胸苷酸合成酶；TYMS

胸苷酸合成酶；TS; TMS
dTMP合成酶

HGNC 批准的基因符号：TYMS

细胞遗传学定位：18p11.32 基因组坐标（GRCh38）：18:657,653-673,578（来自 NCBI）

▼ 说明

TYMS基因编码胸苷酸合酶（TYMS，或TS；EC 2.1.1.45）在核苷酸从头合成途径中催化 dUMP 还原甲基化形成 dTMP（Tummala 等人总结，2022）。

胸苷酸合成酶使用 5,10-亚甲基四氢叶酸（亚甲基-THF）作为辅助因子来维持对 DNA 复制和修复至关重要的 dTMP（胸苷-5-素单磷酸）池。这种酶作为癌症化疗药物的靶点引起了人们的兴趣。它被认为是 5-氟尿嘧啶、5-氟-2-引物-脱氧尿苷和一些叶酸类似物的主要作用位点。

▼ 克隆与表达

Takeishi等人（1985）从人成纤维细胞cDNA文库中克隆了TYMS。推导的 313 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 35.7 kD。TYMS 的多个序列在人、大肠杆菌、干酪乳杆菌和 T4 噬菌体之间是不变的，包括 7 个三肽、一个四肽和一个八肽。这些序列之一，thr75-thr76-lys77，位于干酪乳杆菌序列的叶酰聚谷氨酸结合位点内。已知三肽 pro194-cys195-his196 的 Cys195 可结合 5-氟-2-引物脱氧尿苷酸。Takeishi等人（1985）还鉴定了2种聚腺苷酸化信号，它们产生1.6和1.4 kb的2种mRNA。

▼ 基因功能

rTS基因（607427）与TS基因的3-prime末端重叠，通过选择性剪接产生2个mRNA，rTS-α和rTS-β。Chu and Dolnick（2002）分析了rTS-α的功能，rTS-α与TS mRNA靠近其3-prime末端（包括外显子7）部分互补或反义。他们发现，当rTS-α RNA和TS mRNA水平变化时，rTS-α RNA和TS mRNA水平成反比。 HEp2细胞的生长从对数晚期进展到平台期。单独 rTS-α 反义区的转染和表达足以下调 TS mRNA。下调还与 TS mRNA 的位点特异性切割增加有关。

Yoo等人（2009）通过cDNA微阵列、Western blot分析和荧光素酶报告基因分析鉴定了转录因子LSF（TFCP2；189889）作为TYMS的正调节剂。

▼ 基因结构

Takeishi et al.（1985）和Takeishi et al.（1989）描述了TYMS基因5-prime非翻译区的独特结构特征。该区域的 GC 含量为 80%，包含 28 bp 序列的三重串联重复元件和相同长度的反向序列。该重复序列具有序列CGCCCGG，因此该区域可以形成3个可相互转换的二级结构，每个二级结构包含由2个CGCCCGG序列关联形成的茎环结构。Takeishi等人（1989）确定TYMS基因跨度为23 kb。他们还推断出反向序列内的 2 个主要 mRNA 帽位点。

Kaneda et al.（1990）确定TYMS基因包含7个外显子，跨度约30 kb。5-prime侧翼区域不包含TATA或CAAT框，也不包含用于SP1（189906）结合的GC框。Intron 1 有 3 个 CG 框。

▼ 测绘

Ledbetter等人（1984）分离了TS缺陷的中国仓鼠细胞，并通过与人淋巴母细胞系杂交表明TS基因位于人染色体18上。通过用cDNA探测的一组人/仓鼠细胞杂交体的Southern印迹分析Nussbaum et al.（1985）从小鼠TS中将TS基因定位于18q21.31-qter片段。

Hori et al.(1990)通过非同位素原位杂交将该基因定位细化至18p11.32。Silverman等人（1993）使用YACs作为探针，通过荧光原位杂交将TS基因定位到18p11.32。同一YAC含有YES1基因（164880）；2 个基因相距不到 50 kb。

▼ 分子遗传学

TYMS多态性

TYMS的5-prime非翻译区存在常见的串联重复多态性，串联重复的数量通过重复序列对转录效率的影响来影响TYMS的活性水平（Kawakami et al.（1999, 2001））。三重复（3）和双重复（2）等位基因最为常见（Marsh et al., 1999），其中三重复等位基因导致较高的TYMS表达（Kawakami et al., 2001）。Marsh等人（1999）报道3/3基因型在中国人中的流行率为67%，在白人和西南亚人中约为40%。

TYMS与5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）竞争；607093）了解亚甲基-THF的可用性。因此，Trinh等人（2002）推测，影响酶活性的TYMS多态性会影响血浆叶酸水平，从而间接影响血浆同型半胱氨酸水平。他们研究了 505 名新加坡华人的 TYMS 基因型与血浆同型半胱氨酸和叶酸浓度之间的关系。TYMS 3/3 基因型与血浆叶酸减少相关，并且在膳食叶酸摄入量低的个体中，与血浆同型半胱氨酸水平升高相关。这些关联与 MTHFR 677C-T 基因型（607093.0003）对血浆叶酸和同型半胱氨酸水平的既定影响无关。结果表明，TYMS 和 MTHFR 竞争同型半胱氨酸再甲基化所需的有限叶酸供应。Trinh 等人（2002）提出，这些血浆叶酸和同型半胱氨酸水平的遗传决定因素可能有助于识别心血管疾病风险增加的个体。

Krajinovic 等人（2002）关注了胸苷酸合酶浓度不同可能导致个体间对甲氨蝶呤反应差异的可能性。他们在 205 名接受甲氨蝶呤治疗的儿童中研究了 TYMS 启动子中的三重重复多态性与急性淋巴细胞白血病（ALL）结局之间的可能关联。他们从缓解期的颊上皮细胞、外周血或骨髓中获取DNA样本，并通过PCR扩增分析它们的多态性。三重重复纯合的个体比其他基因型的个体前景较差（比值比 4.1，p = 0.001）。TYMS 的基因分型可能使 ALL 患者的个体化治疗成为可能。

化疗耐药是晚期癌症患者死亡的主要原因。Wang等（2004）利用手指核型分析来寻找临床上对5-氟尿嘧啶（5-FU）耐药的肝转移瘤的基因组改变。在 4 名患者中的 2 名中，他们发现了 18p11.32 上约 100 kb 的区域的扩增，该区域特别令人感兴趣，因为它包含 TYMS 基因，这是 5-FU 的分子靶标。通过 FISH 对 TYMS 进行分析，发现 31 个接受 5-FU 治疗的癌症中有 7 个（23%）存在 TYMS 基因扩增，而在未接受 5-FU 治疗的患者的转移灶中未观察到扩增。含有TYMS扩增的转移患者的中位生存期（329天）明显短于未扩增的患者（1,021天，P小于0.01）。这些数据表明，TYMS 的基因扩增是体内 5-FU 耐药的主要机制，对复发性结直肠癌患者的治疗具有重要意义。对于 TYMS 基因扩增的患者，5-FU 可能会增加毒性，但没有效果。Wang et al.（2004）指出，通过他们描述的方法检测 TYMS 基因扩增非常简单，并且可以在常规固定和石蜡包埋的样品上进行。

Kealey et al.（2005）分析了 TYMS 3-prime UTR ins/del 多态性对 444 名北爱尔兰年轻人（20 至 26 岁）的叶酸和同型半胱氨酸水平的影响。仅在非吸烟者中，TYMS 3-prime UTR ins/del 多态性与红细胞叶酸（p = 0.002）和同型半胱氨酸（p = 0.03）浓度显着相关。在红细胞叶酸浓度最高四分位数的非吸烟者中，与 ins/ins 或 ins/del 个体相比，del/del 个体的中位红细胞叶酸浓度要高得多，血清同型半胱氨酸要低得多。Kealey et al.（2005）提出，TYMS 3-prime UTR del/del 基因型是欧洲西北部非吸烟者红细胞叶酸浓度升高的重要决定因素。

先天性双基因角化不良

5个无亲属关系家庭（家庭1-5）的6例先天性双基因角化不良（DKCD；620040），Tummala et al.（2022）鉴定出TYMS基因杂合突变（188350.0001-188350.0004）。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，在所有病例中都是遗传自未受影响的父母。与对照组和未受影响的父母相比，患者细胞的 TYMS 蛋白水平降低。患者细胞（而非亲本细胞）表现出对 5-FU 过敏，5-FU 是一种已知的 TYMS 活性抑制剂。由于 TYMS 缺陷影响了核苷酸合成的从头途径，来自患者 1 的细胞显示出核苷酸代谢的改变，dUMP 增加，dTMP 减少。还有证据表明基因组不稳定。3 位先证者的细胞表现出端粒长度缩短和端粒酶活性降低。由于观察到 DKCD 患者细胞对 5-FU 过敏，作者筛选了 ENOSF1 基因（607427），并在所有患者中鉴定了一个共同的单倍型，该单倍型遗传自没有 TYMS 突变的未患病父母。这种单倍型“CA-ins”（rs699517、rs2790 和 rs11280056）与 TYMS 减少和 ENOSF1 表达增加相关。与亲代和对照相比，患者细胞中 ENOSF1 与 TYMS 表达的比率显着增加。作者指出，ENOSF1 已被证明可以通过充当 TYMS 表达的反义分子抑制剂，在 RNA 水平上修饰 TYMS 表达，这一点得到了患者细胞中的研究结果的支持。野生型 TYMS 的表达挽救了 TYMS 表达并改善了 ENOSF1 反义效应，可能是通过竞争异位表达的 TYMS RNA 来实现的。通过 RNA 干扰沉默 ENOSF1 可挽救 TYMS 在 RNA 和蛋白质水平上的表达。这些结果与 TYMS 和 ENOSF1 等位基因之间的双基因上位关系一致。此外，测序在 5 个先证者中的 4 个（以及来自家族 4 的患病同胞中）中发现了 ENOSF1 或 TYMSOS（TYMS 相反链）基因的杂合内含子变异，这些变异遗传自未患病的父母，可能促成了表型。值得注意的是，家族1中的先证者除了TYMS突变和3-SNP单倍型外没有其他变异。另外三个没有父母遗传信息的 DKC 先证者（P6、P7 和 P8）在 TYMS 基因中携带杂合的推定功能丧失突变；这些患者不携带单倍型。P6在ENOSF1基因的内含子4中额外携带杂合变异，P8在TYMS基因的内含子3中额外携带杂合变异，这两者都可能影响表型。P7 在 TYMS 基因中仅携带杂合剪接位点突变。图马拉等人。

▼ 等位基因变异体（4个精选例子）：

.0001 先天性角化不良，DIGENIC

TYMS，2-BP，486AA

2名无血缘关系的男孩（家庭1和家庭2）患有先天性双基因角化不良（DKCD；620040），Tummala et al.（2022）在TYMS基因中发现了一个杂合的2-bp缺失（c.486_487delAA, NM_001071.4），预计会导致移码和提前终止（Arg163SerfsTer3）。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在每个病例中均遗传自未受影响的父母。与亲本和对照相比，患者细胞的 TYMS 蛋白水平降低。由于观察到患者细胞对 5-FU 过敏，作者筛选了 ENOSF1 基因（607427），并在两个男孩中鉴定了一个共同的单倍型，该单倍型遗传自未患病的父母（没有 TYMS 突变）。该 CA-ins 单倍型（rs699517、rs2790 和 rs11280056）与 TYMS 降低和 ENOSF1 表达增加相关。与亲代和对照相比，患者细胞中 ENOSF1 与 TYMS 表达的比率显着增加。测序还发现患者 2 的 ENOSF1 基因内含子 1 存在杂合变异，该变异遗传自母亲，但母亲不携带 TYMS 突变；这种 ENOSF1 变异可能影响了表型。除了 TYMS 突变和单倍型之外，患者 1 没有其他变异。

.0002 先天性角化不良，DIGENIC

TYMS、ARG115TER

3岁男童（家3）患有先天性双基因角化不良（DKCD；620040），Tummala et al.（2022）在TYMS基因中发现了一个杂合的c.343C-T转换（c.343C-T, NM_001071.4），导致arg115到ter（R115X）的取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，是遗传自未受影响的父亲。与亲本和对照相比，患者细胞的 TYMS 蛋白水平降低。由于观察到患者细胞对 5-FU 过敏，作者筛选了 ENOSF1 基因（607427），并鉴定了一个常见的单倍型，该单倍型遗传自未受影响的母亲，该母亲没有 TYMS 突变。该 CA-ins 单倍型（rs699517、rs2790 和 rs11280056）与 TYMS 表达减少和 ENOSF1 表达增加相关。测序还发现未受影响母亲的 ENOSF1 基因内含子 3（gnomAD 中的 MAF 为 0.0009）存在杂合变异，该变异可能影响了表型。

.0003 先天性角化不良，DIGENIC

TYMS、2-BP INS、534TG

2名同胞（家系4）患有先天性双基因角化不良（DKCD；620040），Tummala et al.（2022）在TYMS基因中发现了一个杂合的2-bp插入（c.534_535insTG, NM_001071.4），导致移码和提前终止（Met179Ter）。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，是遗传自未受影响的父亲。这些同胞的 ENOSF1 基因也携带共同的单倍型，该单倍型遗传自未患病的母亲，她没有 TYMS 突变。该 CA-ins 单倍型（rs699517、rs2790 和 rs11280056）与 TYMS 表达减少和 ENOSF1 表达增加相关。测序还发现两个同胞的 TYMSOS（TYMS 相反链）基因内含子 1 存在杂合变异，该变异遗传自未受影响的母亲（gnomAD 中的 MAF 为 0.00026），可能影响了表型。

.0004 先天性角化不良，DIGENIC

TYMS、GLN160HIS

一名26岁女性（5户）患有先天性双基因角化不良（DKCD；620040），Tummala et al.（2022）在TYMS基因中发现了一个杂合的c.480A-T颠换（c.480A-T, NM_001071.4），导致gln160到his（Q160H）高度替换保留的残留物。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，是遗传自未受影响的父亲。先证者还携带ENOSF1基因（607427）中的常见单倍型，该单倍型遗传自未患病的母亲，该母亲没有TYMS突变。该 CA-ins 单倍型（rs699517、rs2790 和 rs11280056）与 TYMS 降低和 ENOSF1 表达增加相关。她还在ENOSF1基因的内含子3中携带杂合变异（gnomAD中的MAF为0.0013），该变异是从母亲遗传的，可能影响了表型。该患者在接受腿部鳞状细胞癌和黑色素瘤治疗时，注意到局部 5-FU 治疗出现严重不良反应。