液泡蛋白分选 4 同源物 A；VPS4A

液泡蛋白分选 4，酵母，A 的同源物
VPS4

HGNC 批准的基因符号：VPS4A

细胞遗传学定位：16q22.1 基因组坐标（GRCh38）：16:69,311,350-69,326,939（来自 NCBI）

▼ 说明

VPS4A属于AAA（与多种细胞活动相关的ATPases）蛋白家族，参与溶酶体/内体膜运输（Beyer et al., 2003）。VPS4A 在胞质分裂中也发挥作用，在中期集中在纺锤体两极，在脱落时集中在中体（Seu et al., 2020 总结）。它是一种液泡 ATP 酶，通过外泌体生物发生专门参与网织红细胞成熟（Lunati 等人总结，2021）。

▼ 克隆与表达

通过在数据库中搜索与酵母Vps4相似的蛋白质，Bishop和Woodman（2000）鉴定了VPS4A的EST，他们将其称为VPS4，该EST是从人脑cDNA文库中分离出来的。推导的 432 个氨基酸的蛋白质包含一个 N 端卷曲螺旋结构域和一个中心 AAA 结构域。荧光标记的 VPS4 在转染的大鼠肾细胞的细胞质中表达。

通过寻找与酵母Vps4相似的EST，然后筛选人角质形成细胞系cDNA文库，Scheuring等（2001）克隆了VPS4A。与Bishop和Woodman（2000）报道的VPS4A蛋白相比，推导的437个氨基酸的蛋白多了5个N端氨基酸。VPS4A与VPS4B（609983）有80%的氨基酸同一性，与酵母Vps4有59%的氨基酸同一性。Northern 印迹分析检测到普遍表达的 2.3-kb 转录物。

Beyer et al.（2003）利用Northern blot分析发现，小鼠Vps4a和Vps4b在所有检查的组织中都有不同的表达。大多数组织对其中一种或另一种 Vps4 表现出强烈的偏好，但有些组织对两种 Vps4 的表达相同。

Seu et al.（2020）发现VPS4A和VPS4B定位于分裂红细胞的纺锤体极和中体。

▼ 基因功能

Bishop和Woodman（2000）通过在啮齿动物肾细胞中瞬时表达，发现人VPS4的ATPase缺陷型突变体定位于膜，包括内吞液泡的膜，并诱导内体空泡形成。相对于未转染细胞的内体区室，VPS4突变体诱导的许多内体液泡的胆固醇含量显着富集。突变体VPS4不与高尔基体或内质网膜或细胞表面膜再循环至反式高尔基体相关，也不会改变它们的功能。Bishop和Woodman（2000）得出结论，VPS4参与内体后胆固醇分选。

Scheuring et al.（2001）发现，在Vps4缺失酵母中异源表达人VPS4A部分抑制了温度敏感的生长缺陷，部分弥补了液泡蛋白分选缺陷。VPS4A 分布在转染的野生型酵母的整个细胞质中，偶尔集中在靠近液泡的小点上。AAA 结构域内具有 glu228-to-gln（E228Q）突变的 VPS4A 在野生型酵母细胞中诱导显性失活液泡蛋白分选缺陷。双杂交实验表明，VPS4A和VPS4B可以形成异聚复合物，并且如果涉及显性失活突变体，则相互作用更强。两种蛋白质均未形成同聚复合物。

Lata et al.（2008）发现转运所需的内体分选复合物（ESCRT）-III蛋白CHMP2A（610893）和CHMP3（610052）（带电多泡体蛋白2A和3）可以在体外组装成螺旋管状结构，暴露它们的膜相互作用位点位于肾小管外部，而 AAA 型三磷酸腺苷酶 VPS4 可以结合在肾小管内部，并在三磷酸腺苷水解后分解肾小管。CHMP2A 和 CHMP3 在溶液中共聚，它们的膜靶向在平面脂质双层上协同增强。Lata等人（2008）得出结论，这种螺旋CHMP结构可以在向内出芽的囊泡的颈部内组装，在VPS4的控制下催化出芽的后期步骤。

Bajorek et al.（2009）利用酵母2-杂交筛选，随后进行共免疫沉淀和蛋白质结合测定，发现人IST1（616434）与ESCRT蛋白CHMP1A（164010）、CHMP1B（606486）和LIP5（C6ORF55）相互作用；610902），以及VPS4A和VPS4B。突变和核磁共振波谱研究表明，IST1 的 2 个 C 端 MIM 基序缠绕并结合在 VPS4 的 MIT 螺旋束的不同凹槽中。IST1也直接结合CHMP1；与 IST1 一样，CHMP1 具有绑定 VPS4 MIT 域的 C 端 MIM 元件。HeLa 细胞中 IST1 或 CHMP1 的缺失会阻止 VPS4 在胞质分裂过程中募集至中体并阻止细胞分裂。延时成像显示，IST1 缺失导致分裂细胞在脱落阶段停滞。细胞通过中间体保持连接在一起，然后最终重新凝聚成具有多个细胞核的单个细胞。Bajorek et al.（2009）得出的结论是，ESCRT的胞质分裂功能特别需要IST1，并且IST1和CHMP1将VPS4招募到中体进行脱落。

Choudhuri et al.（2014）表明，T细胞受体（TCRs）集中积累；参见186880）位于免疫突触中心出芽的细胞外微泡的表面。肿瘤易感基因101（TSG101；601387）对 TCR 进行分类以包含在微泡中，而 VPS4 介导微泡从 T 细胞质膜上分离。HIV多蛋白Gag利用这一过程来使病毒样颗粒出芽。携带与主要组织相容性复合体分子（pMHC）结合的同源病原体的 B 细胞接收来自 T 细胞的 TCR，并启动细胞内信号以响应分离的突触微泡。Choudhuri et al.（2014）得出的结论是，免疫突触协调细胞外微泡中的TCR分选和释放，并且这些微泡通过与抗原呈递细胞上的同源pMHC结合来跨抗原依赖性突触传递跨细胞信号。

Vietri et al.（2015）表明，ESCRT-III在受体分选、病毒出芽、胞质分裂和质膜修复过程中促进膜收缩和密封，在后期后期短暂地被招募到重新组装的核膜中。ESCRT-III 及其调节性 AAA ATP 酶 VPS4 均被 ESCRT-III 样蛋白 CHMP7（611130）特异性招募至重整核膜吞噬纺锤体微管的位点。随后与另一种 ESCRT-III 样蛋白 IST1 结合，直接招募 AAA ATPase spastin（604277）来切断微管。破坏 spastin 功能会损害纺锤体分解并导致 ESCRT-III 在核膜上的定位延长。后期对 ESCRT-III 功能的干扰伴随着微管解体延迟、核完整性受损以及随后间期出现 DNA 损伤灶。Vietri et al.（2015）提出，ESCRT-III、VPS4和spastin合作协调有丝分裂退出期间核膜-微管交叉位点的核膜密封和纺锤体拆卸，以确保核完整性和基因组保护，其惊人的机制与细胞分裂脱落。

▼ 生化特征

VPS4A的N端卷曲螺旋区域是参与底物识别的微管相互作用和转运（MIT）结构域。Scott等人（2005）报道了VPS4A MIT结构域的溶液结构，并鉴定了CHMP1B（一种内体分选复合蛋白）作为结合伴侣。他们发现VPS4A MIT形成一个反向平行的3螺旋束，并且第三螺旋上的保守亮氨酸（L64）与CHMP1B的C端一半结合。

AAA ATPase Vps4 是内体运输至溶酶体、逆转录病毒出芽和胞质分裂的核心，并将 ESCRT 复合物从膜上解离。Obita et al.（2007）表明，酵母中6个ESCRT-III相关子单元中，只有Vps2（CHMP2A；610893）和Did2结合Vps4的MIT（微管相互作用和运输）结构域，并且子单元的C端30个残基对于相互作用是必要且充分的。Obita等人（2007）确定了Vps2 C末端与Vps4 MIT结构域复合物的晶体结构，解释了选择性ESCRT-III识别的基础。MIT螺旋α-2和α-3识别（D/E）xxLxxRLxxL（K/R）基序，该基序内的突变会导致酵母分选缺陷。Obita等人（2007）得出结论，古菌AAA ATPase的N端结构域的晶体结构表明它与Vps4的MIT结构域密切相关。古细菌 ATP 酶与古细菌 ESCRT-III 样蛋白相互作用，即使这些生物体没有内膜系统，这表明 Vps4/ESCRT-III 伙伴关系是真核生物和古细菌分化之前的功能遗迹。

Stuchell-Brereton 等人（2007）孤立表明，人 VPS4A 和 VPS4B 的 MIT 结构域结合位于 ESCRT-III 蛋白 CHMP1-3 类 C 末端的保守序列基序。VPS4A MIT-CHMP1A和VPS4B MIT-CHMP2B（609512）复合物的结构表明，C端CHMP基序形成两亲螺旋，结合在VPS4 MIT的四三肽样重复序列（TPR）的最后2个螺旋之间的凹槽中域，但与规范 TPR 交互的方向相反。MIT 结构域中的不同口袋结合了 CHMP 基序的 3 个保守亮氨酸残基，抑制这些相互作用的突变会阻止 VPS4 募集，损害内体蛋白分选，并缓解显性失活 VPS4 对 HIV 出芽的抑制。因此，Stuchell-Brereton 等人（2007）得出结论，他们的研究揭示了 VPS4 ATP 酶如何识别其 CHMP 底物，以促进病毒、内体囊泡和子细胞释放所需的膜裂变事件。

▼ 基因结构

Beyer et al.（2003）确定VPS4A基因包含11个外显子，跨度13.64 kb。启动子区域缺少 TATA 或 CAAT 框，但包含 CpG 岛。

▼ 测绘

通过FISH和基因组序列分析，Beyer et al.（2003）将VPS4A基因定位到染色体16q22。他们将小鼠 Vps4a 基因定位到染色体 8D 的一个区域，该区域与人类染色体 16q22 具有同源性。

▼ 分子遗传学

Hamdan等（2014）在一名智力发育严重受损且脑部畸形的4.5岁男孩（个体985.382）中鉴定出VPS4A基因可能致病的新生杂合突变（c.577_597delTCC, NM_013245.2；Ser193del）。

6 名无关的患者患有小脑发育不全、白内障、智力发育障碍、先天性小头畸形、肌张力障碍、红细胞生成障碍性贫血和生长迟缓（CIMDAG；619273），Rodger et al.（2020）鉴定出VPS4A基因中的从头杂合错义突变（609982.0001-609982.0003）。这些突变是通过基于全外显子组或全基因组三重奏的测序发现的，但不存在于包括 gnomAD 在内的公共数据库中。所有受影响的 ATPase 结构域中高度保守的残基；5 发生在 R284 残基处，表明存在突变热点。患者成纤维细胞显示正常的 VPS4A 蛋白水平。HeLa 细胞中突变的表达引起了液泡内体结构的发育。患者成纤维细胞表现出类似但不太严重的异常，并且人类神经元中 VPS4A 的缺失也具有类似的效果。作者得出结论，这些突变对 VPS4A 六聚体功能产生显性负效应。尽管核心 ESCRT-III 复合物在内体上的定位没有受到显着影响，但非典型蛋白 IST1（616434）在内体膜上出现异常积累，表明内体动力学发生了改变。对患者成纤维细胞的详细分析显示核膜形态异常，以及由于核膜破裂导致的 DNA 损伤增加。还有一些纤毛形成异常的证据，表明 VPS4A 参与多种不同的细胞过程。作者推测 CIMDAG 的多效性临床表现反映了 VPS4A 的多种细胞功能。

Seu等人（2020）在2名无关的CIMDAG患者（患者1和患者2）中鉴定出VPS4A基因的从头杂合错义突变（609982.0001, 609982.0004）。此外，Seu et al.（2020）在VPS4A基因中发现了一个纯合错义突变（A28V；609982.0005）一名 3 岁女孩（患者 3），其父母为阿拉伯近亲，患有 CIMDAG。她的父母是突变杂合子，没有受到影响。3例患者外周血红细胞均显示CD71（TFRC；190010），转铁蛋白受体，表明网织红细胞的成熟受损，并表明 CD71 的内体分选和运输有缺陷。然而，纯合突变患者的血液学疾病并不像杂合突变患者中观察到的那么严重。Seu et al.（2020）提出，VPS4A 的组织特异性表达可以解释该综合征的神经系统和红系谱系表现的主导地位。

▼ 等位基因变异体（5个精选例子）：

.0001 西达格综合症

VPS4A、ARG284TRP

5 名无关的患者患有小脑发育不全、白内障、智力发育障碍、先天性小头畸形、肌张力障碍、红细胞生成障碍性贫血和生长迟缓（CIMDAG；Rodger et al.（2020）在VPS4A基因中发现了一个从头杂合的c.850A-T颠换（c.850A-T, NM_013245.3），导致arg284-to-trp（R284W）替换ATP酶结构域中的保守残基。该突变是通过基于全外显子组或全基因组三重奏的测序发现的，在包括 gnomAD 在内的公共数据库中不存在。

在一名患有 CIMDAG 的 6 岁女孩（患者 1）中，Seu 等人（2020）在 VPS4A 基因中发现了一个新的杂合 R284W 突变（c.850A-T, NM_013245.2）。患者来源的诱导成红细胞再现了红细胞生成障碍的表型，表明双核成红细胞增加，并且分裂的成红细胞中体中 VPS4 定位异常。还观察到成红细胞之间存在持续的细胞质桥。这些发现与异常胞质分裂和脱落一致。

Lunati et al.（2021）还报道了一名患有 CIMDAG 的男孩，该男孩与 R284W 新生杂合突变相关。未进行功能研究。

.0002 西达格综合症

VPS4A、ARG284GLY

一名 29 岁男性（患者 2），患有小脑发育不全、白内障、智力发育障碍、先天性小头畸形、肌张力障碍、红细胞生成障碍性贫血和生长迟缓（CIMDAG；619273） Rodger et al.（2020）在VPS4A基因中鉴定出一个从头杂合的c.850A-G转换（c.850A-G, NM_013245.3），导致arg284到gly（R284G）的取代ATP酶结构域中的保守残基。该突变是通过基于三重奏的全外显子组测序发现的，在包括 gnomAD 在内的公共数据库中并不存在。

.0003 西达格综合症

VPS4A、GLU206LYS

男性患者（患者6）患有小脑发育不全、白内障、智力发育障碍、先天性小头畸形、肌张力障碍、红细胞生成障碍性贫血和生长迟缓（CIMDAG；619273），Rodger et al.（2020）在VPS4A基因中鉴定出一个从头杂合的c.616G-A转换（c.616G-A, NM_013245.3），导致在ATP酶结构域中高度保守的残基。该突变是通过基于三重奏的全基因组测序发现的，在包括 gnomAD 在内的公共数据库中不存在。

.0004 西达格综合症

VPS4A、GLY203GLU

一名5岁男孩（患者2）患有小脑发育不全、白内障、智力发育障碍、先天性小头畸形、肌张力障碍、红细胞生成障碍性贫血和生长迟缓（CIMDAG；619273），Seu et al.（2020）在VPS4A基因中鉴定出一个从头杂合的c.608G-A转换（c.608G-A, NM_013245.2），导致gly203-to-glu（G203E）取代ATP酶结构域中高度保守的残基。该突变是通过外显子组测序发现的，但在包括 gnomAD 在内的公共数据库中并不存在。患者外周红细胞显示CD71（190010）表达异常，表明网织红细胞成熟受损，并提示CD71的内体分选和运输存在缺陷。

.0005 西达格综合症

VPS4A、ALA28VAL

一名3岁女孩（患者3），父母为阿拉伯近亲所生，患有小脑发育不全、白内障、智力发育障碍、先天性小头畸形、肌张力障碍、红细胞生成障碍性贫血、生长迟缓（CIMDAG；619273），Seu et al.（2020）在VPS4A基因中发现了一个纯合的c.83C-T转换（c.83C-T, NM_013245.2），导致保守的ala28到val（A28V）取代N 端 MIT 结构域中的残基，这对于蛋白质结合和复合物形成很重要。通过外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。她的父母是突变杂合子，没有受到影响。它不存在于公共数据库中，包括 gnomAD。患者外周红细胞显示CD71（190010）表达异常，表明网织红细胞成熟受损，并提示CD71的内体分选和运输存在缺陷。然而，该患者的血液学疾病并不像杂合突变患者中观察到的那么严重。