蛋白质激酶，DNA 激活，催化子单元；PRKDC

DNA 依赖性蛋白激酶，催化子单元；DNPK1
p350
DNA-PKcs
DNA依赖性蛋白激酶；DNAPK
HYPERRADIOSENSITIVITY COMPLEMENTING 1, 老鼠, 同源; HYRC1

HGNC 批准的基因符号：PRKDC

细胞遗传学定位：8q11.21 基因组坐标（GRCh38）：8:47,773,111-47,960,136（来自 NCBI）

▼ 说明

PRKDC基因编码核DNA依赖性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（DNA-PK）的催化子单元，该子单元参与DNA双链断裂（DSB）修复过程中的DNA非同源末端连接（NHEJ）和V （D）免疫发育过程中的J重组。DNA-PK的第二个成分是Ku（XRCC6；152690），这是 PRKDC 正确激活所必需的（van der Burg et al., 2009 和 Woodbine et al., 2013 总结）。

▼ 克隆与表达

Sipley等人（1995）报道了PRKDC基因的部分序列。

Hartley et al.（1995）分离出PRKDC cDNA，编码4,096个氨基酸的蛋白质，分子量为360 kD。PRKDC 蛋白与参与细胞周期控制、DNA 修复和 DNA 损伤反应的磷脂酰肌醇 3 激酶家族成员相似，并且对脂质没有可检测到的活性。其他参与DNA修复的PI激酶蛋白包括FKBP12（186945）和共济失调毛细血管扩张基因（ATM；607585），其中突变导致基因组不稳定以及癌症和共济失调的倾向。

Poltoratsky等人（1995）孤立地克隆并测序了编码PRKDC C端931个氨基酸的cDNA。他们表明该区域与磷脂酰肌醇激酶具有同源性。

▼ 基因结构

Sipley等（1995）报道PRKDC基因含有9个外显子。

▼ 测绘

Sipley等人（1995）通过荧光原位杂交（FISH）将PRKDC基因定位到染色体8q11，与人类同源基因XRCC7（HYRC1）一致，该基因补充DNA双链断裂修复和V（D））J 仓鼠V3和小鼠严重联合免疫缺陷（scid）细胞的重组缺陷（见基因功能）。

Ladenburger et al.（1997）表明PRKDC和MCM4（602638）基因的5-prime末端在8q12-q13上相距小于1 kb。这些基因以相反方向转录并具有自主启动子。Satoh等（1997）通过FISH将MCM4基因定位到8q11.2。基于 PRKDC 和 MCM4 基因的接近性，假设 PRKDC 基因也对应到该位置。Connelly et al.（1998）报道PRKDC和MCM4基因的转录起始位点相距约700 bp，起始密码子相距1,018 bp。

老鼠 Prkdc 基因位于染色体 16（Bosma et al., 1989, Miller et al., 1993, and Komatsu et al., 1993）。

▼ 基因功能

Anderson 和 Lees-Miller（1992）指出，DNA-PK 在体外已被证明可以磷酸化多种转录因子，表明它通过调节转录来维持细胞稳态。DNA-PK 激活需要 Ku 与 DNA 双链断裂或 DNA 双螺旋中的其他不连续性结合，这表明 DNA-PK 识别 DNA 损伤位点或作为重组中间体发生的 DNA 末端。DNA-PK 成分有缺陷的细胞由于无法有效修复双链断裂，对电离辐射的杀伤高度敏感。Ku 或 DNA-PK 催化子单元有缺陷的细胞也无法进行 V（D）J 重组，这是在发育中的 B 和 T 淋巴细胞中发生的位点特异性重组过程，以产生免疫球蛋白和 T 细胞受体基因的可变区。在缺乏DNA-PK功能的情况下，V（D）J重组中间体无法被加工和连接（Hartley et al., 1995）。

Kuhn et al.（1995）和Labhart（1995）报道DNA-PK分别抑制小鼠和纯化爪蟾细胞提取物中RNA聚合酶I的转录，但不抑制RNA聚合酶II或III的转录（Labhart, 1995）。

Lees-Miller et al.（1995）表明，放射敏感的人恶性胶质瘤M059J细胞系存在DNA双链断裂修复缺陷，不能表达DNA-PK的p350子单元。

Shieh等人（1997）证明p53（191170）被纯化的DNA-PK在ser15和ser37处磷酸化，并且这种修饰损害了MDM2（164785）抑制p53依赖性反式激活的能力。他们提出的证据表明，这些效应很可能是由于 p53 磷酸化引起的构象变化所致。

Daniel等人（1999）证明PRKDC蛋白参与逆转录病毒DNA整合，该整合由病毒蛋白整合酶催化。感染 3 种不同逆转录病毒的 Prkdc 缺陷型小鼠 scid 细胞显示逆转录病毒 DNA 整合大幅减少，并因细胞凋亡而死亡。感染整合酶缺陷型病毒后未观察到 Scid 细胞死亡，这表明整合酶的失败是这些 DNA 修复缺陷细胞死亡的触发因素。这些结果表明，逆转录病毒整合的初始事件被宿主细胞检测为DNA损伤，并且整合过程的完成需要DNA-PK介导的修复途径。

Jimenez et al.（1999）证明p53反应在缺乏Prkdc的原代小鼠胚胎成纤维细胞中完全发挥作用：这些有缺陷的成纤维细胞中辐射诱导的DNA损伤诱导了p53积累的正常反应，p53丝氨酸残基在位置15的磷酸化，核定位以及与 p53 DNA 的结合。Jimenez等人（1999）也报道Prkdc缺陷细胞系在p53的DNA结合域中含有纯合突变，这可以解释Woo等人（1998）报道的该细胞系中p53的缺陷反应。Jimenez et al.（1999）得出结论，细胞对 DNA 损伤产生依赖于 p53 的反应并不需要 DNA-PK 活性。

在哺乳动物细胞中，端粒重复结合因子TRF2（TERF2; 602027）或DNA-PK活性导致端到端染色体融合，确立这些蛋白质在端粒功能中的核心作用。Bailey等人（2001）证明TRF2介导的封端发生在端粒复制后。TRF2 和 DNA-PK 催化子单元的复制后需求仅限于由前导链 DNA 合成产生的端粒的一半。Bailey等人（2001）得出结论，端粒的复制后加工存在关键差异，这与其复制模式有关。

Ma et al.（2002）确定了Artemis蛋白（DCLRE1C；605988）在没有DNA的情况下与PRKDC形成复合物。纯化的 Artemis 蛋白单独具有单链特异性 5 引物至 3 引物核酸外切酶活性。复合物形成后，PRKDC 磷酸化 Artemis，Artemis 获得了 5 素和 3 素突出端以及发夹的核酸内切活性。Artemis-PRKDC复合物可以打开RAG（见179615）复合物产生的发夹。Ma et al.（2002）得出结论，PRKDC 通过磷酸化和复合物形成来调节 Artemis，以允许酶活性，这对于 V（D）J 重组的发夹打开步骤以及 5-prime 和 3-prime 突出加工至关重要在非同源 DNA 末端连接中。

Falck et al.（2005）在人类NBS1（602667）、ATRIP（606605）和Ku80（194364）蛋白中鉴定出相关的、保守的C端基序，这些基序是它们与磷酸肌醇3激酶相关蛋白成员相互作用所必需的激酶（PIKK；分别参见607032）家族、ATM（607585）、ATR（601215）和DNA-PKcs。这些 EEXXXDDL 基序不仅对于将 ATM、ATR 和 DNA-PKcs 有效招募到损伤位点至关重要，而且对于触发细胞周期检查点和 DNA 的 ATM、ATR 和 DNA-PKcs 介导的信号传导事件也至关重要维修。Falck et al.（2005）得出结论，这些 PIKK 募集至 DNA 损伤是通过进化上保守的基序通过常见机制发生的，并提供了直接证据表明 PIKK 募集是 PIKK 依赖性 DNA 损伤信号传导所必需的。

Soutoglou and Misteli（2008）证明，在没有DNA损伤的情况下，DNA修复因子与染色质的长时间结合可以以ATM和DNAPK依赖的方式引发DNA损伤反应。将单个修复因子靶向染色质揭示了修复复合物内蛋白质相互作用的层次结构，并表明损伤信号的放大。Soutoglou and Misteli（2008）得出结论，DNA损伤反应的激活不需要DNA损伤，修复因子与染色质的稳定结合可能是触发、放大和维持DNA损伤修复信号的关键步骤。

Lu et al.（2008）报道Artemis:PRKDC复合物的激酶活性可以被顺式发夹DNA末端激活，允许发夹切口，然后通过非同源DNA末端连接进行加工和连接。这些见解使得能够使用 13 种高度纯化的多肽重建 V（D）J 重组的抗原受体多样化的许多方面，从而允许可变域外显子组装。该生化系统产生的重组位点的特征包括体内观察到的所有特征，例如溶核切除、P核苷酸和N核苷酸添加，并且表明大多数（如果不是全部）末端修饰酶已被鉴定。。

Burleigh et al.（2020）发现人腺病毒5的E1A癌基因阻断了独特的STING（STING1; 612374）人类细胞中依赖和孤立的DNA传感途径。人类细胞中不依赖于 STING 的 DNA 传感通路（SIDSP）的激活需要暴露的 DNA 末端，并依赖 DNAPK 及其辅助因子 Ku70 和 Ku80 来感知这些末端。DNAPK依赖性SIDSP存在于人类、灵长类动物和大鼠中，但在小鼠中不存在或严重受损。在人类中，DNAPK 依赖性 SIDSP 激活了一种有效的、广泛的基因表达程序，以实现 DNA 激活的抗病毒反应。DNAPK 靶向 HSPA8（600816），并在抗病毒 SIDSP 反应中将其在 ser638 位点磷酸化。单纯疱疹病毒 1 的 ICP0 泛素连接酶通过阻断 DNA 激活的 HSPA8 磷酸化来抑制抗病毒 SIDSP。DNAPK 依赖性 SIDSP 仅由人类细胞中的外来 DNA 触发，而不是由 DNA 损伤触发。

▼ 分子遗传学

一名患有免疫缺陷的土耳其女孩-26（IMD26; 615966）表现为严重联合免疫缺陷（SCID），伴有T细胞或B细胞缺乏以及细胞对辐射的敏感性增加，van der Burg et al.（2009）鉴定出PRKDC基因中的纯合错义突变（L3062R；600899.0001）。

Woodbine 等人（2013）在一名患有 IMD26 和严重神经系统异常的男孩中发现了 PRKDC 基因的复合杂合突变（A3574V, 600899.0002 和 Ex16del, 600899.0003）。功能研究结果与功能丧失一致，导致蛋白质表达减少、激酶活性丧失以及 NHEJ 和 DSB 修复受损。Woodbine 等人（2013）注意到 Prkdc 缺失的动物模型没有表现出神经异常，因此推测 DSB 修复在人类神经元发育和维持过程中的非同源重组中发挥作用。

▼ 动物模型

Bosma等人（1983）报道了具有严重联合免疫缺陷（scid）特征的纯合子小鼠，包括淋巴细胞减少、低γ球蛋白血症以及T和B淋巴细胞介导的免疫功能受损。Hendrickson et al.（1988）确定scid的缺陷存在于介导免疫球蛋白基因重排的重新连接事件的反式作用因子的基因中；发现重链基因重排在DJ阶段被阻断。

Bosma et al.（1989）通过scid与染色体16上隐性小鼠毛色标记mahoganoid（md）的连锁，确定常染色体隐性小鼠scid定位于染色体16的着丝粒端。 Miller et al.（1993）构建了小鼠染色体16着丝粒区的精细连锁图谱，将scid基因置于Prm2（182890）和Igl1之间。scid 与 B 细胞发育阶段特有的 VpreB 和 lambda-5 基因之间未发现重组。

Komatsu et al.（1993）通过X射线照射和体细胞融合将人类染色体8的片段导入scid小鼠来源的细胞中。由此产生的杂交克隆含有人类 DNA 片段，可以补充 scid 细胞的超放射敏感性。这些杂交体的 Alu-PCR 产物通过染色体原位抑制杂交技术用于染色体涂色，从而将小鼠 scid 位点的人类同源物 HYRC1（超放射敏感性互补-1）分配给人类染色体 8q11。使用相同的微细胞技术，Kurimasa 等人（1994）证明了通过代表 8p11.1-q11.1 的人类染色体 8 片段校正辐射敏感性。Komatsu等人（1995）使用类似的方法证明scid细胞也完全补充了V（D）J重组反应，而未补充的对照细胞则无法正常进行V（D）J重组。研究结果表明，HYRC1 基因座编码 SCID 因子，该因子参与所有 V（D）J 重组编码接头的形成以及 30% 至 35% 的双链断裂修复。

Kirchgessner 等人（1995）将 PRKDC 鉴定为小鼠 scid 基因的人类同源物的有力候选者。表达 PRKDC 的染色体片段与 scid 表型互补，与来自野生型小鼠的细胞相比，来自 scid 小鼠的细胞中 PRKDC 蛋白水平大大降低。作者证实人类染色体8q11（包含p350基因和CEBPD基因）与染色体16的着丝粒区scid位点之间存在一个新的同线性群。

Miller 等人（1995）使用人类 PRKDC 的部分 cDNA 克隆，通过大型种间回交面板绘制了小鼠同源物图谱。他们发现老鼠基因没有与scid重组，这与老鼠Prkdc基因突变导致scid的假设一致。

Araki等人（1997）在4只scid小鼠中证明了Prkdc基因密码子tyr4406中的T-A颠换，导致无义突变和缺失83个氨基酸的截短蛋白质。该突变发生在该蛋白的磷脂酰肌醇 3-激酶结构域中。Blunt et al.（1996）和 Danska et al.（1996）在 scid 小鼠中也发现了相同的突变。

Hendrickson（1993）回顾了 scid 小鼠作为研究人类疾病的动物模型系统的相关性。

阿拉伯马驹的 SCID 是一种常染色体隐性突变，会导致原发性免疫缺陷。Wiler 等人（1995）表明，阿拉伯马的 SCID 与小鼠的 SCID 几乎完全相同。马的 B 和 T 淋巴细胞数量严重减少，而自然致命物细胞活性却正常。在马科疾病的研究中，Wiler等人（1995）表明，该因子缺陷是V（D）J重组、电离辐射抗性和DNA依赖性蛋白激酶活性所必需的。作者得出结论，患有 SCID 的小鼠和阿拉伯小马驹的 Prkdc 基因都有缺陷。

▼ 等位基因变异体（3个精选例子）：

.0001 免疫缺陷 26 无神经系统异常

PRKDC，LEU3062ARG

一名土耳其女孩，近亲所生，患有免疫缺陷-26（IMD26; 615966）表现为婴儿期发病的严重联合免疫缺陷（SCID），伴 B 细胞和 T 细胞缺失，van der Burg 等人（2009）鉴定出 PRKDC 基因中的纯合 c.9185T-G 颠换，导致 leu3062 变为 - arg（L3062R）在 FAT 结构域中高度保守的残基处进行替换。未受影响的父母是突变杂合子。该患者还携带 Gly2113 纯合缺失，但该残基保守性不佳，并被证明是非致病性的。对患者细胞的研究显示 DNA-PK 激酶和自磷酸化能力正常。患者骨髓细胞的免疫球蛋白编码关节中长回文（P）核苷酸序列增加，表明发夹打开缺陷和 Artemis（605988）激活不足。PRKDC缺陷细胞在V（D）J重组过程中表现出异常的连接模式，以及受损的非同源末端连接，且突变体L3062R无法将其恢复正常。Van der Burg et al.（2009）指出，L3062R 突变保留了激酶和自磷酸化活性，与 SCID 马、小鼠和狗中描述的自发 Prkdc 突变有很大不同，所有这些突变都会导致蛋白质截短。

.0002 免疫缺陷 26 伴有神经系统异常

PRKDC，ALA3574VAL

患有免疫缺陷26的男孩（IMD26; 615966）伴有神经系统异常，Woodbine et al.（2013）鉴定出 PRKDC 基因中的复合杂合突变：c.10721C-T 转换，导致 1 个等位基因上从未受影响的母亲继承的 ala3574-to-val（A3574V）替换，以及另一个等位基因上缺少外显子 16 的 cDNA（Ex16del; 600899.0003）。患者DNA的基因组测序显示在另一个等位基因上内含子16剪接位点上游700 bp处有1-bp插入（IVS16+1510insA），但尚不清楚这种变化是否导致了帧内跳跃外显子 16。永生化患者细胞显示 PRKDC 蛋白减少但可检测，但未检测到激酶活性；母体细胞有大约 50% 的残留 PRKDC 激酶活性。患者细胞在辐射后表现出 DNA 双链断裂修复缺陷，可以通过表达野生型 PRKDC 来修复。A3574V 取代发生在 FAT 结构域内高度保守的残基处，该残基位于激酶结构域之外。转染该突变的细胞在辐射反应中表现出 PRKDC 功能受损，并且 V（D）J 末端连接缺陷不那么严重，表明错义突变保留了一些功能。对缺乏外显子 16 的细胞的功能研究表明它代表无效等位基因。总体结果与功能丧失一致。除SCID外，患者还患有小头畸形、脑部畸形、听力丧失、视力障碍以及发育进展缓慢；31 个月大时，他因顽固性癫痫发作去世。

.0003 免疫缺陷 26 伴有神经系统异常

PRKDC、EX16DEL

讨论免疫缺陷26（IMD26；IMD26；）患者复合杂合状态下发现的PRKDC基因Ex16del突变。615966），Woodbine 等人（2013）神经系统异常，参见 600899.0002。