组织蛋白酶F；CTSF

HGNC 批准的基因符号：CTSF

细胞遗传学定位：11q13.2 基因组坐标（GRCh38）：11:66,563,464-66,568,606（来自 NCBI）

▼ 说明

组织蛋白酶F（EC 3.4.22.41）是半胱氨酸蛋白酶木瓜蛋白酶家族的成员。这些酶代表溶酶体蛋白水解系统的主要组成部分。它们被合成为无活性前体，由信号序列、前肽和催化活性成熟区域组成。组织蛋白酶通过甘露糖 6-磷酸受体途径进入内体/溶酶体区室。酶原的激活通常发生在 N 末端原区的裂解和解离之后，该区域构成了酶蛋白水解活性的调节元件。与半胱氨酸蛋白酶前区相对应的肽是亲本酶的有效、选择性抑制剂（Nagler 等人评论，1999）。

▼ 克隆与表达

Wang等人（1998）通过使用基于木瓜蛋白酶超家族成员保守区域的简并引物对人肺泡肺巨噬细胞cDNA文库进行PCR，孤立出部分组织蛋白酶F cDNA。他们使用多种方法克隆了其他组织蛋白酶 F cDNA，其中包括骨骼肌 cDNA，他们声称该 cDNA 包含整个编码区。序列分析显示，从骨骼肌 cDNA 预测的 302 个氨基酸的组织蛋白酶 F 蛋白具有前结构域和成熟区域，但缺乏信号序列。表位标记的组织蛋白酶 F 在哺乳动物细胞中的瞬时表达揭示了该蛋白在细胞核旁区域的囊泡分布，这是溶酶体的典型模式。基于这些结果，Wang et al.（1998）提出组织蛋白酶F通过信号肽孤立的溶酶体靶向途径靶向溶酶体区室。（Santamaria et al.（1999）和Nagler et al.（1999）后来发现Wang等人（1998）克隆的cDNA是缺少5-prime编码序列的部分组织蛋白酶F cDNA。他们表明组织蛋白酶 F 确实含有信号肽，并表明组织蛋白酶 F 通过 6-磷酸甘露糖受体途径靶向溶酶体区室。）组织蛋白酶 F 蛋白与组织蛋白酶 W（602364）有 42% 的序列同一性。重组成熟的组织蛋白酶F具有高活性，其对合成底物的比活性与报道的组​​织蛋白酶L（116880）相当，后者是已知催化活性最强的溶酶体半胱氨酸蛋白酶。Northern 印迹分析表明组织蛋白酶 F 基因普遍表达。

通过在 EST 数据库中搜索与半胱氨酸蛋白酶木瓜蛋白酶家族成员显着相似的序列，Santamaria 等人（1999）鉴定了几个编码组织蛋白酶 F 的重叠 EST。使用源自这些 EST 的探针，他们筛选了人类前列腺 cDNA 文库并分离出全长组织蛋白酶F cDNA。预测的 484 个氨基酸蛋白具有与其他半胱氨酸蛋白酶相同的结构域组织，包括信号序列、前肽和催化区。然而，与其他木瓜蛋白酶家族蛋白酶的前肽结构域相比，组织蛋白酶 F 前肽结构域异常长，由 251 个残基组成。组织蛋白酶 F 还具有半胱氨酸蛋白酶的所有结构基序，包括活性位点必需的半胱氨酸残基。作者提出，该蛋白质的 5 个潜在糖基化位点中至少有 1 个被有效糖基化，并附着了溶酶体靶向所需的 6-磷酸甘露糖标记。人组织蛋白酶F蛋白与小鼠组织蛋白酶F有72%的同一性，与人组织蛋白酶L2（603308）有37%的同一性。Northern 印迹分析在大多数正常人体组织中检测到约 2.1 kb 的组织蛋白酶 F 转录物，其中在骨骼肌和睾丸中表达最高。在几种癌细胞系中也发现了该转录本。Santamaria et al.（1999）指出，他们分离的组织蛋白酶F cDNA与Wang et al.（1998）报道的组织蛋白酶F cDNA在3-prime区域相同，但在5-prime区域包含一个扩展的开放解读码组。编码超过 180 个氨基酸的主末端，包括信号肽。

Nagler 等人（1999）在 EST 数据库中搜索了新型半胱氨酸蛋白酶，并鉴定了人类组织蛋白酶 F EST。他们使用 PCR 从人类卵巢 cDNA 文库中扩增了全长组织蛋白酶 F 编码序列。由于推导的 484 个氨基酸组织蛋白酶 F 蛋白具有信号序列和潜在的糖基化位点，因此作者提出组织蛋白酶 F 通过甘露糖 6-磷酸受体途径靶向内体/溶酶体区室。组织蛋白酶 F 蛋白的成熟区与其他成熟的人类组织蛋白酶有 26% 至 42% 的同一性，而其前区的长度和序列都是独特的。非常长的前区可分为 3 个区域：具有半胱氨酸蛋白酶抑制剂样折叠的 N 端结构域、大约 50 个残基的柔性连接肽和类似于组织蛋白酶 L 样酶的前区的 C 端结构域。组织蛋白酶 F 是第一个被鉴定含有半胱氨酸蛋白酶抑制剂样结构域的半胱氨酸蛋白酶酶原。半胱氨酸蛋白酶抑制剂（参见 603253）是溶酶体半胱氨酸蛋白酶的可逆紧密结合抑制剂，被认为可调节体内蛋白水解活性。组织蛋白酶 F 的半胱氨酸蛋白酶抑制剂样结构域含有一些已知对抑制活性很重要的元素。Nagler等（1999）注意到Wang等（1998）报道的组织蛋白酶F cDNA缺乏5-引物非翻译区和226 bp的编码序列，包括起始ATG密码子和编码信号肽的核苷酸。

▼ 测绘

Santamaria等人（1999）通过FISH和体细胞杂交分析，将CTSF基因定位到11q13，与组织蛋白酶W基因位于同一区域。

▼ 分子遗传学

2个无血缘关系家族的常染色体隐性遗传Kufs型神经元蜡质脂褐质沉积症（CLN13；CLN13；Smith et al.（2013）鉴定出CTSF基因（603539.0001-603539.0003）纯合或复合杂合突变。这些突变是通过连锁分析结合外显子组测序发现的，与疾病分离，并且在几个大型对照数据库中没有发现。对22名疑似库夫斯病的无关先证者进行CTSF基因测序，发现1名患者存在复合杂合突变（603539.0004-603539.0005）。分子模型预测这些突变具有致病性，Smith et al.（2013）指出Ctsf-null小鼠会出现类似的神经退行性疾病（Tang et al., 2006）。研究结果表明，这种疾病存在 CTSF 功能障碍，这种疾病的特点是成年后出现进行性认知衰退和运动功能障碍，导致痴呆并常常过早死亡。

Di Fabio等人（2014）在意大利CLN13家族的受影响成员中鉴定出CTSF基因中的纯合剪接位点突变（603539.0006）。

▼ 动物模型

Tang等（2006）发现Ctsf基因在小鼠肾上腺、肝脏、肾脏、睾丸和卵巢中高表达，而在心脏和子宫中表达较低。脑和脊髓细胞内的溶酶体中也发现了表达。Ctsf 缺失小鼠发育正常，但在 12 至 16 个月龄之间出现进行性神经系统疾病。突变小鼠表现出进行性行走困难、后腿无力、运动协调性下降和全身消瘦。其他特征包括后腿强直伸展、平衡不良、震颤和痉挛。一些小鼠出现癫痫发作。Ctsf 缺失小鼠在症状出现后 4 至 6 个月内死亡。尸检显示大脑和脊髓中存在大量神经胶质增生、神经元损失以及神经元和神经胶质细胞中细胞质嗜酸性粒细胞和自发荧光颗粒的积累。超微结构分析证实了指纹图案中的膜结合层状包涵体，与脂褐素一致。该表型让人想起人类成人发病的神经元蜡样质脂褐质沉着症（参见例如CLN4A，204300），但在患有该疾病的13名无关患者中未发现CTSF突变。

▼ 等位基因变异体（6个精选例子）：

.0001 Ceroid脂褐质沉积症，神经元，13（KUFS型）

CTSF、GLN321ARG

一名法裔加拿大女性，由近亲父母出生，患有成人发病的神经元蜡样脂褐质沉积症-13（CLN13；615362），Smith et al.（2013）在CTSF基因的外显子7中发现了一个纯合的c.962A-G转变，导致肽酶C1结构域中高度保守的残基处的gln321-to-arg（Q321R）替换为C末端。该突变是通过连锁分析结合外显子组测序发现的，并经桑格测序证实，在几个大型对照数据库中未发现，并与家族中的疾病分离。分子模型预测 Q321R 取代将导致结合环构象变化，从而降低催化效率。

.0002 Ceroid脂褐质沉积症，神经元，13（KUFS型）

CTSF、GLY458ALA

2 名意大利同胞患有成人发病的神经元蜡样脂褐质沉积症-13（CLN13；615362），Smith et al.（2013）鉴定出CTSF基因中的复合杂合突变：外显子12中的c.1373G-C颠换导致gly458-to-ala（G458A）取代，以及c.1439C-T转变在外显子 13 中产生 ser480-to-leu（S480L; 603539.0003）替代。这些突变是通过外显子组测序发现并通过桑格测序证实的，与家族中的疾病分离，并且在几个大型对照数据库中没有发现。两种突变均发生在肽酶 C1 结构域 C 末端高度保守的残基处。分子模型预测每个突变都会导致构象变化或蛋白质错误折叠。

.0003 Ceroid脂褐质沉积症，神经元，13（KUFS型）

CTSF、SER480LEU

探讨成人发病的神经元蜡质脂褐质沉积症-13（CLN13；CLN13；Smith 等人（2013），参见 615362，参见 603539.0002。

.0004 Ceroid脂褐质沉积症，神经元，13（KUFS型）

CTSF、TYR231CYS（rs143889283）

一名 41 岁澳大利亚女性患有成人发病的神经元蜡样质脂褐质沉积症-13（CLN13；Smith et al.（2013）鉴定出CTSF基因中的复合杂合突变：第5外显子中的c.962A-G转变导致tyr231-to-cys（Y231C；129 前肽抑制剂结构域中高度保守残基的 rs143889283）替换，以及外显子 7（c.954delC）中 1-bp 的缺失，导致移码和提前终止（Ser319LeufsTer27；603539.0005）。两个大型对照数据库中均不存在这两种变体，但在 4,295 名欧洲血统的美国人中，有 1 名（0.012%）发现了杂合状态的 Y231C 替换。

.0005 Ceroid脂褐质沉积症，神经元，13（KUFS型）

CTSF、1-BP DEL、954C

讨论成人发病的神经元蜡样质脂褐质沉积症-13（CLN13；CLN13；Smith 等人（2013），参见 615362，参见 603539.0004。

.0006 Ceroid脂褐质沉积症，神经元，13（KUFS型）

CTSF、IVS1DS、GC、+1

一个意大利家庭的 3 名成员患有成人发病的神经元蜡质脂褐质沉积症-13（CLN13；615362），Di Fabio et al.（2014）在CTSF基因的内含子1中发现了纯合的G-to-C颠换（c.213+1G-C, NM_003793.3），导致外显子1被去除。该突变与家族中的疾病分离，并且在 dbSNP、1000 基因组计划或外显子组测序计划数据库或 150 个种族匹配的对照中未发现。患者来源的成纤维细胞显示出缺乏外显子 1 的稳定突变 mRNA 转录本。预计该突变会截断组织蛋白酶 F 的 N 末端并导致功能丧失；没有进行额外的功能研究。