SMAD 家庭成员 3；SMAD3
母亲反对断肢瘫痪，果蝇，同源物，3；MADH3
SMA 和 MAD 相关蛋白 3
HGNC 批准的基因符号：SMAD3
细胞遗传学定位：15q22.33 基因组坐标（GRCh38）：15:67,065,602-67,195,169（来自 NCBI）
▼ 克隆与表达
果蝇 Mad 是 TGF-β（例如 190180）相关因子 decapentaplegic 信号传递所必需的。张等人（1996）克隆了编码MADH3的人类cDNA，MADH3是果蝇Mad的同源物。推导的425个氨基酸的MADH3蛋白（GenBank 2522267）与MADH2（601366）有92%的一致性。
Riggins等人（1996）通过搜索Mad和Mad同源蛋白序列的表达序列标签数据库，孤立出编码MADH3的人类cDNA，他们将其命名为JV15-2。MADH3 的 C 末端与果蝇 Mad 的 C 末端具有显着的同源性。
▼ 基因结构
Arai等人（1998）确定了SMAD3的基因组结构，其中包含9个外显子。
▼ 测绘
Riggins等（1996）通过体细胞杂交分析和YAC克隆筛选，将MADH3基因定位到15q21-q22。
▼ 基因功能
张等人（1996）证明MADH3和MADH4（SMAD4；600993）协同诱导强烈的配体孤立的TGF-β样反应。含有 C 端截短的 MADH3 作为正常 TGF-β 反应的显性失活抑制剂。MADH3的活性受TGF-β受体（如190181）调节，MADH3被磷酸化并与配体结合的受体复合物结合。张等人（1996）指出，这些结果将MADH3定义为TGF-β反应的效应子。
Zawel等人（1998）发现人类SMAD3和SMAD4蛋白可以特异性识别相同的8-bp回文序列（GTCTAGAC）。该回文的串联重复赋予了 TGF-β 对最小启动子的惊人反应性。通过定向删除细胞 SMAD4 基因，可以消除这种反应性。这些结果表明 SMAD 蛋白参与对 TGF-β 和相关配体的生物反应。
You和Kruse（2002）研究了TGFB家族成员激活素A（147290）和骨形态发生蛋白7（BMP7）诱导的角膜肌成纤维细胞分化和信号转导；112267）。他们发现激活素A诱导SMAD2（601366）磷酸化，BMP7诱导SMAD1（601595）磷酸化，而这两者均被卵泡抑素（136470）抑制。反义 SMAD2/SMAD3 转染可阻止激活素诱导的 α-平滑肌肌动蛋白表达和积累。作者得出结论，TGFB 蛋白在角膜中具有不同的功能。激活素 A 和 TGFB1（但不是 BMP7）是角膜细胞分化的调节因子，可能在肌成纤维细胞转分化过程中发挥作用。SMAD2/SMAD3 信号转导似乎在肌肉特异性基因的调节中很重要。
SMAD3 是 TGF-β 受体转录激活的直接介质。其上皮细胞的靶基因包括细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK；参见116953）产生细胞抑制反应的抑制剂。Chen等人（2002）定义了在相同背景下SMAD3如何介导生长促进基因MYC（190080）的转录抑制。细胞质中预先存在包含 SMAD3、转录因子 E2F4（600659）、E2F5（600967）和 DP1（189902）以及辅抑制子 p107（116957）的复合物。响应 TGF-β，该复合物进入细胞核并与 SMAD4 结合，识别 MYC 上的复合 SMAD-E2F 位点进行抑制。E2F4/E2F5 和 p107 以前被称为 CDK 调节信号的最终接收者，在这里充当 CDK 上游 TGF-β 受体信号的转导者。因此，SMAD 蛋白根据其相关伙伴介导转录激活或抑制。
TGFB（190180）刺激导致SMAD2和SMAD3磷酸化和激活，它们与SMAD4形成复合物，在细胞核中积累并调节靶基因的转录。Inman et al.（2002）证明，TGFB刺激上皮细胞后，受体保持活性至少3至4小时，并且需要持续的受体活性来维持细胞核中活跃的SMAD和TGFB诱导的转录。在活跃的 TGFB 信号传导过程中，SMAD 的连续核质穿梭提供了信号的细胞内转导器连续监测受体活性的机制。这些数据解释了细胞核中活性 SMAD 的浓度如何始终直接由细胞质中激活受体的水平决定。
根据分子等位基因分型和比较基因组杂交研究，染色体15q可能是在散发性肠胰腺内分泌肿瘤和甲状旁腺腺瘤发病机制中重要的抑癌基因的位置。为了确定 SMAD3 是否在这些肿瘤的发展中发挥主要作用，Shattuck 等人（2002）研究了 20 个肠胰腺肿瘤和 67 个甲状旁腺腺瘤中 SMAD3 周围 DNA 标记的 LOH。20% 的肠胰腺肿瘤和 24% 的甲状旁腺腺瘤显示消失。然后，对所有 20 个肠胰腺肿瘤和 25 个甲状旁腺肿瘤（包括每个 LOH 病例）的基因组 DNA 中的 SMAD3 基因的所有 9 个编码外显子和内含子-外显子边界进行了测序。在任何肿瘤中均未检测到 SMAD3 的获得性克隆突变、插入或微缺失。由于失活体细胞突变是真正抑癌基因的标志，因此 SMAD3 不太可能在散发性甲状旁腺或肠胰腺内分泌肿瘤的发病机制中发挥经典抑癌基因的作用。
Matsuura et al.（2004）表明SMAD3是G1期细胞周期蛋白依赖性激酶CDK4（123829）和CDK2（116953）的主要生理底物。除视网膜母细胞瘤蛋白家族外，SMAD3 是当时唯一被证明的 CDK4 底物。Matsuura et al.（2004）将CDK4和CDK2磷酸化位点定位到SMAD3中的thr8、thr178和ser212。CDK磷酸化位点的突变增加了Smad3转录活性，导致CDK抑制剂p15（600431）的表达更高。Smad3 的 CDK 磷酸化位点的突变也增加了其下调 c-myc 表达的能力。Matsuura et al.(2004)利用Smad3敲除胚胎成纤维细胞和其他上皮细胞系，进一步表明Smad3抑制细胞周期从G1期进展到S期，并且Smad3中CDK磷酸化位点的突变增强了这种能力。他们得出结论，SMAD3 的 CDK 磷酸化会抑制其转录活性和抗增殖功能。
为了确定 SMAD3 在淋巴肿瘤发病机制中的作用，Wolfraim 等（2004）测量了 19 名急性白血病儿童诊断时获得的白血病细胞中的 SMAD3 mRNA 和蛋白：其中 10 名患有 T 细胞急性淋巴细胞白血病（ALL）， 7 例患有前 B 细胞 ALL，2 例患有急性非淋巴细胞白血病（ANLL）。SMAD3 蛋白在 T 细胞 ALL 中不存在，但存在于前 B 细胞 ALL 和 ANLL 中。在 T 细胞 ALL 中未发现 SMAD3 基因突变，并且 SMAD3 mRNA 在 T 细胞 ALL 和正常 T 细胞中的存在水平相似。Wolfraim et al.（2004）得出结论，SMAD3蛋白的缺失是小儿T细胞淋巴细胞白血病的一个特殊特征。
Carlson等人（2008）在小鼠肌肉的实验中发现，除了Notch（190198）激活的丧失之外，衰老的肌肉还会产生过量的TGF-β（但不是肌生长抑制素，601788），这会诱导异常高水平的Smad3 存在于常驻卫星细胞中并干扰再生能力。重要的是，内源性Notch和Smad3在卫星细胞增殖的控制中相互拮抗，因此Notch的激活阻断了细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂p15、p16（600160）、p21（116899）的TGF-β依赖性上调）和 p27（600778），而抑制 Notch 则会诱导它们。此外，在肌肉干细胞中，Notch 活性决定了 Smad3 与这些细胞周期进展负调节因子的启动子的结合。老旧受伤肌肉中 TGF-β/Smad3 的减弱可恢复体内卫星细胞的再生。因此，内源性 Smad3 和活性 Notch 之间的平衡控制着肌肉干细胞的再生能力，而旧肌肉微生态位中这种平衡的失调会干扰再生。
Davis等人（2008）证明，TGF-β（190180）和BMP（参见112264）对人血管平滑肌细胞收缩表型的诱导是由miR21（611020）介导的。miR21 下调 PDCD4（608610），而 PDCD4 又充当平滑肌收缩基因的负调节因子。令人惊讶的是，TGF-β和BMP信号通过转录后步骤促进成熟miR21表达的快速增加，促进Drosha复合体将miR21的初级转录本（pri-miR21）加工成前体miR21（pre-miR21）（见608828） ）。TGF-β和BMP特异性SMAD信号转导子SMAD1（601595）、SMAD2（601366）、SMAD3和SMAD5（603110）被招募到与RNA解旋酶p68（DDX5）形成的复合物中的pri-miR21；180630），Drosha 微处理器复合体的一个组件。此过程不需要共享辅因子 SMAD4（600993）。因此，Davis 等人（2008）得出结论，配体特异性 SMAD 蛋白对 microRNA 生物发生的调节对于控制血管平滑肌细胞表型至关重要，并且可能对于 TGF-β 和 BMP 信号通路介导的不依赖于 SMAD4 的反应至关重要。
Chuderland et al.（2008）在ERK2（MAPK1；MAPK1；176948）和SMAD3以及MEK1中类似的TPT基序（MAP2K1; 176872），磷酸化时指导蛋白质核积累。
Liu等人（2017）利用免疫共沉淀和体外结合实验发现人BRD7（618489）与HEK293T细胞中的SMAD3和SMAD4相互作用。SMAD 的 MH1 和 MH2 结构域足以结合 BRD7，并且 BRD7 中溴结构域之前的 N 端区域是 SMAD 结合所必需的。BRD7 的过表达显着增加了 TGF-β 诱导的 p21 转录激活，而 BRD7 的敲除则降低了这种激活。染色质免疫沉淀分析表明，在 TGF-β 存在的情况下，BRD7 通过其溴结构域增加 SMAD3/SMAD4 与 p21 启动子的结合。BRD7还通过与p300（EP300；EP300；602700）。BRD7敲除减弱了肿瘤细胞中TGF-β诱导的抗增殖表型，而BRD7的表达对肿瘤形成具有抑制作用并增强了TGF-β介导的上皮间质转化反应。
Bertero et al.（2018）描述了人多能干细胞中 SMAD2/3 的相互作用组。该分析表明，SMAD2/3 除了在转录中发挥作用外，还参与多种分子过程。特别是，Bertero等人（2018）发现了与METTL3（612472）-METTL14（616504）-WTAP（605442）复合物的功能性相互作用，介导RNA上腺苷向N6-甲基腺苷（m6A）的转化。Bertero et al.（2018）表明 SMAD2/3 促进 m6A 甲基转移酶复合物与参与早期细胞命运决定的转录本子集的结合。该机制破坏了特定 SMAD2/3 转录靶点的稳定性，包括多能性因子基因 NANOG（607937），促使它们在分化时快速下调，从而能够及时退出多能性。Bertero et al.（2018）得出的结论是，他们的发现揭示了细胞外信号传导通过表观转录组调控诱导快速细胞反应的机制。TGF-β信号传导的这些方面可能对许多其他细胞类型和癌症等疾病产生深远的影响。
▼ 分子遗传学
Loeys-Dietz 综合征 3
在一个患有动脉瘤、夹层和早发性骨关节炎的 4 代荷兰家族中，van de Laar 等人（2011）分析了候选基因 SMAD3，并鉴定了错义突变的杂合性（对应到染色体 15q22.2-q24.2）。 R287W；603109.0001）与疾病分离。作者将这种疾病命名为动脉瘤骨关节炎综合征（AOS），但这里将其纳入Loeys-Dietz表型系列，称为Loeys-Dietz综合征-3（LDS3；613795）。对 99 名患有胸主动脉瘤、夹层和马凡样特征的患者进行 SMAD3 分析，这些患者已知 FBN1（134797）、TGFBR1（190181）和 TGFBR2（190182）基因突变呈阴性，发现另外 2 名先证者SMAD3杂合突变（603109.0002；603109.0003）。所有3个突变均位于MH2结构域，该结构域介导SMAD3与SMAD4（600993）的寡聚化以及SMAD依赖性转录激活。
Regalado et al.（2011）报告了SMAD3的4个新突变。其中一个突变（603109.0004）是5号外显子的移码突变，在一个具有LDS3表型的家系中分离。另外 3 个是不变密码子的错义突变。
Van de Laar 等人（2012）在另外 5 个患有动脉瘤骨关节炎综合征的家族中发现了 5 个新的 SMAD3 突变（参见例如 603109.0008-603109.0010）。
关联待确认
有关 SMAD3 基因变异与异卵双胞胎之间可能关联的讨论，请参阅 276400。
排除研究
Roth等（2000）利用cDNA对14个患有遗传性非息肉性结肠癌的芬兰亲属的SMAD2、SMAD3和SMAD4基因进行了突变分析（见120435）。他们没有发现突变。
▼ 动物模型
Zhu et al.（1998）报道了对小鼠Smad3基因的靶向破坏。Smad3 突变小鼠能够存活并且具有生育能力。在 4 至 6 个月大时，Smad3 突变小鼠因结直肠腺癌而濒临死亡。肿瘤穿透肠壁并转移至淋巴结。由于 TGF-β 通过 Smad2、Smad3 和 Smad4 将其信号转导至细胞内部，因此这些结果直接暗示 TGF-β 信号传导与结直肠癌的发病机制有关，并为人类结直肠癌的研究提供了令人信服的动物模型。
Yang等（1999）发现Smad3缺失（ex8/ex8）小鼠在1至8个月内因免疫功能的原发性缺陷而死亡。小鼠在许多器官中表现出炎症病变，包括鼻粘膜、胃、胰腺、结肠和小肠，以及淋巴结肿大、胸腺退化以及粘膜表面附近细菌脓肿的形成。免疫染色显示 T 细胞活化显着增加，表明 Smad3 在 TGFB 介导的 T 细胞活化调节中发挥作用。
肾小管间质纤维化是一种慢性炎症性疾病，其中肾纤维化与肾小管的上皮-间质转化和响应多种实体（包括输尿管梗阻）的细胞外基质的合成有关。TGFB在疾病过程中发挥着关键作用。Sato et al.（2003）发现，输尿管梗阻的 Smad3 缺失小鼠可以免受肾小管间质纤维化的影响，这可能是通过阻断 TGFB 的下游效应来实现的。与实验对照相比，突变动物中 TGFB mRNA 和成熟蛋白的水平降低，表明 Smad3 途径对于 TGFB 的自诱导也是必需的。
Wolfraim 等人（2004）使用 Smad3 的 1 个或两个等位基因均失活的小鼠来评估 Smad3 在正常 T 细胞对 TGF-β 的反应中的作用，以及在 Smad3 的两个等位基因均失活的小鼠中对自发性白血病发生的易感性中的作用。抑癌基因p27（Kip1）（CDKN1B；600778）已被删除。Smad3的1个等位基因缺失损害了TGF-β对正常T细胞增殖的抑制作用，并与p27（Kip1）的纯合失活协同作用，促进T细胞白血病的发生。Wolfraim et al.（2004）得出结论，Smad3表达的减少和p27（Kip1）的缺失协同作用，促进小鼠T细胞白血病的发生。
Ashcroft 等人（1999）培育了 Smad3 缺失小鼠，观察到皮肤伤口愈合加速，与野生型小鼠的第 5 天相比，第 2 天完全重新上皮化，并且单核细胞的局部浸润显着减少。Smad3 -/- 角质形成细胞的生长和迁移模式发生改变，Smad3 -/- 单核细胞对 TGF-β（190180）表现出选择性减弱的趋化反应。
Arany 等人（2006）在 Smad3 -/- 小鼠中切除耳部伤口，并观察到与野生型对照相比伤口扩大。Smad3 敲除小鼠的弹性蛋白和糖胺聚糖水平增加，胶原纤维组织更紧密，整联蛋白、TGFB1 和基质金属蛋白酶在基础和受伤后发生变化。机械测试显示弹性模量增加，表明组织力不平衡。Arany 等人（2006）提出，机械弹性特性的改变会导致持续的回缩力，而该回缩力与伤口收缩力的降低相反。
Kanamaru et al.（2005）发现，来自Smad3缺失小鼠的骨髓来源的肥大细胞（BMMC）在脂多糖刺激下具有增强的产生促炎细胞因子的能力。用Smad3缺失的BMMC重建的肥大细胞缺陷小鼠在急性腹膜炎模型中的存活时间明显长于用野生型BMMC重建的肥大细胞缺陷小鼠。Kanamaru等人（2005）提出肥大细胞中的SMAD3抑制肥大细胞介导的针对革兰氏阴性菌的免疫反应。
▼ 历史
Gupta et al.（2006）撤回了他们的论文，该论文描述了单纯疱疹病毒（HSV）-1（miR-Lat）潜伏相关转录本（Lat）中通过其3-序列靶向TGFB和SMAD3的microRNA的鉴定。与 miR-Lat 显示部分同源性的prime UTR。
Dong et al.（2002）提出 SMAD 通路的改变，包括明显的 SMAD7（602932）缺陷和 SMAD3 上调，可能是硬皮病（181750）中观察到的 TGFB1（191080）高反应性的原因，该文章被撤回，因为图 3 中的元件可能已被制造。
▼ 等位基因变异体（10个精选例子）：
.0001 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、ARG287TRP
荷兰第 4 代家族的 20 名成员患有动脉瘤、夹层和早发性骨关节炎（LDS3；613795），van de Laar et al.（2011）鉴定了SMAD3基因外显子6中859C-T转变的杂合性，导致MH2结构域内高度保守的残基处arg287到trp（R287W）的取代。在 7 个未受影响的家庭成员或 544 个荷兰对照染色体中未发现该突变。2 名患者的主动脉壁组织的免疫组织化学分析显示 TGF-β（参见 TGFB1, 190180）通路中关键蛋白的表达增加。
.0002 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、2-BP DEL、741AT
3 名荷兰同胞患有动脉瘤、夹层和早发性骨关节炎（LDS3；613795），van de Laar 等人（2011）鉴定出 SMAD3 基因外显子 6 中 2 bp 缺失（741delAT）的杂合性，导致移码和外显子 7 中密码子 309 处的过早终止序列，几乎删除了完整的MH2结构域（Thr247ProfsTer61）。这种缺失可能存在于他们受影响的已故父亲中，但在他们未受影响的母亲或 544 个荷兰对照染色体中没有发现。对患者 cDNA 的分析显示，与野生型相比，突变信号非常弱，用放线菌酮处理患者成纤维细胞培养物显着增加了突变信号，表明大多数异常 RNA 发生了无义信使 RNA 衰减，并且几乎没有形成截短的 SMAD3 蛋白。
.0003 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、THR261ILE
一名患有动脉瘤和早发性骨关节炎的荷兰男性患者（LDS3；613795），van de Laar et al.（2011）鉴定了SMAD3基因外显子6中783C-T转变的杂合性，导致MH2结构域中高度保守的残基处发生thr261到ile（T261I）的取代。在 544 个荷兰对照染色体中未发现该突变。
.0004 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3，1-BP DEL，652A
在一个分离常染色体显性胸主动脉瘤和颅内及其他动脉瘤夹层的第 3 代谱系中（LDS3；Regalado et al.（2011）发现SMAD3基因外显子5中第652位核苷酸的A缺失，导致移码导致asparagine-218（N218fs）过早终止。该突变存在于家族中所有患有血管疾病的个体中，并且以 2.52 的 Lod 分数进行分离。该谱系最初由Regalado等人报道（2011）。2,300 个对照外显子组中不存在该突变。
.0005 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、ARG279LYS
2个无血缘关系的欧洲血统家族患有常染色体显性胸主动脉瘤和其他动脉瘤（LDS3；Regalado et al.（2011）在SMAD3基因的外显子6中的第836位核苷酸处发现了G到A的转变，导致密码子279（R279K）处的arg到lys的取代。Arg279 从人类到果蝇都是完全保守的，R279K 突变预计会破坏蛋白质功能。在 2,300 个对照外显子组中未发现该突变。年轻家庭成员的外显率有所下降。
.0006 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、GLU239LYS
在一个有 3 个兄弟姐妹的小家庭中，患有胸主动脉瘤和夹层（LDS3; Regalado et al.（2011）在SMAD3基因的外显子6的715位核苷酸处发现了G到A的转变，导致密码子239（E239K）处谷氨酰胺到赖氨酸的取代。外显子 6 编码 MH2 蛋白-蛋白结合域。Glu239 从人类到果蝇都是完全保守的，E239K 突变预计会破坏蛋白质功能。在 2,300 个对照外显子组中未发现该突变。
.0007 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、ALA112VAL
在一个常染色体显性遗传性胸主动脉瘤家族中，伴有夹层以及 Loeys-Dietz 综合征的其他特征（LDS3；Regalado et al.（2011）在密码子 112（A112V）上发现了杂合的丙氨酸至缬氨酸取代。该突变与该家族中外显率降低的疾病分离，并且在 2,300 个对照外显子组中未发现。Guo（2012）指出，A112V 突变的正确核苷酸变化是外显子 2 中的 335C-T，而不是 Regalado 等人（2011）引用的 235C-T。
.0008 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、1-BP DEL、313G
动脉瘤-骨关节炎综合征（LCS3；613795），van de Laar et al.（2012）在SMAD3基因的第313位核苷酸（313delG）处发现了1个bp的缺失，导致移码（Ala105ProfsTer11）。
.0009 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、PRO263LEU
动脉瘤-骨关节炎综合征（LCS3；613795），van de Laar et al.（2012）在SMAD3基因中发现了788C-T转换，导致pro263到leu（P263L）的取代。
.0010 洛伊斯-迪茨综合症 3
SMAD3、GLU361TER
在患有分离动脉瘤-骨关节炎综合征的家庭成员中（LCS3；613795），van de Laar et al.（2012）在SMAD3基因的1080位核苷酸（1080dupT）处发现了1个bp的重复，导致glu361到ter（E361X）的取代。
