PUMILIO RNA 结合家族成员 1; PUM1

PUMILIO，果蝇，同源物，1
KIAA0099

HGNC 批准的基因符号：PUM1

细胞遗传学定位：1p35.2 基因组坐标（GRCh38）：1:30,931,506-31,065,717（来自 NCBI）

▼ 说明

Pumilio 蛋白，例如 PUM1，通过抑制与其结合的 mRNA 的转录来负向调节基因表达（Lee et al., 2016）。具有临床意义的 PUM1 靶点是共济祛斑（ATXN1；601556），引起脊髓小脑共济失调1（SCA1; 164400）。

▼ 克隆与表达

Nagase等人（1995）通过对从人未成熟骨髓细胞系KG-1的cDNA文库中随机选择的cDNA进行测序，孤立出编码PUM1的cDNA，PUM1是果蝇Pumilio蛋白的人类同源物，他们将其命名为KIAA0099。预测的 1,186 个氨基酸的 KIAA0099 蛋白与果蝇 Pumilio 的 875 个氨基酸区域有 42.1% 的同一性。Northern 印迹分析检测到所有测试组织中 KIAA0099 的表达。

Gennarino 等人（2015）发现 Pum1 基因在 3 周和 5 周龄小鼠的所有主要大脑区域中表达。Gennarino et al.（2018）发现Pum1基因在小鼠海马神经元细胞体中表达。

▼ 测绘

通过对人类/啮齿动物杂交细胞系的分析，Nagase等人（1995）将KIAA0099基因定位到染色体1。

Gross（2016）根据PUM1序列（GenBank AF315592）与基因组序列（GRCh38）的比对，将PUM1基因定位到染色体1p35.2。

▼ 生化特征

Wang et al.（2002）确定了与高亲和力RNA配体结合的人PUM1的RNA结合域的结构。RNA 结合分子的凹面，其中蛋白质的 8 个重复序列中的每一个都通过保守位置的 3 个氨基酸侧链与不同的 RNA 碱基接触。Wang等人（2002）在1次重复中突变了这3条侧链，从而改变了PUM1的序列特异性。他们得出的结论是，PUM 同源结构域对 RNA 的高亲和力和特异性是通过使用简单重复基序的多个拷贝来实现的。

▼ 基因功能

Gennarino et al.（2015）鉴定出PUM1是一种RNA结合蛋白，对共济祛斑蛋白-1（ATXN1; 601556）通过与ATXN1的3-prime非翻译区结合并促进转录物降解来提高mRNA水平。使用 siRNA 敲低 HEK293 细胞中的 PUM1 与 ATXN1 mRNA 的显着增加相关。

Lee et al.（2016）鉴定出一个长链非编码RNA NORAD（617037），其表达在p53（TP53；HCT116人结肠癌细胞中的191170）依赖性方式。NORAD 表达的条件性敲除或敲低会导致多种有丝分裂错误，包括后期桥、有丝分裂滑移和显着的非整倍性。对与 NORAD 结合的蛋白质进行质谱分析，鉴定出 PUM2（607205），它与 NORAD 序列中的几个 Pumilio 响应元件结合。蛋白质印迹分析还揭示了 PUM1 与 NORAD 的相互作用。交联和免疫沉淀分析表明，在 NORAD -/- 细胞中显着下调的 1,303 个基因中，193 个是 PUM2 靶标，这些靶标富含细胞周期、有丝分裂、DNA 修复和 DNA 复制的调节因子。PUM1 或 PUM2 的过度表达引起与 NORAD -/- 细胞中发现的类似的基因表达变化，并且 PUM1 或 PUM2 的耗竭显着降低了 NORAD -/- 细胞中有丝分裂错误的频率。然而，PUM1 和 PUM2 的双敲除会导致有丝分裂错误，这表明需要最佳丰度的 Pumilio 蛋白来维持基因组稳定性。Lee et al.（2016）得出结论，NORAD 充当 Pumilio 蛋白的分子诱饵并稳定 Pumilio 靶标 mRNA。

▼ 分子遗传学

患有脊髓小脑性共济失调 47（SCA47；Gennarino et al.（2018）鉴定出PUM1基因杂合错义突变（T1035S；617931）。607204.0003）。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，但也表现出不完全外显率。与对照组相比，患者细胞的 PUM1 蛋白水平下降 25%，ATXN1（601556）和 E2F3（600427）水平增加 40% 至 50%。体外研究表明，T1035S 变体的过度表达无法降低 ATXN1 和 E2F3 水平，表明该变体损害了 PUM1 抑制活性。

Gennarino 等人（2018）还在 2 名患有早发性 SCA47 的无关女孩中发现了 PUM1 基因的新杂合错义突变（R1139W, 607204.0001 和 R1147W, 607204.0002）。这些突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在 ExAC 数据库中并未发现。患者细胞显示或预测仅具有约 50% 的残留野生型 PUM1 蛋白水平，与单倍体不足相一致。PUM1 mRNA 水平正常，但已知 PUM1 靶标（包括 ATXN1（601556）和 E2F3（600427））的 mRNA 和蛋白水平异常升高。HEK293 细胞的体外转染研究表明，R1139W 变体的过度表达无法降低 ATXN1 和 E2F3 水平，这与阻遏蛋白功能的丧失一致。

Bonnemason-Carrere 等人（2019）在一名早发性 SCA47 男孩的 PUM1 基因（607204.0002）中发现了一个新的杂合 R1147W 突变。该突变是通过基于三重奏的全外显子组测序发现的，此前 Gennarino 等人（2018）在一名患有 SCA47 的女孩中发现了该突变。该男孩还被发现携带 GRIA3 基因杂合变异，作者将其归类为意义不明的变异。

▼ 基因型/表型相关性

Gennarino 等人（2018）发现 SCA47 患者中发现的错义突变不同程度地降低了 PUM1 蛋白水平。在较严重的婴儿发病病例中，PUM1 水平降低了 50%，在不太严重的成人发病 SCA47 病例中，PUM1 水平降低了约 25%。已知 PUM1 靶点的水平相应增加，表明蛋白质水平的变化与表型严重程度相关。转染 PUM-HD 结构域突变（R1139W 和 T1035S）的 PUM1 的 HEK293 细胞无法抑制 ATXN1 和 E2F3（2 个众所周知的 PUM1 靶标）的水平，这与阻遏蛋白功能的丧失一致。与空载体相比，孤立的小鼠海马神经元中每个突变体的过表达在一定程度上抑制了树突分枝化，但只有 T1035S 变体接近野生型的抑制程度，与成年发病的 SCA47 的较温和表型一致。

▼ 动物模型

Gennarino等人（2015）发现，与对照组相比，杂合子Pum1+/-小鼠大脑和小脑中Atxn1 mRNA和蛋白水平升高，表明Pum1直接调节小鼠大脑中Atxn1水平。与对照组和 Pum1 +/- 小鼠相比，Pum1 缺失小鼠的身体和大脑尺寸明显较小。缺失 1 个 Pum1 基因拷贝就足以导致运动能力进步，并且运动不协调在 Pum1 缺失小鼠中更为明显。Pum1 缺失导致进行性小脑功能障碍，表现为步态和步幅共济失调，伴有脊髓小脑共济失调样神经变性，伴有粗大和精细运动障碍。神经病理学检查显示突变小鼠进行性浦肯野细胞变性和树突状树枝化丧失。这些特征与SCA1（164400）的小鼠模型中观察到的特征相似，这是由于Atxn1基因内多聚谷氨酰胺重复序列的扩展导致Atxn1异常积累引起的。通过使用 Pum1 +/- 小鼠与 Atxn1 +/- 小鼠的遗传杂交降低 Atxn1 蛋白水平，可以减轻运动表型、浦肯野细胞变性和树突分枝缺陷。此外，Atxn1突变小鼠中野生型Pum1的过度表达导致小脑中Atxn1水平降低。这些发现阐明了调节 ATXN1 水平的转录后调节机制，并且可能在疾病中发挥作用。

Gennarino等人（2018）对Pum1缺失突变小鼠的随访分析表明，它们的出生频率低于预期，并表现出多动症、明显的生长缺陷、自发性癫痫发作、脑电图异常、小脑发育不全和浦肯野细胞变性。

▼ 等位基因变异体（3个精选例子）：

.0001 脊髓小脑共济失调 47，早发型

PUM1、ARG1139TRP

一名 9 岁女孩（受试者 10）患有早发性脊髓小脑共济失调 47（SCA47；Gennarino et al.（2018）在PUM1基因中发现了一个从头杂合的G-to-A转换（chr1.31,409,510GA, GRCh37），导致高度保守的arg1139-to-trp（R1139W）取代RNA 结合 PUM-HD 结构域的第八个重复残基。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在 ExAC 数据库中并未发现。尽管患者细胞无法用于研究，但与野生型相比，该突变预计会导致蛋白质水平降低 48%，这与单倍体不足相一致。HEK293细胞的体外转染研究表明，R1139W变体的过表达无法降低ATXN1（601556）和E2F3（600427）的水平，表明它损害了PUM1的抑制活性。

.0002 脊髓小脑共济失调 47，早发型

PUM1、ARG1147TRP

一名 9 岁女孩（受试者 11）患有早发性脊髓小脑共济失调 47（SCA47；Gennarino et al.（2018）在PUM1基因中发现了一个从头杂合的G-to-A转换（chr1.31,406,186GA, GRCh37），导致高度保守的arg1147-to-trp（R1147W）取代与 PUM-HD（RNA 结合）结构域外部的第八个 PUM-HD 重复序列相邻的残基。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在 ExAC 数据库中并未发现。与野生型相比，患者细胞仅显示 43% 的残留野生型 PUM1 蛋白水平，这与单倍体不足相一致。PUM1 mRNA 水平正常，但已知 PUM1 靶标（包括 ATXN1（601556）和 E2F3（600427））的 mRNA 和蛋白水平分别异常升高 51% 和 66%。HEK293 细胞的体外转染研究表明，R1147W 变体的过度表达能够降低 ATXN1 和 E2F3 水平。

Bonnemason-Carrere 等人（2019）在一名早发 SCA47 的男孩中鉴定出 PUM1 基因外显子 22 中 c.3439C-T 转变的杂合性，导致 R1147W 取代。该突变是通过基于三重奏的外显子组测序发现的，并且是从头发生的。

.0003 脊髓小脑共济失调 47

PUM1、THR1035SER

患有成人发病的脊髓小脑共济失调 47（SCA47；Gennarino et al.（2018）在PUM1基因中发现了一个杂合的T-to-A颠换（chr1.31,414,862TA, GRCh37），导致在高度保守的残基处发生thr1035到ser（T1035S）的取代。 PUM1-HD 6（RNA结合）结构域。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，但也表现出不完全外显率。该变种在ExAC数据库中曾发现一次（频率为8.244 x 10（-6））。与对照组相比，患者细胞的 PUM1 蛋白水平下降 25%，ATXN1（601556）和 E2F3（600427）水平增加 40% 至 50%。HEK293 细胞的体外转染研究表明，T1035S 变体的过度表达无法降低 ATXN1 和 E2F3 水平，表明它损害了 PUM1 的抑制活性。