；232800）由 Tarui 等人（1965）报道，Nakajima 等人（1990）在 PFKM 基因的内含子 13 的 5-prime 末端发现了 G-to-T 颠换，导致剪接位点突变和 75 -bp（25-residue）外显子 13 的 3-prime 部分出现框内缺失。鉴定出位于正常剪接位点上游 75 个碱基的隐秘剪接位点。预计该突变会导致蛋白质结构发生剧烈变化，从而导致催化活性丧失。由于父母是近亲结婚，Nakajima et al.（1990）假设突变是纯合的。

Nakajima（1997）指出，在1990年首次发表该突变时，仅对兔子基因进行了测序；因此，外显子编号遵循兔子 Pfkm 的编号。Yamasaki 等人（1991）后来的研究确定了该基因的完整基因组结构，并表明内含子 15 是该突变的适当编号。

.0002 糖原储存疾病 VII

PFKM、IVS6AS、AC、-2

一名意大利糖原累积病 VII 患者（GSD7; 232800），Tsujino et al.（1994）在PFKM基因的内含子6的3-prime末端发现了纯合的A-C颠倒，导致剪接缺陷。该突变导致外显子 7 中 2 个隐秘剪接位点的激活，从而产生 1 个 5 bp 和 1 个 12 bp 删除的转录本。对于剪接点突变，受影响的兄弟也是纯合子，而父母都是杂合子。

.0003 糖原储存疾病VII

PFKM、ARG39PRO

一名意大利 GSD VII 患者（GSD7; 232800），由近亲父母所生，Tsujino等人（1994）在PFKM基因中发现了纯合的116G-C颠换，导致arg39到pro（R39P）的取代。先证者是一名 35 岁男性，从青春期开始就抱怨运动不耐受、运动相关的肌痛和痉挛，在剧烈运动后还出现过几次肌红蛋白尿。他第一次因轻度黄疸而被内科医生看诊。

Bruno等人（1998）描述了一名患有与运动相关的肌痛和痉挛的14岁男孩，他从童年起就曾多次出现肌红蛋白尿症。2岁时的一次发作导致了急性肾功能衰竭。肌肉组织化学和生化分析显示磷酸果糖激酶和单磷酸腺苷脱氨酶-1（AMPD1；AMPD1；102770）。DNA分析显示，该患者为PFKM R39P取代纯合子，且为AMP脱氨酶缺乏症常见突变（102770.0001）纯合子；后一种突变在约 2% 的肌肉活检中以纯合状态被发现。

PFKM基因的另一个致病性突变已在同一密码子中被描述（R39L；610681.0006）（谢尔曼等人，1994）。

.0004 糖原储存疾病VII

PFKM、ASP543ALA

一名意大利 GSD VII 患者（GSD7; 232800），Tsujino 等人（1994）鉴定了 PFKM 基因中 2 个突变的复合杂合性。一个等位基因在18号外显子中携带A-C转换，导致asp543-to-ala（D543A）取代，而另一个等位基因根本不表达PFKM基因；然而，对该基因的调控区域进行测序显示没有突变。先证者是一名43岁的男性，他从小就很难跟上同龄人的体育活动。33 岁时，他出现近端无力、肌痛和运动不耐受。他患有黄疸，但由于没有溶血迹象，临床最初诊断为吉尔伯特综合征（143500）。

.0005 糖原储存疾病 VII

PFKM、IVS5DS、GA、+1

2 德系犹太姐妹与 GSD VII（GSD7；Raben et al.（1993）在 PFKM 基因的内含子 5 的 5 引物末端发现了纯合的 G 到 A 的转变，导致剪接缺陷和外显子 5 的框内缺失（232800）。

Sherman等人（1994）在9个患有GSD VII的德系犹太人家族的18个异常等位基因中的11个（61%）中发现了该剪接位点突变，使其成为该群体中最常见的PFKM突变。

Ristow et al.（1997）报道了一个德系犹太人家庭，其中一对患有GSD VII的父子是复合杂合子，其PFKM基因有2个突变：共同的外显子5缺失和外显子22（610681.0010）中的1-bp缺失。该家族此前曾被Vorgerd等人（1996）报道过，但很不寻常，因为后代中有2名成员受到影响。

.0006 糖原储存疾病VII

PFKM、ARG39LEU

一名患有 GSD VII 的德系犹太人患者（GSD7; 232800），Sherman等人（1994）鉴定了PFKM基因中2个突变的复合杂合性：PFKM基因外显子4中的116G-T颠换导致arg39-to-leu（R39L）取代和共同的外显子5删除（610681.0005）。PFKM基因的另一个致病性突变已在同一密码子中被描述（R39P；610681.0003）。

.0007 糖原储存疾病VII

PFKM、ARG95TER

德系犹太家庭的 3 名受影响成员患有 GSD VII（GSD7；232800），Vasconcelos 等人（1995）在 PFKM 基因的外显子 6 中发现了纯合的 C 到 T 转变，导致 arg95 到 ter（R95X）的取代。此外，RT-PCR 研究还发现了一个不寻常的转录本，该转录本是由对应于内含子 10 的 252 bp 插入产生的，作者推测这是由差异性前 mRNA 加工造成的。R95X 取代被认为是导致疾病表型的唯一原因。该家庭表现出伪支配地位：一名受影响的妇女与其叔叔结婚，有两个受影响的女儿。她本人是表亲婚姻的产物。

.0008 糖原储存疾病VII

PFKM、TRP686CYS

一名 22 岁日本男性，近亲出生，患有轻度 GSD VII（GSD7; 232800），Nakakawa et al.（1995）和Hamaguchi et al.（1996）在PFKM基因的外显子22中鉴定出纯合的2058G-T颠换，导致trp686-to-cys（W686C）取代。患者是一名22岁男性，患有胃溃疡、痛风性关节炎和代偿性溶血。运动后检测到血清肌酸激酶间歇性升高。尽管他没有经历肌肉疼痛或痉挛，但骨骼肌样本中的 PFK 活性约为正常值的 1%。

.0009 已从数据库中删除

.0010 糖原贮积症VII

PFKM，1-BP DEL，2003C

德系犹太人 GSD VII 患者（GSD7; 232800），Sherman等人（1994）在PFKM基因的外显子22中发现了一个1-bp缺失（2003delC），导致移码和截短的PFKM蛋白，在C端有16个氨基酸发生改变。两名患者为突变纯合子，两名患者为缺失突变和另一种致病突变的复合杂合子。

Ristow et al.（1997）在一位患有 GSD VII 的德系犹太父子身上发现了复合杂合性中的 1-bp 缺失以及常见的外显子 5 缺失（610681.0005）。该家族此前曾被Vorgerd等人（1996）报道过，但很不寻常，因为后代中有2名成员受到影响。