线粒体 tRNA 转录优化 1; MTO1

线粒体优化 1，S. CEREVISIAE，同源

HGNC 批准的基因符号：MTO1

细胞遗传学定位：6q13 基因组坐标（GRCh38）：6:73,461,737-73,509,236（来自 NCBI）

▼ 说明

MTO1 是一种线粒体蛋白，与酵母 mto1 等蛋白质具有进化保守性，已被证明参与 tRNA 修饰和蛋白质合成（Li et al., 2002 和 Li et al., 2003 总结）。MTO1 编码催化线粒体 tRNA-Gln、tRNA-Glu 和 tRNA-Lys 中摆动尿苷碱基 5-羧甲基氨基甲基化的酶。这种修饰通常与MTO2（TRMU；TRMU）的活性耦合。610230）。这些转录后修饰提高了 mtDNA 转录的准确性和效率（Ghezzi 等人总结，2012）。

▼ 克隆与表达

Li等人（2002）通过HepG2肝癌细胞RNA的RT-PCR分离出全长MTO1，它是酿酒酵母mto1线粒体蛋白的人类同源物。推导的MTO1蛋白含有692个氨基酸，包括典型的线粒体靶向序列，预测分子量为77.3 kD。该蛋白与其他物种的 MTO1 同源物具有广泛的序列同一性：与酿酒酵母、小家鼠、线虫和大肠杆菌分别为 49%、87%、53% 和 49%。Li等人（2002）还鉴定了由外显子4、6A和12A以及内含子5的选择性剪接产生的4个额外的MTO1转录本。转染实验表明，人类MTO1仅定位于线粒体，即使在过度表达时也是如此。Northern 印迹分析在所有检查的组织中检测到 2.6 kb MTO1 转录物，在高代谢率的组织中表达最高，包括骨骼肌、肝脏和心脏。在肝脏和骨骼肌中也检测到了较小的 4.0-kb 转录物。PCR 分析表明 MTO1 在耳蜗中表达。

Li et al.（2003）分离出了小鼠Mto1，它编码一种仅定位于线粒体的669个氨基酸的蛋白质。Northern印迹分析表明表达无处不在，在代谢率高的组织中表达最高，如肝、肾和心脏。与人 MTO1 相比，骨骼肌中的表达处于温和水平。

▼ 基因结构

Li et al.（2002）确定MTO1基因包含12个外显子，跨度41 kb。另外两个外显子（外显子 6A 和 12A）交替剪接，外显子 4 和内含子 5 也是如此。

▼ 测绘

Gross（2012）根据MTO1序列（GenBank AF319422）与基因组序列（GRCh37）的比对，将MTO1基因定位到染色体6q13。

▼ 基因功能

Li et al.（2002）指出，酵母mto1的突变等位基因只有与线粒体15S rRNA（MTRNR1；MTRNR1；561000） PR（454）突变对应人类MTRNR1 1555A-G突变（561000.0001），导致线粒体感音神经性耳聋（580000；500008）。有人提出核背景影响1555A-G mtDNA突变的表型表达（见221745）。Li等人（2002）证明，孤立的人MTO1 cDNA可以补充携带PR（454）突变的酵母mto1细胞的呼吸缺陷表型。基于这一点以及进化上保守的MTO1同源物在tRNA修饰中的功能，Li等（2002）提出MTO1在与1555A-G突变相关的耳聋表型表达中发挥作用。

▼ 分子遗传学

对一名意大利合并氧化磷酸化缺陷-10（COXPD10；COXPD10；614702）表现为致命性婴儿肥厚性心肌病和乳酸性酸中毒，Ghezzi等（2012）鉴定出MTO1基因的复合杂合突变（1858dupA，614667.0001和A428T，614667.0002）。该患者的类似患病同胞也携带该突变。另一名与该疾病无关的患者表现出更好的生存率，其 A428T 突变纯合。在酵母突变体中，呼吸和生长缺陷没有被截短突变纠正，但被错义突变部分纠正。此外，截短突变导致mtDNA蛋白质合成减少，而错义突变导致mtDNA蛋白质合成与野生型相似。这些结果反映了与错义突变纯合子患者中较不严重的表型相比，具有截短突变的同胞中更严重的致命表型。

Baruffini et al.（2013）在来自3个无关家族的5名COXPD10患者中，表现为婴儿型心肌病和乳酸性酸中毒，鉴定出MTO1基因的双等位基因突变（614667.0002-614667.0004）。对酵母的研究表明，这些突变对氧化生长、呼吸活性、线粒体蛋白质合成和复合物 IV 活性具有不同的有害影响。病程变化很大：2 名同胞分别在 3 个月和 12 个月大时死亡，而另外 2 名同胞和一名无关的女孩在十几岁时仍存活，患有稳定的心脏病。幸存的 3 名患者接受了积极的二氯乙酸（DCA）治疗以控制严重的乳酸性酸中毒，但所有这些患者均出现精神运动迟缓和其他可变的神经系统特征，如肌张力障碍、痉挛和癫痫发作。患者来源的肌肉样本和成纤维细胞显示复合物 I 和 IV 不同程度的减少以及线粒体呼吸的总体缺陷。

O\'Byrne 等人（2018）描述了 35 名 MTO1 缺陷患者的 19 种不同的致病性 MTO1 变异：1 个剪接位点、3 个移码和 15 个错义变异。没有患者具有完全失活 MTO1 的双等位基因变异；然而，其中一个变异被截短而第二个变异为错义的患者似乎具有更严重、甚至致命的表型。O\'Byrne et al.（2018）认为这些数据表明完全丧失 MTO1 是不可行的。

▼ 等位基因变异体（4个精选例子）：

.0001 联合氧化磷酸化缺陷 10

MTO1，1-BP DUP，1858A

2 名同胞，父母无血缘关系的意大利人，患有联合氧化磷酸化缺陷-10（COXPD10; 614702）表现为致命性婴儿肥厚性心肌病和乳酸性酸中毒，Ghezzi et al.（2012）鉴定出MTO1基因中2个突变的复合杂合性：c.1282G-A转变导致ala428到thr（A428T）取代遗传自未受影响的父亲的高度保守的残基（614667.0002），以及遗传自未受影响的母亲的导致移码和提前终止的1-bp重复（1858dupA）（Arg620LysfsTer8）。截短的蛋白质将缺少 C 末端的 73 个氨基酸。c.1858dupA 更改不存在于外显子组变异服务器数据库中。RT-PCR显示突变体转录物得到表达；c.1858dup 不受无义介导的 mRNA 衰减的影响。用野生型 MTO1 转染 1 名患者的成纤维细胞，挽救了呼吸链缺陷的生化表型。在酵母突变体中，呼吸和生长缺陷并未通过截短突变得到纠正。此外，1858dup突变导致mtDNA蛋白质合成减少。这些发现与患者中观察到的严重、致命的表型相符。

.0002 联合氧化磷酸化缺陷 10

MTO1、ALA428THR

2 名同胞患有严重、致命的联合氧化磷酸化缺陷-10（COXPD10；614702），Ghezzi et al.（2012）检测到MTO1基因（614667.0001）中的移码突变和c.1282G-A转变导致ala428到thr（A428T）取代的复合杂合性。他们还在一名病程相对较轻的 19 岁 COXPD10 患者中发现了 A428T 纯合突变。Ghezzi et al.（2012）发现ala428在所有可供测试的动物、植物和酵母物种（包括酿酒酵母）中都是不变的。外显子组变异服务器报告欧洲裔美国人中 1282G-A 变化的频率为 0.028%（2/7,020）。在欧洲人的 973 个基因组或意大利北部的 300 个对照等位基因中未发现 A428T。RT-PCR显示突变体转录物得到表达。这种突变导致线粒体 DNA 蛋白质合成与野生型相似。在酵母突变体中，错义突变部分纠正了呼吸和生长缺陷。这些结果反映了 A428T 突变纯合患者的表型不太严重。

Baruffini et al.（2013）报道了一名 COXPD10 患者，其为由 1402G-A 转换引起的 A428T 突变和 MTO1 基因中的另一个错义突变的复合杂合子（见 614667.0003）。Baruffini et al.（2013）证明，将A428T突变的酵母等效物（A431T）表达到Mto1缺失酵母中会导致复合物IV活性略有下降（与野生型相比减少70%），但线粒体蛋白合成和复合物IV活性下降活性与野生型相似。

.0003 联合氧化磷酸化缺陷 10

MTO1、ARG477HIS

一名患有联合氧化磷酸化缺陷-10（COXPD10; 614702），Baruffini et al.（2013）鉴定了MTO1基因中2个突变的复合杂合性：c.1430G-A转变导致高度保守残基处的arg477到his（R477H）取代，以及A428T（614667.0002））。将R477H突变的酵母等同物（R481H）表达到Mto1缺陷酵母中，能够部分挽救野生型60%的氧化生长缺陷，体内线粒体蛋白合成和复合体IV活性与野生型相似。这些发现与突变对蛋白质功能的轻微影响一致。患者出生时出现乳酸血症和高丙氨酸血症，随后出现肥厚性心肌病、肌张力低下、肌张力障碍和精神运动迟缓。肌肉活检显示线粒体复合物 I 和 IV 活性降低，成纤维细胞显示线粒体呼吸链功能降低。患者早期接受二氯乙酸（DCA）治疗。

.0004 联合氧化磷酸化缺陷 10

MTO1、THR411ILE

巴基斯坦近亲兄弟2人，患有联合氧化磷酸化缺陷10（COXPD10；614702），Baruffini et al.（2013）在MTO1基因中鉴定出纯合的c.1232C-T转变，导致α/β FAD结合域中高度保守的残基处发生thr411-to-ile（T411I）取代主题 2 中的患者是通过对 30 名患有心肌病和线粒体缺陷的患者进行 MTO1 基因桑格测序来鉴定的。在接受全外显子组测序的 4 名患者中，1 名患有类似疾病的无关患者也发现了纯合 T411I 基因。该患者受影响的妹妹也携带纯合T411I突变。将T411I突变的酵母等同物（T414I）表达到Mto1缺陷的酵母中未能挽救氧化生长缺陷，体内研究显示线粒体蛋白合成水平非常低，复合物IV活性降低（4-5%）野生型）。这些发现与对线粒体呼吸的严重影响一致。尽管携带相同的纯合突变，这 2 对同胞的病程却截然不同。巴基斯坦男孩喂养不良、发育迟缓、肥厚性心肌病以及与乳酸血症相关的肌张力低下。他们在 12 岁零 3 个月大时去世。1 名男孩的肌肉组织和成纤维细胞显示线粒体呼吸减少，复合物 I 和 IV 活性降低。第二对姐妹也是巴基斯坦近亲所生，她们在出生后的头几个月就出现了肥厚性心肌病和乳酸血症，但在 12 岁和 19 岁时仍存活，患有稳定的心脏病。肌肉活检显示复合物 IV 活性降低。这些姐妹早期接受了二氯乙酸（DCA）治疗，这可能增加了生存率。然而，两姐妹都出现了神经系统症状，包括精神运动迟缓和言语障碍；一名出现痉挛，另一名出现癫痫发作。