UDP-半乳糖-4-差向异构酶; GALE

半乳糖差向异构酶

HGNC 批准的基因符号：GALE

细胞遗传学定位：1p36.11 基因组坐标（GRCh38）：1:23,795,599-23,800,754（来自 NCBI）

▼ 说明

UDP-半乳糖-4-prime-差向异构酶（EC 5.1.3.2）催化UDP-半乳糖和UDP-葡萄糖的相互转化。

▼ 克隆与表达

Daude 等人（1995）报道了编码人 GALE 的全长 cDNA 的克隆、表征和作图。该cDNA编码预测的由348个氨基酸组成的蛋白质，分子量为38,266 Da。人酶与大鼠（87%）、乳酸克鲁维酵母（53%）、大肠杆菌（51%）相似；这种相似性使得 Daude 等人（1995）能够建立基于细菌晶体结构的同源模型。

▼ 基因功能

半乳糖差向异构酶催化 2 个不同但相似的反应：UDP-葡萄糖差向异构化为 UDP-半乳糖，以及 UDP-N-乙酰葡糖胺差向异构化为 UDP-N-乙酰半乳糖胺。双功能酶的纯化（Piller 等人，1983）以及中国仓鼠卵巢细胞系中两种活性的同时丧失（Kingsley 等人，1986）就证明了这一点。

▼ 基因结构

Maceratesi et al.（1998）描述了GALE基因的整个编码序列，其中包含11个外显子。

▼ 测绘

Lin等（1978）通过对人-小鼠体细胞杂交体的研究表明，编码尿苷二磷酸半乳糖-4-差向异构酶的基因位于染色体1上。Lin等（1979）将归属范围缩小到1pter-p32。

▼ 分子遗传学

半乳糖血症III型患者（GALAC3；230350），或半乳糖差向异构酶缺陷，Alano et al.（1998）鉴定出GALE基因的复合杂合突变（N34S, 606953.0002；L183P，606953.0001）。Quimby 等人（1997）也报道了同一患者。

Maceratesi等人（1998）在半乳糖差向异构酶缺陷个体中筛选突变，并鉴定出GALE基因中的5个突变。这些患者要么是突变纯合子，要么是复合杂合子。

▼ 基因型/表型相关性

Wohlers et al.（1999）报道了一名患有全身性半乳糖差向异构酶缺陷的患者的两个 GALE 等位基因中存在 V94M（606953.0008）错义突变。在另外 2 名具有相同临床表现的患者中也发现了相同的纯合突变。酵母中表达的突变蛋白的比活性对于UDP-半乳糖而言严重降低，对于UDP-N-乙酰半乳糖胺而言部分降低。相比之下，与外周半乳糖差向异构酶缺乏相关的 2 个 GALE 变异蛋白 L313M（606953.0006）和 D103G（606953.0004）对两种底物都表现出接近正常水平的活性，但第三个等位基因 G90E（606953.0003）几乎没有表现出活性。尽管丰度接近正常，但是否有任何可检测到的活动。热不稳定性和蛋白酶敏感性研究表明，所有部分活性突变酶的稳定性均受到影响。这项研究后，两个临床相关问题仍未得到解答：首先，差向异构酶缺陷型半乳糖血症在临床上是二元疾病还是连续体，其次，基因型-表型模式是否正在出现。

酵母研究

为了能够对野生型和患者来源的 GALE 基因等位基因进行结构和功能研究，Quimby 等人（1997）开发并应用了零背景酵母表达系统来分析人类酶。他们证明人类野生型 GALE 序列在表型上与酵母 gal10 缺失互补，并表征了从这些细胞中分离出的野生型人类酶。此外，他们表达并表征了2个突变等位基因，从leu183到pro（L183P; 606953.0001）和asn34转ser（N34S; 606953.0002），来自一名红细胞中未检测到 GALE 活性的患者，但在培养的淋巴母细胞中具有约 14% 的活性。对表达人 GALE L183P 突变体形式的酵母粗提物的分析表明，其野生型活性为 4%，野生型丰度为 6%。表达另一种人类突变 N34S 的酵母提取物表现出大约 70% 的野生型活性和正常丰度。然而，共表达这两种突变的酵母仅表现出大约 7% 野生型水平的活性，从而证实了两种取代的功能影响，并表明在该患者中发现的突变等位基因之间可能存在显性失活相互作用。

▼ 等位基因变异体（8个精选示例）：

.0001 半乳糖血症 III

大风，LEU183PRO

Quimby et al.（1997）鉴定了 leu183-to-pro（L183P）和 asn34-to-ser（N34S）的复合杂合性；606953.0002）一名患有半乳糖差向异构酶缺陷的5岁男性GALE基因突变（GALAC3；230350），母亲是白人，父亲是巴基斯坦人。6 日龄和 9 日龄新生儿筛查显示半乳糖异常升高，但 GALT（606999）活性正常。通过含乳糖饮食，孩子的临床状况仍然良好，没有肝肿大、肝病、呕吐或酸中毒。大约 1 岁时，他开始出现粗大运动发育迟缓，5 岁时，他表现出轻度至中度精神发育迟滞，语言和认知能力全面迟缓，尽管他在其他方面都很健康。

.0002 半乳糖血症 III

大风，ASN34SER

关于 Quimby 等人（1997）在半乳糖差向异构酶缺乏症（230350）患者复合杂合状态下发现的 GALE 基因中 asn34-to-ser（N34S）突变的讨论，参见 606953.0001。

.0003 半乳糖血症 III

大风，GLY90GLU

一位患有半乳糖差向异构酶缺乏症的亚洲患者（GALAC3；230350），Maceratesi et al.（1998）在1个GALE等位基因上鉴定出GGG-to-GAG转变，将密码子90从甘氨酸改变为谷氨酸（G90E）。另一个等位基因没有被表征。

.0004 半乳糖血症 III

大风，ASP103GLY

亚洲半乳糖差向异构酶缺乏症患者 GALE 基因的两个等位基因（GALAC3；230350），Maceratesi等人（1998）在GALE基因中发现了GAT到GGT的转换，将密码子103处的天冬氨酸改变为甘氨酸（D103G）。

.0005 半乳糖血症 III

大风，LYS257ARG

一名非洲裔美国半乳糖差向异构酶缺乏症患者（GALAC3；230350），Maceratesi等人（1998）在GALE基因中发现了纯合的AAG到AGG转变，将密码子257从赖氨酸改变为精氨酸（K257R）。

.0006 半乳糖血症 III

大风，LEU313MET

一位患有半乳糖差向异构酶缺乏症的亚洲患者（GALAC3；230350），Maceratesi et al.（1998）在GALE基因中发现了CTG到ATG的颠换，将密码子313从亮氨酸改变为蛋氨酸（L313M）。该患者的这种突变是杂合的。另一个突变尚未确定。

.0007 半乳糖血症 III

大风，GLY319GLU

Maceratesi等（1998）发现1名非裔美国患者患有半乳糖差向异构酶缺乏症（GALAC3；230350）是 GALE 基因中 GGG 至 GAG 转变的杂合子，该转变将密码子 319 从甘氨酸更改为谷氨酸（G319E）。另一个突变尚未确定。

.0008 半乳糖血症 III，严重

大风，VAL94MET

他们声称这是第一例分子特征严重的半乳糖差向异构酶缺乏症（GALAC3；Wohlers et al.（1999）在GALE基因中发现了一个纯合的val94-to-met（V94M）错义突变（V94M）。230350）。该患者是近亲结婚的产物，Holton et al.（1981）和Henderson et al.（1983）曾对此进行过描述。她在 5 天时出现典型半乳糖血症（230400）的症状，包括呕吐、肌张力低下、黄疸、半乳糖尿和肝肿大。1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶（606999）和半乳糖激酶（604313）酶活性均在正常范围内。然而，红细胞和培养的皮肤成纤维细胞中的 GALE 活性均缺乏。19 个月大时，尽管限制饮食中的半乳糖，孩子仍处于低渗状态，脾脏增大且发育迟缓（Henderson 等，1983）。在后来的生活中，她被发现患有神经性耳聋和中度学习困难，但没有证据表明卵巢功能障碍。

相对于野生型酶，V94M 蛋白主要在 V（max）水平而非 K（m）水平受损。为了解决突变对酶 3 维结构的分子影响，Thoden 等人（2001）解决了与 NADH 和 UDP-葡萄糖、UDP-半乳糖、UDP-GlcNAc 复合的 V94M 取代的人差向异构酶的结构，或UDP-GalNAc。他们发现，V94M 取代的最终效果是打开了 ala93-to-glu96 表面环，从而允许糖自由旋转到非生产性结合模式。