丙酮酸脱氢酶激酶，同工酶 3; PDK3

HGNC 批准基因符号：PDK3

细胞遗传学定位：Xp22.11 基因组坐标（GRCh38）：X:24,465,286-24,550,466（来自 NCBI）

▼ 说明

PDK3 属于丙酮酸脱氢酶（PDH）激酶家族（EC 2.7.11.2），通过 ATP 依赖性丝氨酸磷酸化复合物 E1 成分的 α 子单元，使线粒体 PDH 复合物可逆失活（参见 300502）（ Korotchkina 和 Patel 的总结，2001）。

▼ 克隆与表达

Gudi等人（1995）通过用大鼠Pdk筛选人肝脏cDNA文库，然后对心脏cDNA文库进行5-prime RACE，克隆了PDK3。推导的 406 个氨基酸蛋白，计算分子量为 46.9 kD，具有假定的线粒体蛋白激酶催化结构域和 5 个特征子结构域。PKD3 与 PDK1（602524）和 PDK2（602525）分别有 68% 和 67% 的同一性。对 8 种人体组织的 Northern 印迹分析检测到约 4.0 kb 的 PDK3 转录本几乎只存在于心脏和骨骼肌中。

PDK3 在大脑、睾丸和肾脏中表达。Kennerson et al.（2013）发现PDK3在人类脊髓、骨骼肌、胎儿和成人大脑中表达。

▼ 基因功能

Gudi et al.（1995）指出，PDH反应的产物刺激PDK的激酶活性，而底物则具有抑制作用。ADP 还与丙酮酸协同作用，抑制 PDK 激酶活性。他们使用从大鼠心脏中分离出的激酶耗尽的 PDH 复合物作为底物，发现重组人 PDK1、PDK2 和 PDK3 以 ATP 依赖性方式灭活 PDH。PDK3 显示最高激酶活性，PDK2 最低。然而，PDH 反应的产物 NADH 和乙酰辅酶 A 增加了 PDK2 抑制 PDH 的能力。

Baker et al.（2000）发现PDH的E2子单元（DLAT; 608770）和E2的分离的第二个N端硫辛酰（L2）结构域，差异性地增强了重组人PDK2和PDK3磷酸化E1的速率。PDK3被E2激活17倍；大部分激活是由游离的 L2 结构域促进的。游离 L2 结构域对 PDK2 的直接激活很少，但形成 PDH 复合物核心结构的 E2 60mer 使 PDK2 活性增强了 10 倍。PDK2和PDK3在丙酮酸、ADP、二氯乙酸和乙酰化硫辛酰基的抑制、NADH和乙酰辅酶A的激活以及混合抑制剂和激活剂的联合作用方面也存在差异。

PDH 中 E1 的每个 α 子单元包含 3 个被 PDK 磷酸化的丝氨酸。Korotchkina 和 Patel（2001）利用在大肠杆菌和人 E1 双位点突变体中表达的重组酶发现，大鼠 Pdk1、Pdk2 和 Pdk4（602527）以及人 PDK3 对这些丝氨酸均表现出独特的特异性和活性。只有 Pdk1 具有可检测到的位点 3 活性，作者将其称为 ser203。在存在或不存在与 E3BP（608769）复合的 E2、E2 硫辛酰基部分的氧化还原和/或乙酰化状态以及所使用的缓冲系统的情况下，每种激酶还表现出独特的激酶活性。

核过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs；参见 PPARA, 170990）是脂肪酸氧化的关键调节剂。Degenhardt et al.（2007）利用实时定量PCR发现PDK2的表达。PPAR-β/δ 诱导 PDK3 和 PDK4，但不诱导 PDK1（PPARD; 600409）激动剂。在小鼠中，PPAR-β/δ 的诱导增加了 Pdk2 和 Pdk4 的肾脏表达，但不增加 Pdk1 或 Pdk3 的表达。在人和小鼠细胞中，PDK4 显示出 PPAR-β/δ 配体最强的诱导作用。其他 PPAR 亚型的配体对 PDK 基因表达的调节较弱。计算机分析、染色质免疫沉淀和蛋白质印迹分析表明，PPAR-β/δ 结合 PDK2、PDK3 和 PDK4 基因中的调控元件，但不结合 PDK1 基因，并与其调控伙伴 RXR-α 相关地激活转录。接收接收；180245）, PGC1-α（PPARGC1A; 604517）、TRAP220（MED1；604311）和磷酸化RNA聚合酶II（参见POLR2A 180660）。Degenhardt et al.（2007）还发现，与野生型成纤维细胞相比，Ppard缺失小鼠的成纤维细胞中Pdk2、Pdk3和Pdk4的表达降低。Pdk4 的表达减少了 1200 倍。Degenhardt et al.（2007）得出结论，PDK2、PDK3和PDK4基因是PPAR的主要靶标，PPAR-β/δ是PDK4表达的主要调节因子。

▼ 测绘

Hartz（2013）根据PDK3序列（GenBank BC015948）与基因组序列（GRCh37）的比对，将PDK3基因定位到染色体Xp22.11。

▼ 分子遗传学

在X染色体连锁显性Charcot-Marie-Tooth病6（CMTX6；CMTX6；Kennerson et al.（2013）发现PDK3基因突变（R158H；300905）300906.0001）。该突变是通过连锁分析结合全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与疾病分离，并且在 1,200 个对照染色体或大型对照数据库中未发现。在另外 62 个可能具有 X染色体连锁 CMT 的家族中未发现致病性 PDK3 突变，这表明 PDK3 突变是该疾病的罕见原因。体外功能表达研究表明，突变体 R158H PDK3 酶的磷酸化活性增加，与功能获得一致。与野生型相比，突变蛋白对丙酮酸脱氢酶复合物的E2子单元具有更高的亲和力。Kennerson et al.（2013）推测突变使PDK3酶的平衡向开放构象转变，导致活性增加，将PDC锁定在主要磷酸化的非活性状态，导致ATP生成和/或乳酸积累受损。

▼ 等位基因变异体（1个精选示例）：

.0001 CHARCOT-MARIE-TOOTH 病，X染色体连锁显性，6（1个家族）

PDK3、ARG158HIS

在X染色体连锁显性Charcot-Marie-Tooth病6（CMTX6；CMTX6；Kennerson et al.（2013）在PDK3基因的外显子4中发现了c.473G-A转变，导致高度保守的残基处arg158到his（R158H）的取代。 300905）。该突变是通过连锁分析结合全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与该家族中的疾病分离，并且在 1,200 个对照染色体或已发表的对照数据库中不存在。体外功能表达研究表明，该突变赋予了功能增益，导致 PDK3 过度活跃。与野生型相比，R158H 突变蛋白的 ATP 结合解离常数高出 10 倍。R158H 对核苷酸的亲和力降低有助于消除 ADP 的产物抑制，从而导致激酶活性增加。突变体蛋白对丙酮酸脱氢酶复合物（PDC）的E2子单元具有比野生型更高的亲和力。Kennerson et al.（2013）推测突变使PDK3酶的平衡向开放构象转变，导致活性增加，将PDC锁定在主要磷酸化的非活性状态，导致ATP生成和/或乳酸积累受损。