微管蛋白，β-4A；TUBB4A
TUBB4
微管蛋白，β，IVA 类
HGNC 批准的基因符号：TUBB4A
细胞遗传学定位：19p13.3 基因组坐标（GRCh38）：19:6,494,319-6,502,848（来自 NCBI）
▼ 说明
微管是由不断掺入和释放的α-微管蛋白（见602529）和β-微管蛋白异二聚体组成的动态聚合结构。微管是细胞骨架的重要组成部分，在有丝分裂、细胞内运输、神经元形态以及纤毛和鞭毛运动中发挥作用（Leandro-Garcia et al., 2010）。TUBB4A 基因编码 β-微管蛋白家族的大脑特异性成员，该成员在小脑、壳核和白质中表达最高（Kancheva 等人总结，2015）。
▼ 克隆与表达
Hall 等人（1983）鉴定了 TUBB4A 基因，并将其命名为 5-β。5-β 基因在 HeLa 细胞 mRNA 的 Northern 印迹上表达为 2.6 kb 转录本。Lee等人（1984）报道5-β序列编码预测的445个氨基酸的蛋白质。通过 Northern 分析，他们确定 5-β 在胎儿大脑中表达，但在源自各种其他组织的细胞系中不表达。Lewis和Cowan（1990）指出5-β的小鼠同源物M-β-4在大脑中特异性表达。
Leandro-Garcia等人（2010）通过数据库分析，鉴定了8种主要的β-微管蛋白，其中包括TUBB4A，他们将其称为TUBB4。对 21 个正常人体组织的定量 RT-PCR 检测到 TUBB4A 在大脑中高表达，而在睾丸中低得多的表达。在检查的其他组织中几乎没有检测到表达。TUBB4A 是大脑中主要的 β-微管蛋白同种型，占所有 β-微管蛋白的 46%。
在人脑中，Hersheson et al.（2013）发现TUBB4A基因在小脑中表达量最高，其次是壳核和白质。在所有研究的大脑区域中，丘脑的表达最低。除睾丸中中等表达外，TUBB4A 在其他身体组织中的表达非常低。
▼ 测绘
Hartz（2013）根据TUBB4A序列（GenBank BC006570）与基因组序列（GRCh37）的比对，将TUBB4A基因定位到染色体19p13.3。
▼ 分子遗传学
肌张力障碍 4
在一个具有常染色体显性遗传性肌张力障碍-4（DYT4；DYT4；128101）（Parker, 1985），Hersheson et al.（2013）鉴定出TUBB4A基因杂合突变（R2G; 602662.0001），导致自动调节MREI结构域中高度保守的残基处被arg2替换为gly（R2G）。该突变是通过连锁分析和外显子组测序发现的，在几个大型对照数据库中未发现，并且与家族中的疾病分离。Yen等人（1988）之前的定点诱变研究表明，MREI结构域（包括R2G）的突变会消除TUBB4A的自身调节能力，这可能会影响微管蛋白子单元的平衡并干扰正确的组装。研究结果表明细胞骨架在肌张力障碍发病机制中的作用。
Lohmann等人（2013）同时孤立地在Parker（1985）报道的DYT4家族中的TUBB4A基因中发现了杂合R2G突变。通过全基因组连锁分析和基因组测序在 2 个家族成员中发现了该突变。与对照相比，来自 1 个突变携带者的细胞显示突变 TUBB4A mRNA 水平降低。对 394 名无关肌张力障碍患者的 TUBB4A 基因筛查发现不同的错义变异（A271T；602662.0003）一名 60 岁出现痉挛性发声困难的女性。尚未进行 A271T 变体的功能研究。
使用高分辨率熔解和Sanger测序，Vemula等人（2014）在575名患有原发性喉部、节段性或全身性肌张力障碍的成人个体中没有发现TUBB4A基因有任何致病性变异。患者主要是欧洲血统的白人。研究结果表明，TUBB4A 的变异并不是原发性肌张力障碍的重要原因。
通过对 4 个 DYT4 家族的 11 名患者进行新一代肌张力障碍基因组测序或全外显子组测序，Bally 等人（2021）在 TUBB4A 基因中发现了 4 个新的杂合错义变异（D295N、R46M、Q424H 和 R121W） ）。其中 3 个家族的变异随疾病分离，有证据表明 2 个家族的不完全外显；第四个家庭中，1名受影响成员和4名未受影响成员携带该变异（D295N）。所有变体都改变了高度保守的氨基酸。没有进行功能研究，但通过计算机分析预测所有变体都是有害的。所有这些都通过桑格测序得到证实，并且在群体数据库中没有发现任何情况。
低髓鞘性脑白质营养不良 6
9例无血缘关系的低髓鞘性脑白质营养不良-6（HLD6；Simons et al.（2013）在TUBB4A基因中发现了相同的从头杂合突变（D249N；612438）。602662.0002）。两名受影响的同胞从未受影响的母亲那里遗传了该突变，而母亲被发现是该突变的体细胞嵌合体。外显子组测序发现并经桑格测序证实的D249N突变，在几个大型对照外显子组数据库中均未发现。TUBB4A在神经元中高表达，Simons等（2013）提出该突变可能对神经元中的微管蛋白二聚化、微管聚合或微管稳定性产生显性负效应，并继发神经胶质细胞的参与。该表型的主要特征是在生命的最初几年出现运动发育迟缓或步态不稳定，随后出现运动恶化和锥体外系体征。6 名患者出现认知能力下降，2 名患者出现轻度智力障碍，但 3 名患者认知发育正常。除 1 名患者外，所有患者均存在某种类型的言语迟缓和构音障碍。
Blumkin等人（2014）在一名患有HLD6减毒形式的9岁男孩中发现了TUBB4A基因的从头杂合错义突变（E410K；602662.0004）。该突变是通过全外显子组测序发现的；没有对该变体进行功能研究。
Purnell等人（2014）在一名患有HLD6的4岁女孩身上发现了TUBB4A基因的从头杂合错义突变（R156L；602662.0005）。该突变是通过全外显子组测序发现的；没有对该变体进行功能研究。
Miyatake等人（2014）在8名无关的日本HLD6患者中鉴定出TUBB4A基因杂合错义突变（参见例如602662.0002；602662.0004；602662.0006-602662.0007）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并且在所有具有可用亲代样本的病例中都是从头发生的。结构模型表明这些突变可能影响微管组装、结构或与其他蛋白质的相互作用，但尚未进行功能研究。
▼ 等位基因变异体（8个精选示例）：
.0001 肌张力障碍 4，扭转，常染色体显性
TUBB4A、ARG2GLY
在一个具有常染色体显性遗传性肌张力障碍-4（DYT4；DYT4；128101）（Parker, 1985），Hersheson et al.（2013）在TUBB4A基因的外显子1中鉴定出杂合的c.4C-G颠换，导致在高度保守的残基处发生arg2到gly（R2G）的取代自动调节 MREI 域。该突变是通过连锁分析和外显子组测序发现的，在几个大型对照数据库中未发现，并且与家族中的疾病分离。Yen等人（1988）之前的定点诱变研究表明，MREI结构域（包括R2G）的突变会消除TUBB4A的自身调节能力，这可能会影响微管蛋白子单元的平衡并干扰正确的组装。研究结果表明细胞骨架在肌张力障碍发病机制中的作用。
Lohmann等人（2013）同时孤立地在受影响的家族成员中鉴定出TUBB4A基因中的杂合R2G突变，该突变与Parker（1985）最初报道的DYT4有关。该突变是通过全基因组连锁分析结合基因组测序在 2 个家族成员中发现的。该突变经桑格测序证实，在家族中与疾病分离，并且在 1,000 个对照染色体或外显子组变异服务器数据库中不存在。与对照相比，来自 1 个突变携带者的原代细胞显示突变 TUBB4A mRNA 水平降低，表明发病机制涉及 TUBB4A 水平降低。
.0002 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，6
TUBB4A、ASP249ASN
9例无血缘关系的低髓鞘性脑白质营养不良-6（HLD6；612438），Simons et al.（2013）在TUBB4A基因中发现了一个从头杂合的c.745G-A转变，导致T7环中高度保守的残基处由asp249到asn（D249N）取代，这相互作用GTP 核苷酸与 α-微管蛋白的 N 位点结合，对于微管蛋白之间的纵向相互作用很重要。两名患有这种疾病的同胞从他们未受影响的母亲那里遗传了这种突变，而母亲被发现是这种突变的体细胞嵌合体。外显子组测序发现并经桑格测序证实的D249N突变，在几个大型对照外显子组数据库中均未发现。TUBB4A在神经元中高表达，Simons等（2013）提出该突变可能对神经元中的微管蛋白二聚化、微管聚合或微管稳定性产生显性负效应，并继发神经胶质细胞的参与。该表型的主要特征是在生命的最初几年出现运动发育迟缓或步态不稳定，随后出现运动恶化和锥体外系体征。6 名患者出现认知能力下降，2 名患者出现轻度智力障碍，3 名患者认知发育正常。除 1 名患者外，所有患者均存在某种言语迟缓和构音障碍。Simons et al.（2013）指出，D249N 取代已在其他 β-微管蛋白中被鉴定为致病性：患有遗传性巨血小板减少症的骑士查理王小猎犬的 Tubb1 基因（612901）中（Davis et al., 2008），以及线虫的β-微管蛋白基因中存在触觉敏感性丧失（Savage et al., 1994）。
Miyatake 等人（2014）在 2 名无关的日本 HLD6 患者中发现了 D249N 突变，其中 1 名患者此前已被 Wakusawa 等人（2006）报道过。该突变是通过全外显子组测序发现的，在外显子组测序计划或 1000 基因组计划数据库中，或在 575 个内部对照外显子组中不存在。一名患者的突变是从头发生的，而另一名患者的母亲 DNA 中则不存在这种突变；第二名患者的父亲 DNA 无法获得。D249N 取代发生在异二聚体内界面，表明该突变可能影响微管蛋白异二聚化；然而，没有进行功能研究。
.0003 肌张力障碍 4，扭转，常染色体显性
TUBB4A、ALA271THR
一名 71 岁女性，患有扭转性肌张力障碍（DYT4；128101），Lohmann et al.（2013）鉴定出TUBB4A基因的杂合性改变，导致ala271-to-thr（A271T）取代。该患者是从 394 名无关的肌张力障碍患者中确定的，这些患者接受了 TUBB4A 突变筛查。患者于 60 岁时出现痉挛性发声困难、口颌肌张力障碍和运动障碍。她的母亲从 70 岁起就患有口腔周围运动障碍，并于 76 岁时去世；无法获得母亲的 DNA。尚未进行 A271T 变体的功能研究。
.0004 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，6
TUBB4A、GLU410LYS
一名 9 岁男孩患有缓慢进行性低髓鞘性脑白质营养不良 6（HLD6；Blumkin et al.（2014）在 TUBB4A 基因中发现了一个从头杂合的 c.1218G-A 转变，导致 C 端结构域中高度保守的残基发生 glu410-to-lys（E410K）取代。 612438）。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在 dbSNP（build 135）、1000 Genomes Project 或 Exome Variant Server 数据库中不存在。没有对该变体进行功能研究。
Miyatake 等人（2014）在 2 名具有延长型 HLD6 的无亲缘关系的日本男性中，在 TUBB4A 基因中发现了一个从头杂合的 E410K 取代，他们称这是 c.1228G-A 转变的结果。Sasaki 等人（2009）之前将这两个患者报告为患者 2 和 3。通过全外显子组测序发现的突变在外显子组测序计划或 1000 基因组计划数据库中或在 575 个样本中不存在。房屋控制外显子组。受影响的残基位于暴露的外表面，介导与运动蛋白和/或微管相关蛋白的相互作用，并且对于驱动蛋白微管相互作用至关重要。没有对该变体进行功能研究。
.0005 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，6
TUBB4A、ARG156LEU
一名 4 岁女孩，患有低髓鞘性脑白质营养不良-6（HLD6; Purnell et al.（2014）在 TUBB4A 基因的外显子 4 中发现了一个从头杂合的 c.467G-T 颠换，导致 α- 中高度保守的残基处 arg156-to-leu（R156L）取代。 helix-4 结构域。该突变是通过全外显子组测序发现的；未进行功能研究。
.0006 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，6
TUBB4A、ARG2GLN
一名15岁的日本女孩患有低髓鞘性脑白质营养不良-6（HLD6; 612438），Miyatake et al.（2014）在TUBB4A基因中发现了一个杂合的c.5G-A转换，导致在涉及自身调节机制的MREI基序中高度保守的残基处发生arg2到gln（R2Q）的取代。 β-微管蛋白稳定性。该突变是通过全外显子组测序发现的，在外显子组测序计划或 1000 基因组计划数据库中，或在 575 个内部对照外显子组中不存在。无法获得父母 DNA。结构模型显示，R2Q 取代发生在异二聚体内界面，表明该突变可能影响微管蛋白异二聚化；然而，没有进行功能研究。该患者患有严重疾病，在 1.5 个月大时出现症状。她患有严重的智力低下，无法控制头部、痉挛、僵硬、舞蹈手足徐动症和肌张力障碍。脑部 MRI 显示小脑、基底神经节和胼胝体髓鞘形成不足和萎缩。Miyatake et al.（2014）注意到同一残基（R2G；R2G；602662.0001）已在一个大家族中被报道，具有更温和且不同的表型（DYT4；128101），Miyatake等人（2014）提出DYT4大家族可能有另一种修饰因子来防止白质异常。
.0007 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，6
TUBB4A、THR178ARG
一名4岁日本男孩患有低髓鞘性脑白质营养不良-6（HLD6; 612438），Miyatake et al.（2014）在TUBB4A基因中发现了一个从头杂合的c.533C-G颠换，导致纵向异源二聚体界面高度保守残基处的thr178-to-arg（T178R）取代，表明该突变可能影响微管蛋白二聚化过程。该突变是通过全外显子组测序发现的，在外显子组测序计划或 1000 基因组计划数据库中，或在 575 个内部对照外显子组中不存在。未进行功能研究。
.0008 脑白质营养不良，髓鞘形成低下，6
TUBB4A、HIS190TYR
5 名同胞患有低髓鞘性脑白质营养不良-6（HLD6; 612438），由来自保加利亚的罗姆吉普赛人近亲出生，Kancheva等人（2015）在TUBB4A基因中发现了一个杂合的c.568C-T转换（c.568C-T, NM_006087.1），产生了his190-to -tyr（H190Y）在参与微管原丝接触的界面处的 H5 螺旋中的保守残基处进行取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在未患病母亲的马赛克状态中也发现了这种突变（她的血细胞中有10%携带突变等位基因）。在 72 个种族匹配的对照中未发现该变异。没有对该变体进行功能研究。患者表现为早发性复杂性痉挛性截瘫，无基底节受累、肌张力障碍或认知功能障碍。
