APRATAXIN; APTX

FLJ20157

HGNC 批准的基因符号：APTX

细胞遗传学定位：9p21.1 基因组坐标（GRCh38）：9:32,972,616-33,025,120（来自 NCBI）

▼ 说明

APTX基因编码aprataxin，是组氨酸三联体（HIT）超家族的成员，该家族成员具有核苷酸结合和二腺苷多磷酸水解酶活性（Date et al., 2001）。

▼ 克隆与表达

Date et al.（2001）和Moreira et al.（2001）通过定位克隆鉴定出一个编码组氨酸三联体超家族成员的新基因，该基因先前被鉴定为FLJ20157（GenBank AK000164），是共济失调的致病基因-动眼神经失用综合征（EAOH；208920）。Date et al.（2001）将基因产物命名为aprataxin，基因符号为APTX。尽管许多HIT蛋白已被鉴定（例如FHIT, 601153; 提示，601314），aprataxin 是第一个与独特表型相关的。

Moreira et al.（2001）鉴定了外显子 3 选择性剪接产生的 APTX 的 2 种主要 mRNA 种类：168 个氨基酸和外显子 3 中第一个 ATG 密码子的短形式，以及外显子 5 中额外 115 个核苷酸的长形式。 -外显子3的质数部分，导致另外174个氨基酸（总共342个氨基酸）和外显子1中的第一个密码子ATG密码子的添加。长形式的计算分子量为39.1 kD（Sano et al ., 2004）。Moreira et al.（2001）和Date et al.（2001）根据转录本的长短形式对突变进行编号。Moreira et al.（2001）通过RT-PCR证明APTX基因普遍表达。长转录本是人类细胞系中发现的主要形式，较短的移码形式存在量较低。肝组织具有等量的 2 个转录本。通过Northern印迹分析，Date等人（2001）证明了2.2-kb长形式的普遍表达和1.35-kb短形式的有限表达。Moreira 等人（2001）指出，基于核定位信号和推定的 DNA 结合位点的存在，预测长形式的 aprataxin 具有核定位。

Sano等人（2004）通过定量RT-PCR证实，长型aprataxin是脑、心、肺、肾、肝和气管中的主要组织亚型。他们还证实了长形式的核定位。

▼ 基因家族

Date et al.（2001）通过同源性搜索发现，两种形式的aprataxin都具有高度保守的HIT基序（His-X-His-X-His-XX，其中X是疏水性氨基酸），这是HIT蛋白的必需基序。HIT蛋白被分为2个分支：仅在动物和真菌中发现的脆弱的HIT蛋白家族，以及在所有细胞生命中都有代表的古老的HIT核苷酸结合蛋白（HINT）家族。系统发育树分析表明aprataxin是HIT蛋白超家族的第三个成员。在患有动眼神经失用和低白蛋白血症的早发性共济失调患者中发现的突变涉及高度保守的氨基酸。

▼ 测绘

APTX基因定位于染色体9p13.3（Date et al., 2001; 莫雷拉等，2001）。

▼ 基因功能

Sano et al.（2004）在体外证明，长形式的 aprataxin，而不是短形式，与 XRCC1（194360）基因的 C 端结构域相互作用，表明 aprataxin 的 N 端区域对于的互动。Sano et al.（2004）指出长型aprataxin的N末端与多核苷酸激酶3-prime磷酸酶基因（PNKP；605610）。Whitehouse et al.（2001）报道XRCC1除了与DNA聚合酶-β（POLB；POLB；174760）和DNA连接酶III（LIG3; 600940），形成多蛋白复合物，修复单链断裂，典型的由活性氧和电离辐射引起的断裂。Sano等人（2004）提出aprataxin可能参与了这种修复复合物，并且受损DNA的积累是EAOH病理生理机制的基础。

Gueven等人（2004）证明aprataxin是一种核蛋白，存在于核质和核仁中。APTX 基因的突变使 aprataxin 蛋白不稳定，而增强型绿色荧光蛋白和 aprataxin 的融合构建体（代表推定功能域的缺失）产生了高度不稳定的产物。来自 EAOH 患者的细胞的特点是对引起 DNA 单链断裂的药物的敏感性增强，但没有证据表明单链断裂修复存在严重缺陷。通过用全长 aprataxin cDNA 转染来纠正对过氧化氢的敏感性以及由此产生的基因组不稳定性。Apr共济祛斑蛋白与修复蛋白XRCC1、PARP1（173870）和p53（191170）相互作用，并沿着染色质上的带电粒子轨迹与XRCC1共定位。作者得出结论，aprataxin 可能会影响细胞对基因毒性应激的反应，这些应激与许多参与 DNA 修复的蛋白质相互作用。

Clements et al.（2004）报道了来自共济失调-动眼神经失用-1（AOA1；AOA1；208920）既没有表现出抗辐射的DNA合成，也没有表现出DNA损伤后磷酸化ATM（607585）下游靶标的能力降低，这表明AOA1缺乏共济失调性毛细血管扩张症特征的细胞周期检查点缺陷。此外，AOA1原代成纤维细胞对电离辐射、过氧化氢和甲磺酸甲酯仅表现出轻度敏感性。然而，引人注目的是，aprataxin 在体外和体内与 DNA 链断裂修复蛋白 XRCC1 和 XRCC4（194363）发生物理相互作用。Apr共济祛斑蛋白拥有一个发散叉头相关（FHA）结构域，与多核苷酸激酶（PNKP）中的FHA结构域非常相似；605610），并且似乎通过该结构域介导与 CK2（参见 115440）磷酸化 XRCC1 和 XRCC4 的相互作用。Clements et al.（2004）得出结论，aprataxin 因此与 DNA 单链和双链断裂修复机制都有物理相关性，这提高了 AOA1 是一种新型 DNA 损伤反应缺陷性疾病的可能性。

Luo等人（2004）提供的生化数据证明循环HeLa细胞中存在2个预先形成的XRCC1蛋白复合物。一种复合物含有已知对单链断裂修复很重要的酶，包括DNA连接酶III（LIG3）、PNKP和聚合酶-β（174760）；另一种是含有 LIG3 和 aprataxin 的新型复合物。Luo et al.（2004）对新的XRCC1复合物进行了表征。XRCC1 在体内和体外被 CK2 磷酸化，XRCC1 在 ser518、thr519 和 thr523 上的 CK2 磷酸化在很大程度上决定了 aprataxin 通过其 FHA 结构域与 XRCC1 的结合。小干扰 RNA 导致 aprataxin 急剧丢失，通过 XRCC1 半衰期缩短的机制，使 HeLa 细胞对甲磺酸甲酯治疗敏感。因此，Luo等人（2004）得出结论，aprataxin在维持XRCC1的稳态蛋白水平方面发挥着作用。Luo等人（2004）得出的结论是，总的来说，他们的数据提供了对细胞中单链断裂修复分子机制的深入了解，并指出aprataxin参与了这一过程，从而将单链断裂修复与神经系统疾病AOA1联系起来。

Apr共济祛痘蛋白与 DNA 修复蛋白 XRCC1 和 XRCC4 相关，它们分别是 DNA 连接酶 III 和连接酶 IV（601837）的伴侣，表明其在 DNA 修复中发挥作用。与此一致的是，APTX缺陷细胞系对引起单链断裂的试剂敏感，并且表现出诱导染色体畸变发生率增加。Ahel et al.（2006）使用纯化的 aprataxin 蛋白和来自 APTX 缺陷鸡 DT40 细胞或 Aptx -/- 小鼠原代神经细胞的提取物，表明 aprataxin 可以解决流产的 DNA 连接中间体。具体而言，aprataxin 催化在单链切口和间隙处共价连接至 5-磷酸末端的腺苷酸基团的亲核释放，从而产生可有效重新连接的 5-磷酸末端。Ahel et al.（2006）提出，与 APTX 突变相关的神经系统疾病可能是由于 DNA 连接失败导致的未修复 DNA 链断裂逐渐积累所致。

Hirano 等人（2007）证明，在 HeLa 和中国仓鼠卵巢细胞中，XRCC1 和 APTX 在照射后几分钟内积累，形成激光诱导的单链 DNA 断裂和紫外线诱导的环丁烷嘧啶二聚体。APTX 的招募取决于 XRCC1 的存在。APTX 突变蛋白在 DNA 损伤中积累，但稳定性受损，很可能是由于泛素-蛋白酶体途径的激活所致。与对照组相比，从 EAOH 患者中分离出的成纤维细胞对活性氧的敏感性增加，单链 DNA 断裂的修复减少，这可以通过抗氧化治疗部分挽救。在 EAOH 小脑细胞中证实了累积的氧化 DNA 损伤。研究结果表明，APTX 功能的丧失会导致单链 DNA 断裂的修复受损，并且活性氧的增加会导致这种疾病。

Apr共济祛斑已被证明与 PARP1 相互作用，PARP1 是检测 DNA 单链断裂的关键参与者。Harris et al.（2009）报道了PARP1、apurinic enduclease-1（APEX1；APEX1；107748）和OGG1（601982）在AOA1细胞中，并证明在将aprataxin募集到DNA单链断裂位点时需要PARP1。来自 Parp1 敲除小鼠的胚胎成纤维细胞（MEF）表现出 aprataxin 水平降低和 DNA 腺苷酸水解减少；然而，抑制 PARP1 活性并不影响体外 aprataxin 活性。相反，与野生型细胞相比，Parp1-null MEF 中 aprataxin 未能重新定位到 DNA 单链断裂位点，并且抑制 PARP1 活性导致 aprataxin 募集到 DNA 断裂处的延迟。AOA1 细胞中氧化性 DNA 损伤水平升高，同时碱基切除和间隙填充修复效率降低，表明 aprataxin、PARP1、APE1 和 OGG1 在 DNA 损伤反应中存在协同作用。Harris等人（2009）提出了aprataxin对碱基切除修复的直接和间接调节功能。

Tumbale et al.（2014）研究了APTX对于经常被引入DNA（一种核糖核苷酸）的损伤的RNase-H2依赖性切除修复（RER）的重要性。Tumbale et al.（2014）表明连接酶产生含有 RNase H2 切口核糖特征的腺苷酸化 5 引物末端。APTX 可有效修复腺苷酸化的 RNA-DNA，并在 RNA-DNA 损伤反应中发挥作用，促进细胞存活并防止正在经历 RER 的芽殖酵母 S 期检查点激活。人类 APTX-RNA-DNA-AMP-锌复合物的结构功能研究定义了检测和逆转 RNA-DNA 连接处腺苷酸化的机制。这涉及A型RNA结合、正确的蛋白质折叠和构象变化，所有这些都受到动眼神经失用症共济失调1（208920）中可遗传的APTX突变的影响。Tumbale et al.（2014）得出结论，腺苷酸化RNA-DNA的积累可能导致神经系统疾病。

Garcia-Diaz等人（2015）发现，大多数（但不是全部）源自AOA1患者成纤维细胞的细胞系表现出辅酶Q10（CoQ10）缺陷，这是由于CoQ10的第一个定型酶PDSS1（607429）的mRNA和蛋白表达减少生物合成。PDSS1 低是由包括 APE1、NRF1（600879）和 NRF2（参见 600609）在内的转录调控途径活性降低引起的。HeLa 细胞中 APTX 或 APE1 的敲低再现了 CoQ10 缺乏和其他线粒体异常，而这些异常可通过 NRF2 的上调来逆转。Garcia-Diaz等（2015）得出结论，APTX耗尽细胞中的线粒体功能障碍并不是由于APTX参与线粒体DNA修复，而是由于APTX在线粒体功能转录调节中的作用。

▼ 分子遗传学

Date et al.（2001）和Moreira et al.（2001）发现APTX基因突变是导致共济失调-动眼神经失用-1（AOA1；208920）。Date et al.（2001）观察到，插入或缺失突变会导致严重的表型，在儿童期发病，而错义突变会导致轻微的表型，发病年龄相对较晚。在其谱系2637中，具有val89-to-gly的复合杂合性（V89G; 606350.0004）和pro32-to-leu（P32L；606350.0002），发病年龄25岁。

Castellotti et al.（2011）在204名患有进行性小脑共济失调的意大利先证者中鉴定出13名（6.4%）存在隐性APTX突变。最常见的突变为W279X（606350.0006），在7例患者中发现纯合状态，在1例患者中与另一种致病性APTX突变呈复合杂合状态。还发现了另外三个新突变。这些患者具有与 AOA1 一致的同质表型。患者淋巴细胞的蛋白质印迹分析显示 APTX 蛋白水平严重下降，与疾病机制功能丧失一致。不存在基因型/表型相关性。

▼ 等位基因变异体（9个精选例子）：

.0001 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、1-BP INS、167T

Date et al.（2001）发现，3个EAOH（208920）家系的受影响个体在核苷酸167（167delT）后携带纯合的T插入；从短形式的第一个 ATG 密码子开始的核苷酸编号），这会导致移码并提前停止。这3个家族中受影响的个体是纯合子；在其他 3 个家谱中，受影响的成员具有杂合状态的这种突变与不同的突变的组合。Moreira等人（2001）在他们的患者中发现日本的创始单倍型与相同的突变相关，他们根据该基因的长转录本将其称为689insT。

.0002 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、PRO32LEU

Date 等人（2001）在 EAOH（208920）家族中发现的第二个最常见的突变是 C 到 T 的转变，导致 pro32 到 leu 氨基酸的变化。这种突变去除了在 HIT 蛋白的所有亚家族中高度保守的脯氨酸残基。Moreira等（2001）根据APTX基因的长转录本将该突变命名为PRO206LEU。

.0003 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、1-BP DEL、318T

在一个谱系中，Date et al.（2001）观察到，具有 EAOH（208920）的成员对于 318delT 单核苷酸缺失是纯合的，导致移码和过早停止。3个家系中，167insT（606350.0001）、P32L（606350.0002）、318delT突变均以复合杂合状态存在。

.0004 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、VAL89GLY

在一个EAOH（208920）家系中，Date et al.（2001）观察到受影响的成员存在val89-to-gly（V89G）错义突变，涉及组氨酸三联体中高度保守的疏水氨基酸之一。由于 HIT 基序形成磷酸盐结合环的一部分，因此 V89G 突变可能会影响磷酸盐结合活性。

.0005 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、HIS27ARG

Shimazaki等人（2002）在一对近亲出生的患有EAOH（208920）的日本兄妹中发现了aprataxin基因中的纯合错义突变，即80A-G转换，导致his27-arg取代。

.0006 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、TRP279TER

Moreira等人（2001）在来自5个葡萄牙家族的EAOH（208920）患者中鉴定出APTX基因第6外显子中的837G-A转变，导致trp279-to-ter（W279X）突变，与创始单倍型。

Tranchant et al.（2003）在一名患有典型 EAOH 的意大利患者中鉴定出 W279X 突变的纯合性。两个法国同胞被发现具有 W279X 突变和错义突变的复合杂合性。他们的表型较轻，共济失调发作较晚，无低蛋白血症，也无动眼神经失用症。作者注意到了表型变异性，并提出法国同胞的错义突变可能产生了一种半功能蛋白。

Quinzii 等人（2005）在 3 个同胞中发现了纯合 W279X 突变，最初由 Musumeci 等人（2001）报道为患有家族性小脑共济失调伴肌肉辅酶 Q10（CoQ10）缺乏（参见例如 COQ10D1, 607426）。所有 3 名患者对补充辅酶 Q10 反应良好。受影响的表弟是 W279X 突变的杂合子，但作者怀疑他有另一种突变。另外 13 名辅酶 Q 缺乏症患者没有 APTX 突变。Quinzii 等人（2006）指出，辅酶 Q10 缺乏与 3 种主要的临床表型相关，并指出这些同胞中 APTX 基因突变的发现支持了这样的假设：辅酶 Q10 缺乏的共济失调形式是一种遗传异质实体，其中辅酶 Q10 缺乏可能是继发性的。

Le Ber et al.（2007）发现 6 名 AOA1 患者中有 5 名肌肉 CoQ10 下降。W279X 突变纯合的三名患者的值最低。CoQ10 缺乏与疾病持续时间、严重程度或其他血液参数无关，线粒体形态和呼吸功能正常。

Castellotti et al.（2011）在204名患有进行性小脑共济失调的意大利先证者中鉴定出13名（6.4%）存在隐性APTX突变。最常见的突变是W279X，在7名患者中发现纯合状态，在1名患者中发现与另一种致病性APTX突变的复合杂合状态。

.0007 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、删除

Amouri 等人（2004）在突尼斯 EAOH（208920）家族的 2 名受影响成员中发现了 APTX 基因的所有 7 个外显子的缺失。尽管缺乏该基因，患者仍表现出该疾病的典型临床特征。

.0008 共济失调，早发，伴有动眼神经失用和低蛋白血症

APTX、IVS7AS、GA、-1

在患有 EAOH（208920）的 2 个不相关突尼斯家族的受影响成员中，Amouri 等人（2004）在 APTX 基因外显子 7 的受体剪接位点发现了 G 到 A 的转变，可能导致外显子 7 的跳跃。研究结果表明，末端锌指结构域的截短足以引起完整的临床表型。

.0009 共济失调，成人发病，伴有动眼神经失用

APTX、LEU223PRO

Criscuolo 等人（2005）在一名成人发病的共济失调伴动眼神经失用症患者（208920）中发现了 APTX 基因外显子 5 中的纯合 6668T-C 转变，导致 leu223 到 pro（L223P）的取代。患者于 40 岁时出现步态共济失调和构音障碍，但眼球运动正常，血清白蛋白正常。L223P 突变发生在 α 螺旋结构域的中间，预计会导致蛋白质折叠不稳定。