酪氨酰-tRNA 合成酶 2; YARS2
酪氨酰-tRNA 合成酶，线粒体
MT-TYRRS
HGNC 批准的基因符号：YARS2
细胞遗传学定位：12p11.21 基因组坐标（GRCh38）：12:32,746,544-32,755,897（来自 NCBI）
▼ 克隆与表达
Bonnefond等人（2005）通过搜索tRNA合成酶数据库，鉴定出了YARS2，他们将其称为MT-TYRRS。推导的 477 个氨基酸蛋白包含 16 个氨基酸线粒体靶向信号和氨基酸 tRNA 合成酶特征的催化位点基序。
▼ 基因结构
Bonnefond et al.（2005）确定YARS2基因包含5个外显子，跨度8.6 kb。
▼ 测绘
Riley et al.（2010）指出YARS2基因定位于染色体12p11.21。
▼ 基因功能
Bonnefond等（2005）发现重组YARS2氨酰化纯化的大肠杆菌tRNA-tyr并体外转录人线粒体tRNA-tyr（MTTY；590100）。凝胶过滤层析显示重组YARS2形成二聚体。
Sasarman et al.（2012）发现对照肌管中存在的 YARS2 蛋白水平约为对照成肌细胞的两倍，表明随着肌肉分化的进展，对 YARS2 的需求增加。凝胶过滤分析表明，YARS2 和 GARS（600287）在成纤维细胞线粒体提取物中以高分子量复合物的形式共同发挥作用。
▼ 生化特征
晶体结构
Paukstelis 等人（2008）确定了噬菌体 Twort orf142-I2 I 组内含子核酶的 4.5 埃分辨率共晶结构，该结构与来自脉孢菌的剪接活性、羧基末端截短的线粒体酪氨酰-tRNA 合成酶结合。该结构显示I组内含子跨同源二聚体蛋白的2个子单元结合，具有新进化的RNA结合表面，该表面不同于结合酪氨酸tRNA的表面。这种 RNA 结合表面为内含子 RNA 保守催化核心的磷酸二酯主链提供了延伸的支架，使蛋白质能够促进多种 I 组内含子的剪接。I 组内含子结合表面包括 3 个小插入和相对于非剪接细菌酪氨酰-tRNA 合成酶的额外结构适应，表明剪接功能的多步适应。Paukstelis et al.（2008）得出结论，真菌线粒体酪氨酰-tRNA 合成酶提供了一个独特的模型系统，用于研究一般必需蛋白，特别是氨酰-tRNA 合成酶如何逐渐获得新功能并进化以结合多个结构相关的 RNA 。
▼ 分子遗传学
对患有肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞性贫血-2（MLASA2；MLASA2；Riley et al.（2010）鉴定出YARS2基因的纯合突变（F52L；613561）。610957.0001）。体外功能表达测定表明，突变型 YARS2 蛋白的催化效率总体损失了 9 倍。研究结果表明，该突变导致氨酰化效率降低，导致线粒体蛋白质合成缺陷，随后线粒体呼吸活性受损。
Sasarman等人（2002）先前报道了一名患有MLASA2的黎巴嫩男子，Sasarman等人（2012）在YARS2基因中发现了一个纯合错义突变（G46D；610957.0002）。免疫印迹分析显示，患者来源的成肌细胞和肌管中 YARS2 蛋白的水平无法检测到。野生型 YARS2 的表达挽救了患者来源的成肌细胞和肌管中的线粒体缺陷。
Riley et al.（2013）鉴定出YARS2纯合或复合杂合突变（610957.0001；610957.0003-610957.0004）在 12 名患有肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血的无关患者中，有 3 名（25%）接受了 YARS2 基因的直接桑格测序。即使在具有相同纯合突变（F52L；F52L；Riley et al.（2013）推测这可能是由不同背景线粒体单倍群引起的（610957.0001）。受影响最严重的个体在 3 个月时死于心肺衰竭，而表型最轻微的患者在 23 岁时出现轻度非输血依赖性铁粒幼细胞贫血。与成纤维细胞相比，患者来源的肌肉细胞表现出更严重的线粒体呼吸链缺陷，表明肌肉组织对 YARS2 功能的需求增加。
Nakajima et al.（2014）在2名土耳其近亲出生的同胞中，患有严重的MLASA2感染，分别导致3个月和2天时死亡，Nakajima等人（2014）鉴定出纯合错义突变（S435G；610957.0005）位于高度保守的S4样反密码子结合域中。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，并与家族中的疾病分离。患者有多系统受累。没有对该变体进行功能研究。
▼ 动物模型
Gurtner 等人（2020）发现，Yars2 基因中的纯合 1054G-A 突变是导致比利时牧羊犬幼犬幼年死亡的原因，其中包括心肌病、中枢神经系统炎症和肠炎。尸检结果显示多个器官中物质异常积聚。该突变将 Yars2 tRNA 结合域表面保守的带负电的谷氨酸替换为带正电的赖氨酸（glu32 变为 lys；E352K）。
▼ 等位基因变异体（5个精选例子）：
.0001 肌病、乳酸中毒和铁粒幼细胞贫血 2
YARS2、PHE52LEU
来自2个黎巴嫩近亲家庭的3名患者患有线粒体肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血-2（MLASA2；Riley et al.（2010）在YARS2基因中发现了一个纯合的156C-G颠换（156C-G颠换），导致催化结构域的保守区域出现phe52-to-leu（F52L）取代。单倍型分析表明存在创始人效应，但在 220 个对照染色体（其中 104 个源自黎巴嫩）中未观察到突变。对患者骨骼肌的免疫印迹分析显示，YARS2 水平略有降低，呼吸链复合物线粒体编码蛋白子单元的水平也降低，表明线粒体蛋白合成减少。体外功能表达测定表明，突变型 YARS2 蛋白的催化活性降低了 2 倍，并且对 tRNA-tyr 的亲和力降低，导致催化效率总体损失 9 倍。研究结果表明，该突变导致氨酰化效率降低，导致线粒体蛋白质合成缺陷，随后线粒体呼吸活性受损。
在另一名患有 MLASA2 的黎巴嫩患者中，Shahni 等人（2013）鉴定出 YARS2 基因中 F52L 突变的纯合性。该患者的父母（未知其亲属关系）是该突变的杂合子，这支持了 F52L 是黎巴嫩始祖突变的假设。
Riley 等人（2013）在一名黎巴嫩女婴中发现了纯合 P52L 突变，患有严重的 MLASA2，导致 3 个月大时因心肺衰竭死亡。她在 8 周岁时因感染性疾病出现低血压休克，并被发现有左心室肥大、肝肿大伴转氨酶升高和凝血病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血。一名黎巴嫩血统的无亲缘关系患者的表型严重程度要轻得多，也发现其 P52L 突变纯合。该患者 23 岁时被发现患有铁粒幼细胞贫血。她还患有脊柱侧凸和轻度限制性肺部缺陷，但没有其他异常。Riley等人（2013）强调了与P42L突变相关的广泛表型谱，并推测差异可能是由于不同的线粒体单倍群所致：这2名患者分别具有单倍群T和H，而Riley等人报道的患者则具有单倍群T和H。 （2010）属于单倍群 K。Riley 等人（2010）报道的 1 名患者的成纤维细胞衍生的肌管显示出比成纤维细胞更严重的呼吸链活性缺陷，表明肌肉组织中对该酶的需求增加。
.0002 肌病、乳酸中毒和铁粒幼细胞贫血 2
YARS2、GLY46ASP
一名患有线粒体肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血-2（MLASA2；Sasarman et al.（2002）之前报道过（613561），Sasarman et al.（2012）在YARS2基因的外显子1中发现了一个纯合的c.137G-A转换，导致gly46到asp（G46D）的替换催化结构域中高度保守的残基。100 名对照个体中不存在该突变。TRMU基因（610230）也发现杂合变异（R323W）；该变异在 100 个对照中不存在，但被确定不会对表型产生影响。免疫印迹分析显示，患者来源的成肌细胞和肌管中的 YARS2 蛋白水平不可检测，而 TRMU 水平约为对照细胞的一半。对照肌管中存在的 YARS2 水平约为对照成肌细胞的两倍，表明随着肌肉分化的进展，对 YARS2 的需求增加。Sasarman et al.（2002）在患者肌管中发现了线粒体线粒体缺陷，但在成肌细胞中没有，这也与发育调节缺陷一致。野生型YARS2的表达挽救了患者来源的成肌细胞和肌管中线粒体的缺陷，而野生型TRMU的表达则没有效果。患者来源的肌肉细胞显示测试的所有 6 种线粒体 tRNA 水平均增加，这与患者肌肉组织中观察到的线粒体增殖一致。
.0003 肌病、乳酸中毒和铁粒幼细胞贫血 2
YARS2、GLY191ASP
一名 6 岁法国女孩，患有轻度肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血-2（MLASA2；Riley et al.（2013）鉴定出YARS2基因中的复合杂合突变：c.572G-A转变，导致催化结构域中的gly191-to-asp（G191D）取代，以及c.1078C- T转变，产生arg360-to-ter（R360X; 610957.0004）替代。dbSNP、1000 基因组计划或外显子组变异服务器数据库中均不存在这两种突变，并且每个未受影响的亲本均具有其中 1 个突变的杂合子。体外功能表达研究表明，与对照相比，G191D 突变蛋白的催化活性降低了 38 倍。没有检测到截短的蛋白质，这表明 c.1078C-T 突变受到无义介导的 mRNA 衰减。患者在出生第一年出现铁粒幼细胞性贫血，并自行消退。3 岁时，她出现心肌离散增厚，5 岁时恢复正常。6 岁时，她出现轻度运动性疲劳，伴有肌肉无力和疼痛、乳酸血症、眼球震颤和斜视，但没有其他异常。智力正常。患者淋巴细胞显示线粒体复合物 IV 部分缺乏，复合物 I、III、IV 和 V 组装异常。由于无法获得肌肉组织，肌管由患者成纤维细胞产生。患者来源的肌管在呼吸链活性方面表现出比成纤维细胞更严重的缺陷，表明肌肉组织对这种酶的需求增加。
.0004 肌病、乳酸中毒和铁粒幼细胞贫血 2
YARS2、ARG360TER
讨论在患有轻度肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血-2（MLASA2；MLASA2；Riley 等人（2013），参见 613561），参见 610957.0003。
.0005 肌病、乳酸中毒和铁粒幼细胞贫血 2
YARS2、SER435GLY
2 名同胞，父母为土耳其近亲，患有肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞贫血-2（MLASA2；613561），Nakajima et al.（2014）在YARS2基因的外显子5中鉴定出纯合的c.1303A-G转变，导致S4样反密码子中高度保守的残基处发生ser435到gly（S435G）的取代-结合域。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。它不存在于 dbSNP（build 137）或 ESP6500 数据库或 408 个内部对照外显子组中。这些患者具有严重的表型，多系统受累和心肌病，分别导致 3 个月和 2 天时死亡。没有对该变体进行功能研究。
