色氨酰-tRNA合成酶1; WARS1

WARS
色氨酰-tRNA 合成酶，细胞质
TRPRS
IFP53

HGNC 批准的基因符号：WARS1

细胞遗传学定位：14q32.2 基因组坐标（GRCh38）：14:100,333,790-100,376,327（来自 NCBI）

▼ 说明

WARS1 基因编码色氨酸-tRNA 合成酶，该酶催化 tRNA（trp）与色氨酸的氨酰化，这是细胞蛋白质合成机制的重要功能（Bogershausen 等人总结，2022）。

▼ 克隆与表达

Frolova等人（1991）克隆了人类基因并报告了其核苷酸序列。

Lo等人（2014）报道了每种人类氨酰tRNA合成酶的大量天然催化无效点的发现。剪接事件保留非催化结构域，同时消除催化结构域以产生具有多种功能的催化无效区。每种合成酶都会转化为几种新的信号蛋白，其生物活性与催化母体的生物活性“正交”。重组氨酰 tRNA 合成酶变体在一系列基于细胞的测定中具有特定的生物活性：所有物种中约 46% 影响转录调节，22% 细胞分化，10% 免疫调节，10% 细胞保护，各 4% 影响增殖、脂肪生成/胆固醇转运和炎症反应。Lo et al.（2014）鉴定了细胞质氨酰 tRNA 合成酶的框内剪接变体。他们鉴定了 TrpRS 的 2 个无催化剪接变体。

Lin et al.（2022）发现Wars1基因在几乎所有的小鼠耳蜗上皮细胞类型中表达。在大脑皮层和海马体中也观察到了无处不在的 Wars1 表达。表达的是长亚型，编码具有 475 个氨基酸的蛋白质。人类的长异构体编码 471 个残基的蛋白质。

▼ 测绘

Shimizu et al.（1976）和Denney et al.（1978）将色氨酸-tRNA合成酶的结构基因定位在染色体14上。Franke et al.（1977）将WARS指定为14q21-qter。Graphodatsky et al.（1993）确认了染色体14的归属，并通过同位素原位杂交将其区域化至14q23-q31。该基因可能位于 14q24 带，三分之一的谷物位于该带。

Borglum等（1996）通过体细胞杂交分析、荧光原位杂交（FISH）和连锁分析相结合，绘制了WARS基因的cDNA探针。FISH 和连锁分析都孤立支持 WARS 的位置比之前报道的更远。FISH 作图表明最有可能的位置是 14q32.31。

Jensen等人（2001）发现NDUFB3基因（603839）的假基因，命名为NDUFB3P4，位于WARS基因的内含子2中，方向相反。

▼ 基因功能

在正常细胞中，人色氨酰-tRNA 合成酶以两种形式存在。主要形式是全长蛋白质，另一种是截短形式，其中由于前mRNA的选择性剪接，大部分额外的NH2末端结构域被删除（Tolstrup et al., 1995；Turpaev et al., 1996），met48 被推导为截短形式的 NH2 末端残基。添加干扰素-γ（IFNG；147570）。

Wakasugi 等人（2002）表明，WARS 的截短形式在几种不同的系统和测定中具有血管抑制作用，而全长酶则无活性。因此，蛋白质合成可能与色氨酰-tRNA合成酶的天然片段对血管生成的调节有关。

Otani et al.（2002）表明，色氨酸-tRNA合成酶COOH末端片段的重组形式是血管内皮生长因子（VEGF；VEGF）的有效拮抗剂。192240）诱导小鼠模型中的血管生成和新生儿小鼠中自然发生的视网膜血管生成。两个系统的血管抑制活性均呈剂量依赖性。全长蛋白作为血管生成拮抗剂没有活性。结果表明，色氨酰-tRNA合成酶片段作为天然存在的、潜在的非免疫原性抗血管生成剂，可用于治疗新生血管性眼病。

Yeung等人（2018）利用人横纹肌肉瘤（RD）细胞的全基因组RNA干扰筛选，确定WARS是生产型肠道病毒A71（EV-A71）感染的宿主因子。RD细胞中WARS的敲除不同程度地降低了对不同血清型的其他常见人类肠道病毒分离株的敏感性。对WARS敲低的RD细胞的分析表明，WARS在EV-A71感染的早期阶段起作用。内源性WARS在RD细胞表面表达，WARS和EV-A71在细胞表面的直接相互作用是进入宿主细胞所必需的。IFN-γ（IFNG）刺激RD细胞和人神经元定型畸胎癌细胞（NT2）；147570）揭示IFN-γ增加WARS表达和WARS膜易位，从而增加细胞对EV-A71感染的易感性。类似地，Wars 的表达是由 IFN-γ 在小鼠 L929 细胞中诱导的。小鼠中 Wars 的过度表达增加了 EV-A71 的易感性，这些小鼠重现了与人类 EV-A71 感染相关的神经系统症状。Yeung等（2018）得出结论，WARS是肠道病毒的IFN-γ诱导进入因子。

▼ 生化特征

基于人TRRPS的结构分析，Guo等（2007）确定val85（V85）和V90位于β-1和β-2片层的中间，其侧链接近底物结合袋。TRPRS中V85突变为ser（V85S）并没有改变ATP的识别，色氨酸化活性正常进行。然而，V85S 突变消除了 ATP-PPi 交换活性，并且 TRPRS 从不依赖 tRNA 的酶转变为依赖 tRNA 的酶。V85 突变为亲水性氨基酸会消除正常的 ATP-PPi 交换活性，而突变为中性或疏水性氨基酸则不会。此外，V85位置的侧链越疏水，酶活性越高。V85 和 V90 侧链的电荷变化对 β-1-β-2 发夹和 tRNA 之间的相互作用影响最大。V85与ile311（I311）侧链之间的空间距离仅为4.41埃，V85通过侧链间的疏水作用影响I311，从而影响色氨酸的活化。对V85和V90双突变体的检查表明，V90是增强V85和I311之间疏水相互作用的辅助残基。

▼ 分子遗传学

远端遗传性运动神经元病 IX 型

来自 2 个不相关的台湾家庭的 7 名受影响个体和 1 名比利时血统的 IX 型远端遗传性运动神经元病个体（HMN9；Tsai et al.（2017）在WARS基因中发现了一个杂合错义突变（H257R；617721）。191050.0001）。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过第一个家庭的桑格测序证实，在所有家庭中都与该疾病分离。第二个台湾家庭的突变是通过对另外 79 名患有类似疾病的台湾人进行 WARS 基因筛查而发现的。单倍型分析表明该突变在这两个家族中孤立发生。比利时家族的突变是在对来自不同人群的 163 个具有类似疾病的无关指标病例进行 WARS 基因筛查后发现的。HEK293 细胞的体外功能表达研究表明，该突变导致 WARS 氨酰化活性降低，并以显性失活方式损害蛋白质合成。突变蛋白能够与野生型 WARS 形成二聚体，这可以解释显性负效应。使用siRNA敲低WARS导致细胞活力下降，这种下降无法通过表达突变型WARS来挽救，并且仅表达突变蛋白的细胞比空载体转染的细胞活力更差，表明该突变具有毒性作用而不是简单的突变单倍体不足。与对照组相比，转染该突变的神经元细胞显示出神经突生长和神经突变性减少，表达该突变的大鼠运动神经元显示出轴突运输受损的证据。该突变蛋白还表现出与 VE-钙粘蛋白（参见 CDH5, 601120）的相互作用增强，从而增强人血管内皮细胞的血管抑制活性。研究结果表明，该突变改变了 TrpRS 的规范和非规范功能。

Li等人（2019）在一名携带HMN9的汉族男性中发现了WARS基因的杂合错义突变（F138Y；191050.0002）。该突变经全外显子组测序鉴定并经桑格测序证实，被确定为从头突变。与对照相比，HEK293 细胞中含有 F138Y 突变的 WARS 表达显示蛋白质表达减少。

Wang et al.（2019）在一个患有HMN9的3代中国家族的5名受影响成员中发现了WARS基因的杂合错义突变（D314G；191050.0003）。该突变是通过三重外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在家族中与疾病分离。

伴有小头畸形和言语迟缓的神经发育障碍，伴或不伴大脑异常

一名 4 岁女孩（患者 1），由非亲属的日本父母所生，患有神经发育障碍，伴有小头畸形、言语迟缓和大脑异常（NEDMSBA；620317），Okamoto et al.（2022）鉴定了WARS1基因中的复合杂合错义突变：R448W（191050.0004）和A333T（191050.0005）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，遗传自未受影响的父母，他们没有表现出运动神经病的迹象。没有进行变异的功能研究和患者细胞的研究。

Bogershausen等人（2022）在来自2个无血缘关系的近亲家庭（叙利亚裔家庭1和伊拉克裔家庭2）的4名患者中，通过NEDMSBA，Bogershausen等人（2022）鉴定出WARS1基因纯合错义突变（R133C; 191050.0006）。通过外显子组测序发现的突变与家族 1 中的疾病分离；无法获得家庭 2 的父母 DNA。杂合子携带者没有周围神经病变。单倍型分析排除了两个家族之间的创始人效应，表明突变是孤立出现的。与对照组相比，来自 1 名患者的成纤维细胞显示突变 WARS1 水平降低，但没有明确证据表明蛋白质降解增加，且氨酰化活性与对照组相似。由于R133C突变无法挽救wars1缺失斑马鱼的发育缺陷，Bogershausen等人（2022）假设它导致WARS1功能部分丧失。

Lin等人（2022）在来自2个不相关的巴基斯坦近亲家庭的3名患有NEDMSBA的患者中鉴定出了WARS1基因的纯合突变（MET1?, 191050.0007和D419N, 191050.0008）。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。在 wars1 缺失的斑马鱼中表达 D419N 突变可以部分挽救较小的头部和眼睛尺寸，但完全挽救听力缺陷。携带D419N突变的患者没有听力障碍。M1的表达？wars1缺失斑马鱼的突变挽救了较小的头部尺寸，但仅部分挽救了眼睛尺寸和听力缺陷，这表明这种突变可能会导致特定于听力的缺陷，这在患者中观察到。

▼ 动物模型

Bogershausen 等人（2022）发现，与对照组相比，CRISPR/Cas9 介导的斑马鱼胚胎中 wars1 基因的敲除导致头部和眼睛变小，以及心脏水肿。这些缺陷表明中枢神经系统发育存在缺陷，可以通过野生型人类WARS1的表达来挽救。

Lin等人（2022）发现，RNAi介导的线虫wars1基因敲除不会导致发育异常，但由于种系有丝分裂细胞周期缺陷而导致100%不育。CRISPR/Cas9介导的斑马鱼wars1敲除导致小眼睛、小头部和心包水肿。与对照组相比，突变动物表现出大脑异常，细胞密度降低、眼睛视网膜层紊乱、下颌较短。还观察到肌肉异常以及耳囊、耳石和毛细胞异常。这些缺陷可以通过野生型人类WARS1来弥补。

▼ 等位基因变异体（8个精选示例）：

.0001 神经病，远端遗传性运动，IX 型

战争1，HIS257ARG

来自 2 个不相关的台湾家庭的 7 名受影响个体和 1 名比利时血统的 IX 型远端遗传性运动神经元病个体（HMN9；617721），Tsai et al.（2017）在WARS基因中发现了一个杂合的c.770A-G转换（c.770A-G, NM_004184.3），导致his257到arg（H257R）的高度替换催化结构域中的保守残基。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过第一个家庭的桑格测序证实，在所有家庭中都与该疾病分离。在 dbSNP（build 144）、千人基因组计划、ExAC 数据库或 gnomAD 数据库、24 个内部对照外显子组或 2224 个台湾对照染色体中未发现该基因。第二个台湾家庭的突变是通过对另外 79 名患有类似疾病的台湾人进行 WARS 基因筛查而发现的。单倍型分析表明该突变在这两个家族中孤立发生。比利时家族的突变是在对来自不同人群的 163 个具有类似疾病的无关指标病例进行 WARS 基因筛查后发现的。HEK293细胞的体外功能表达研究表明，该突变导致WARS氨酰化活性降低，并以显性失活方式损害蛋白质合成，从而导致细胞活力下降。突变蛋白能够与野生型 WARS 形成二聚体，这可以解释显性负效应。

.0002 神经病，远端遗传性运动，IX 型

战争1、PHE138TYR

一名 35 岁汉族男性，患有 IX 型远端遗传性运动神经元病（HMN9；617721），Li et al.（2019）在WARS1基因中发现了一个杂合的c.413T-A颠换（c.413T-A, NM_004184.3），导致保守的phe138到tyr（F138Y）取代N 末端真核特异性延伸中的残基。该突变经全外显子组测序鉴定并经桑格测序证实，被确定为从头突变。ExAC、dbSNP、千人基因组计划和 gnomAD 数据库或包含 300 个中国对照的内部数据库中不存在该变体。与对照相比，HEK293 细胞中含有 F138Y 突变的 WARS1 表达显示蛋白质表达减少。

.0003 神经病，远端遗传性运动，IX 型

战争1、ASP314GLY

中国第 3 代家族的 5 名遗传性运动神经元病 IX 型家族成员（HMN9；617721），Wang et al.（2019）在WARS1基因的外显子8中发现了一个杂合的c.941A-G转换（c.941A-G, NM_004184.3），导致asp314到gly（D314G）的取代在高度保守的残基处。这种突变是通过三重外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，在家族中与疾病分离。该变体不存在于 dbSNP、1000 基因组计划和 gnomAD 数据库或包含 500 名健康对照的内部数据库中。未进行功能研究。

.0004 神经发育障碍，伴有小头畸形和言语迟缓，伴有大脑异常

WARS1、ARG448TRP（rs749896038）

一名 4 岁女孩（患者 1），由非亲属的日本父母所生，患有神经发育障碍，伴有小头畸形、言语迟缓和大脑异常（NEDMSBA；620317），Okamoto et al.（2022）鉴定了WARS1基因中的复合杂合错义突变：外显子11中的c.1342C-T转换（c.1342C-T，NM_004184），导致arg448到trp（R448W））替换，以及外显子 9 中的 c.997G-A 转变，导致 ala333-to-thr（A333T; 191050.0005）替代。这些突变是通过全外显子组测序发现的，遗传自未受影响的父母，他们没有表现出运动神经病的迹象。R448W曾在gnomAD中以杂合状态被发现（等位基因频率为4.01 x 10（-6）），而A333T在任何公共数据库中均不存在。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

变体函数

Lin等人（2022）发现wars1缺失斑马鱼中A333T和R448W突变的表达部分挽救了小眼表型并完全挽救了听力缺陷；A333T挽救了头部尺寸，但R448W却没有。

.0005 神经发育障碍，伴有小头畸形和言语迟缓，伴有大脑异常

战争1、ALA333THR

讨论 WARS1 基因中的 c.997G-A 转换（c.997G-A, NM_004184），导致 ala333 到 thr（A333T）取代，该取代在神经发育障碍患者的复合杂合状态中发现患有小头畸形、言语迟缓和大脑异常（NEDMSBA；620317），Okamoto 等人（2022），参见 191050.0004。

.0006 神经发育障碍，伴有小头畸形和言语迟缓，伴有大脑异常

战争1，ARG133CYS

来自2个无血缘关系的近亲家庭（叙利亚裔家庭1和伊拉克裔家庭2）的4名患者，患有小头畸形、言语迟缓和大脑异常等神经发育障碍（NEDMSBA；620317），Bogershausen et al.（2022）在WARS1基因中发现了一个纯合的c.397C-T转换（c.397C-T, NM_004184.4），导致arg133到cys（R133C）的高度替换N 端结构域中的保守残基。通过外显子组测序发现的突变与家族 1 中的疾病分离；无法获得家庭 2 的父母 DNA。杂合子携带者没有周围神经病变。该突变曾在 gnomAD 数据库中以杂合状态被发现。单倍型分析排除了两个家族之间的创始人效应，表明突变是孤立出现的。与对照组相比，来自 1 名患者的成纤维细胞显示突变 WARS1 水平降低，但没有明确证据表明蛋白质降解增加，且氨酰化活性与对照组相似。由于R133C突变无法挽救wars1缺失斑马鱼的发育缺陷，Bogershausen等人（2022）假设它导致WARS1功能部分丧失。

.0007 伴有小头畸形和言语迟缓的神经发育障碍，伴有或不伴有大脑异常

战争1，MET1？

2 名同胞，父母为巴基斯坦近亲所生（家庭 1），患有神经发育障碍，伴有小头畸形和言语迟缓，伴或不伴脑部异常（NEDMSBA；620317），Lin et al.（2022）在WARS1基因的外显子2中鉴定出纯合的c.1A-G转换（c.1A-G，NM_004184.4），预计会破坏起始密码子（Met1？）。该突变是通过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。它不存在于 gnomAD 数据库中。除了主要临床特征外，两名患者还患有嗅觉丧失、皮质视觉障碍和感音神经性听力损失。M1的表达？wars1缺失的斑马鱼的突变挽救了较小的头部尺寸，但仅部分挽救了眼睛尺寸和听力缺陷。这些发现表明，这种突变可能会导致听力特有的缺陷。

.0008 神经发育障碍，伴有小头畸形和言语迟缓，伴有大脑异常

战争1，ASP419ASN

一名 5 岁男孩，父母为巴基斯坦近亲（家庭 2）所生，患有神经发育障碍，伴有小头畸形和言语迟缓，大脑异常（NEDMSBA；620317），Lin et al.（2022）在WARS1基因中发现了一个纯合的c.1255G-A转换（c.1255G-A, NM_004184.4），导致保守的asp419到asn（D419N）的取代反密码子结构域中的残基。通过外显子组测序发现的突变在未受影响的父母中以杂合状态存在。该变体在 gnomAD 数据库中出现的频率较低，但从未处于纯合状态。该患者具有严重的表型，伴有皮质盲和癫痫性脑病；他没有听力损失。D419N 变体在 wars1 缺失的斑马鱼中的表达部分挽救了较小的头部和眼睛尺寸，并完全挽救了听力缺陷。报告图 1 中的核苷酸变化被错误地指定为 c.1225G-A。