HTRA 丝氨酸肽酶 2；HTRA2
HTRA，大肠杆菌，同源物，2
蛋白酶，丝氨酸，25；PRSS25
OMI
HGNC 批准的基因符号：HTRA2
细胞遗传学定位：2p13.1 基因组坐标（GRCh38）：2:74,529,405-74,533,556（来自 NCBI）
▼ 说明
HTRA2 基因编码一种定位于线粒体膜间隙的丝氨酸蛋白酶。细胞凋亡刺激后，HTRA2可以暴露凋亡蛋白抑制剂（IAP）结合基序，从而介导细胞死亡，或者可以通过其丝氨酸蛋白酶活性介导细胞死亡（Suzuki et al., 2001）。
▼ 克隆与表达
Gray等人（2000）使用presenilin-1（104311）作为诱饵，在酵母2-hybrid筛选胎脑cDNA时分离出编码PRSS25的cDNA，他们将其命名为HTRA2。通过筛选成人脑 cDNA 文库，他们获得了 HTRA2 的 3 种不同的剪接变体。主要的 HTRA2 变体编码 458 个氨基酸的蛋白质。HTRA2 与大肠杆菌 HtrA 基因具有广泛的同源性，这对于细菌在高温下的生存至关重要。HTRA2 也与 HTRA1 同源（PRSS11; 602194），在人骨关节炎软骨和人成纤维细胞SV40转化后差异表达。HTRA2 蛋白与其 小鼠同源物有 85% 的同一性。Northern 印迹分析在所有测试组织中检测到主要的 1.9 kb HTRA2 转录物，其中在心脏和骨骼肌中水平最高，在大脑区域中分布各异。在人类细胞系中，HTRA2 以 38 和 40 kD 的 2 种多肽存在。
Faccio等人（2000）分离出编码PRSS25的cDNA，他们将其称为OMI。OMI的C末端与HTRA具有广泛的同源性，但与分泌的HTRA不同，OMI定位于内质网。OMI 蛋白具有几个新的推定蛋白-蛋白相互作用基序，以及一个 PDZ 结构域和一个 Src 同源 3 结合结构域。Northern 印迹分析表明，OMI 普遍表达为主要 2.1-kb 转录本和次要 4.5-kb 转录本；最高表达是在胎盘和胰腺中。在肿瘤细胞系中，OMI在早幼粒细胞白血病、慢性粒细胞白血病、伯基特淋巴瘤和结直肠癌细胞系中高表达。
Hegde et al.（2002）通过对MCF-7乳腺癌细胞的免疫荧光分析和HEK293细胞的细分，发现OMI与半胱天冬酶激活剂SMAC（DIABLO; 605219）在线粒体膜间隙中。
▼ 基因结构
Gray等（2000）通过基因组序列分析确定HTRA2基因含有8个外显子，全长3.8 kb。
▼ 测绘
Gray等（2000）通过基因组序列分析，将HTRA2基因定位到2p13。Faccio et al.（2000）通过FISH将OMI基因定位到2p12。
Gross（2017）根据HTRA2序列（GenBank AF184911）与基因组序列（GRCh38）的比对，将HTRA2基因定位到染色体2p13.1。
▼ 基因功能
Gray等人（2000）发现哺乳动物细胞中HTRA2在响应热休克和衣霉素处理引起的应激时上调。HTRA2 的生化特征表明它主要是一种进行自蛋白水解的核蛋白酶。当通过定点诱变将预测的活性位点丝氨酸残基改变为丙氨酸时，这种蛋白水解作用被消除。HTRA2 切割 β-酪蛋白（115460）时具有与大肠杆菌 HtrA 相似的抑制剂谱，此外，当测定温度从 37 摄氏度升高至 45 摄氏度时，β-酪蛋白周转率也会增加。HTRA2 与其细菌同源物之间的生化和序列相似性，连同其核定位和对衣霉素和热休克的反应上调，表明它参与哺乳动物应激反应途径。
Faccio et al.（2000）发现OMI与MXI2相互作用，MXI2是p38应激激活激酶（600289）的选择性剪接形式。OMI 蛋白在异源系统中制备时，显示出针对非特异性底物 β-酪蛋白的蛋白水解活性。缺血/再灌注后小鼠肾中 Omi 的蛋白水解活性显着上调。
Suzuki et al.（2001）报道HTRA2从线粒体中释放出来，并通过与SMAC类似的方式直接结合来抑制XIAP（300079）的功能。此外，当线粒体外过表达时，HTRA2会诱导非典型细胞死亡，这种死亡既不伴随半胱天冬酶活性的显着增加，也不会被半胱天冬酶抑制剂（包括XIAP）抑制。然而，HTRA2 的催化失活突变体不会诱导细胞死亡。Suzuki et al.（2001）得出结论，HTRA2是一种类似SMAC的IAP（凋亡蛋白抑制剂）活性抑制剂，具有丝氨酸蛋白酶依赖性细胞死亡诱导活性。
Hegde等人（2002）利用人XIAP的杆状病毒凋亡抑制剂重复序列3（BIR3）结构域进行酵母2杂交筛选，孤立鉴定OMI是一种XIAP相互作用蛋白。去除 OMI 的线粒体靶向信号揭示了残基 134 处的 N 端 AVPS 基序，用于成熟 OMI 与全长胞质 XIAP 的直接相互作用。成熟的OMI也与CIAP1（BIRC2；601712）和CIAP2（BIRC3；601721），但不适用于 SMAC。星孢菌素诱导的人 Jurkat 和 HL-60 细胞凋亡导致 OMI 从线粒体重新定位到细胞质，与细胞色素 c（123970）和 SMAC 中观察到的情况类似。HeLa 细胞中 OMI 的过度表达不会诱导细胞凋亡，但会使细胞对星孢菌素诱导的细胞凋亡敏感。相反，在 HeLa 或 MCF-7 细胞中敲低 OMI 会降低细胞对十字孢菌素的敏感性。突变分析表明，OMI通过其AVPS基序与XIAP相互作用，从而破坏XIAP与半胱天冬酶-9（CASP9;）之间的抑制性相互作用，从而诱导细胞凋亡。602234）。OMI 显示出额外的促凋亡功能，该功能孤立于 XIAP 结合，但依赖于其丝氨酸蛋白酶活性。
Jin等（2003）确定凋亡抑制剂CIAP1在p53（TP53；191170）HTRA2 诱导原代小鼠胸腺细胞和 HeLa 细胞凋亡后的依赖方式。Northern印迹分析表明p53诱导HTRA2的表达。用丝氨酸蛋白酶抑制剂处理小鼠胸腺细胞可阻断 p53 依赖性 CIAP1 降解和细胞凋亡。
Trencia et al.（2004）确定人OMI的蛋白酶依赖性促凋亡功能是由胞浆PEA15（603434）的蛋白水解降解引起的，PEA15是一种具有广泛抗凋亡功能的15-kD蛋白。在正常条件下，OMI 不会与来自 HeLa 细胞的 PEA15 共沉淀。然而，细胞暴露于紫外线 C 辐射会导致 OMI 的胞质重新定位、OMI 与 PEA15 的相互作用以及 PEA15 降解。药物抑制OMI丝氨酸蛋白酶活性或过表达PEA15可降低细胞对紫外线的敏感性 C. Trencia等（2004）得出结论，OMI胞质释放诱导的半胱天冬酶非依赖性细胞死亡是由PEA15降解介导的。
Liu et al.（2007）发现神经元过度表达人HTRA2的转基因小鼠在发育、健康、行为或生殖能力方面与野生型小鼠没有区别。
Chao et al.（2008）证明，BCL2（151430）家族相关蛋白HAX1（605998）是抑制淋巴细胞和神经元凋亡所必需的。抑制需要HAX1与线粒体蛋白酶PARL（607858）和HTRA2相互作用。这些相互作用使得 HAX1 将 HTRA2 呈递给 PARL，从而促进 HTRA2 加工成位于线粒体膜间隙中的活性蛋白酶。在小鼠淋巴细胞中，加工过的 Htra2 的存在阻止了线粒体外膜相关的激活的 Bax（600040）的积累，这是启动细胞凋亡的事件。Chao 等人（2008）共同得出结论，他们的结果确定了一个先前未知的相互作用序列，涉及 Bcl2 家族相关蛋白和线粒体蛋白酶，当细胞因子受到限制时，线粒体蛋白酶能够抵抗细胞凋亡的诱导。
Radke et al.（2008）报道称，蛋白酶体在针对线粒体内膜的蛋白质的泛素依赖性质量控制中发挥着重要作用。他们发现抑制 HEK293T 细胞中的蛋白酶体会导致线粒体膜间蛋白的积累。抑制蛋白酶体功能还导致 OMI 表达上调以及线粒体膜间核酸内切酶 G（ENDOG；OMI 依赖性）降解。600440）。Radke et al.（2008）得出结论，OMI 可能代表线粒体蛋白质质量控制的第二个检查点。
▼ 分子遗传学
常染色体显性帕金森病易感性 13
Strauss等（2005）对德国帕金森病患者进行了HTRA2基因突变筛查（PARK13；610297）。518 名患者中有 4 名存在 G399S 突变（606441.0001）杂合，而 370 名健康对照者则不存在这种突变。一个新的A141S多态性（606441.0002）也与PD相关（p小于0.05）。两种突变均导致 HTRA2 蛋白酶活性激活缺陷。稳定转染细胞中的免疫组织化学和功能分析表明，S399 突变体 HTRA2 和较小程度的 S141 等位基因诱导与线粒体形态改变相关的线粒体功能障碍。过表达 S399 突变体 HTRA2 的细胞比野生型细胞更容易受到应激诱导的细胞死亡的影响。此外，在特发性帕金森病患者大脑中的特征性路易体中也检测到了 HTRA2。作者推测，线粒体功能障碍可能是某些帕金森病患者出现神经退行性病变的原因。
然而，Simon-Sanchez 和 Singleton（2008）未能在 644 名 PD 患者和 828 名对照者中发现 G399S 或 A141S 变异与 PD 之间的关联；此外，按年龄分层后没有观察到关联。Simon-Sanchez 和 Singleton（2008）得出结论，HTRA2 的变异不会导致 PD 风险。
3-甲基戊二酸尿症 VIII 型
3 名婴儿同胞，由德鲁兹血统的近亲父母所生，以及一名无血缘关系的男婴，由德系犹太人血统的近亲父母所生，患有 VIII 型 3-甲基戊二酸尿症（MGCA8；617248），Mandel等（2016）鉴定了HTRA2基因的纯合突变（606441.0004和606441.0005）。通过全外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。患者细胞的蛋白质印迹分析显示该蛋白质完全不存在。患者成纤维细胞表现出对细胞凋亡损伤的敏感性增加，这可以通过野生型蛋白的表达和蛋白水解失活变体的表达来恢复。患者细胞受损的细胞生长只能通过蛋白水解活性蛋白来挽救，这表明 HTRA2 的伴侣和固有蛋白酶活性具有不同的作用。患者骨骼肌显示出异常的线粒体形态，嵴受到干扰，但成纤维细胞显示出正常的线粒体管状和网状网络，表明 HTRA2 缺失的组织特异性影响。患者细胞的线粒体呼吸功能正常。
Olahova等人（2017）在墨西哥近亲结婚的2名MGCA8同胞中鉴定出HTRA2基因纯合突变（606441.0006和606441.0007）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。每个家族先证者的成纤维细胞和/或骨骼肌样本均显示出不可检测的 HTRA2 水平，但与对照相比，线粒体氧化磷酸化子单元和复合物的稳态水平并未受到显着影响。其中 1 名患者的细胞显示 OPA1（605290）的蛋白水解加工增加，该蛋白水解参与线粒体裂变和融合；然而，对线粒体形态、网络、超微结构或氧化磷酸化子单元没有重大影响。患者的成纤维细胞更容易受到细胞凋亡的损害。
▼ 动物模型
小鼠突变体mnd2（运动神经元变性-2）表现出肌肉萎缩、神经变性、脾脏和胸腺退化，并在40日龄时死亡。纹状体神经元的退化伴随着星形胶质细胞增生和小胶质细胞的激活，在大约 3 周龄时开始，其他神经元在后期受到影响。Jones等人（2003）将mnd2突变鉴定为核编码线粒体丝氨酸蛋白酶Omi的蛋白酶结构域中从ser276到cys的错义突变（S276C）。Omi 的蛋白酶活性在 mnd2 小鼠的组织中大大降低，但在由含有野生型 Omi 基因的细菌人工染色体转基因拯救的小鼠中恢复。PDZ 结构域的删除部分恢复了携带 S276C 突变的无活性重组 Omi 蛋白的蛋白酶活性，表明该突变损害了底物进入或与活性位点袋的结合。Omi蛋白酶活性的丧失增加了线粒体对诱导通透性转变的敏感性，并增加了小鼠胚胎成纤维细胞对应激诱导的细胞死亡的敏感性。Jones 等人（2003）得出结论，mnd2 小鼠的神经变性和幼年致死性是由线粒体 Omi 蛋白酶的缺陷引起的。
▼ 等位基因变异体（7个精选示例）：
.0001 帕金森病 13，常染色体显性遗传，易感
HTRA2、GLY399SER
4例帕金森病患者（PARK13；Strauss et al.（2005）从 518 名德国患者的样本中鉴定出 HTRA2 基因外显子 7 中的杂合 1195G-A 转变，预测密码子 399（G399S）处的丝氨酸取代了甘氨酸。在 370 个对照样本中未发现该突变。在转染的细胞中，突变导致线粒体功能障碍和形态改变。
Simon-Sanchez和Singleton（2008）通过直接测序发现，644名PD患者（0.77%）和828名对照者（0.72%）中G399S等位基因的频率相似；差异无统计学意义。按年龄分层后未观察到关联。
.0002 帕金森病 13，常染色体显性遗传，易感
HTRA2、ALA141SER
在 518 名德国帕金森病患者的样本中（PARK13；Strauss et al.（2005）在HTRA2基因的外显子1中发现了杂合的421G-T颠换（A141S），610297），导致肽序列141位丙氨酸变为丝氨酸。在一项利用 A141S 多态性对 414 名帕金森病患者和 331 名健康对照者进行的关联研究中，作者在患者组中鉴定出 26 名杂合个体（6.2%），在对照组中鉴定出 10 名杂合个体（3%）。没有观察到突变的纯合携带者。因此，Strauss et al.（2005）发现，与对照组相比，患者中T等位基因（S141）携带者的比例显着过高（卡方 = 4.25，P = 0.039，优势比 = 2.15，CI = 1.02-4.52）。
Bogaerts et al.（2008）发现266名比利时帕金森病患者和359名对照者中A141S取代的频率相似（分别为2.85%和2.37%）；差异无统计学意义。此外，A141S 取代并未发生在高度保守的残基处。这些发现使人们对这种变异的致病性产生了怀疑。
Simon-Sanchez 和 Singleton（2008）也未能在 644 名 PD 患者和 828 名对照者中发现 A141S 变异与 PD 之间的关联；此外，按年龄分层后没有观察到关联。
.0003 帕金森病 13，常染色体显性遗传，易感
HTRA2、PRO143ALA
2名无血缘关系的台湾帕金森病患者（PARK13；Lin et al.（2011）在HTRA2基因中发现了杂合的427C-G颠换（610297），导致IAP结合基序和丝氨酸蛋白酶结构域之间高度保守的区域发生pro143到ala（P143A）的取代。其中一名患者是从 133 名早发性或家族性 PD 患者组成的队列中确定的，另一名患者是从 390 名晚发散发性 PD 患者组成的队列中确定的。在早发性帕金森病患者的 2 名同胞中也发现了该突变；这对同胞没有运动障碍，但其中 1 人在 71 岁时出现嗅觉减退。在 850 个对照中未发现该突变。原代多巴胺能细胞的体外功能表达研究表明，P143A 蛋白引起神经突变性。此外，与野生型 HTRA2 的细胞相比，含有 P143A 变体的细胞在暴露于鱼藤酮后表现出线粒体功能障碍和细胞凋亡增加。具有突变蛋白的细胞还含有较高水平的磷酸化 HTRA2。
.0004 3-@甲基戊二酸尿，VIII 型
HTRA2、ARG404GLN
3 名婴儿同胞，由德鲁兹血统的近亲父母所生，患有 VIII 型 3-甲基戊烯二酸尿症（MGCA8；617248），Mandel et al.（2016）在HTRA2基因外显子7的最后一个核苷酸上鉴定出纯合的c.1211G-A转换（c.1211G-A，NM_013247），预计会导致arg404到gln （R404Q）替代。然而，该突变也会导致剪接缺陷，导致外显子7的跳过和32个残基（Ser372_His403）的框内删除。该突变是通过全外显子组测序发现的，与家族中的疾病分离，并且在 ExAC 数据库（2016 年 2 月）中未发现。患者细胞的蛋白质印迹分析显示该蛋白质完全不存在。
.0005 3-@甲基戊二酸尿，VIII 型
HTRA2，5-BP DEL，1312
一名德系犹太人血统近亲父母所生男婴，患有 VIII 型 3-甲基戊烯二酸尿症（MGCA8；617248），Mandel et al.（2016）在HTRA2基因中发现了一个纯合的5-bp缺失（c.1312_1316del，NM_013247），导致移码和提前终止（Ala438fs）。该突变是通过全外显子组测序发现的，与家族中的疾病分离，并且在 ExAC 数据库（2016 年 2 月）或约 700 个德系犹太人对照外显子组中未发现。患者细胞的蛋白质印迹分析显示该蛋白质完全不存在。
.0006 3-@甲基戊二酸尿，VIII 型
HTRA2、IVS3DS、GC、+1
一名男孩，父母为巴基斯坦近亲所生，患有 VIII 型 3-甲基戊二酸尿症（MGCA8；617248），Olahova et al.（2017）在HTRA2基因的内含子3（c.906+1G-C, NM_013247）中发现了纯合的G-to-C颠换，导致剪接缺陷。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实；未受影响的父母为突变杂合子，但未检测受影响同胞的 DNA。对患者细胞的分析显示出 2 个异常转录本：一个具有 42 个氨基酸的框内缺失（Gly261_Asp302del），另一个包含 34 个残基，后跟一个终止密码子（Asp302_Phe303insTer35）。患者细胞显示出检测不到的 HTRA2 蛋白水平。
.0007 3-@甲基戊二酸尿，VIII 型
HTRA2、3-BP DEL/INS、NT728
2 名同胞，父母为墨西哥近亲所生，患有 VIII 型 3-甲基戊烯酸尿症（MGCA8；617248），Olahova et al.（2017）在HTRA2基因中鉴定出纯合的c.728_730delinsCAT（c.728_730delinsCAT, NM_013247）突变，导致高度保守的肽酶结构域内的Leu243_Pro244delinsProSer取代。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实；亲本 DNA 无法用于分离分析。患者细胞显示出检测不到的 HTRA2 蛋白水平。
