疑难病研究之：板层状鱼鳞病TGM1基因突变的研究

板层状鱼鳞病TGM1基因突变的研究广东省妇幼保健院儿童遗传代谢内分泌科刘舒

刘 舒

发表于《中华全科医学》杂志2014年第6期

先天性常染色体隐性遗传性鱼鳞病（Autosomal recessive congenital ichthyosis，ARCI）是一组以皮肤角化功能障碍为特点的罕见遗传性皮肤疾病的统称[1-2]。板层状鱼鳞病（Lamellar ichthyosis，LI；OMIM 242300）是常染色体隐性遗传性鱼鳞病的一种亚型，发病率约为1/30万，目前国内唯有数例病案报道 [3]。LI的主要致病基因为编码转谷氨酰胺酶1（transglutaminase，TGase-1）的TGM1基因（Gene ID：7051）[4-5]。人类TGM1基因有15个外显子，其编码区为第2~15外显子，编码817个氨基酸，TGM1突变所导致的鱼鳞病占全部ARCI发病率的38%-55%，占LI发病率的90%以上[6]｡ 本研究中，我们对一个板层状鱼鳞病家系的临床表型进行报道，并对先证者及家系成员进行TGM1基因的编码区､非翻译区（UTR）及外显子-内含子交界区进行检测，确定其基因突变位点｡

1 资料与方法

1.1 临床资料 先证者女，2岁，出生时全身被覆薄膜，一个月后逐渐脱落，全身皮肤潮红、覆有鳞屑。随年龄增长，鳞屑渐增厚，色深，且皮肤脱屑反复发生，并出现指、趾因角化明显而呈挛缩状。头发及眉毛稀疏，指、趾挛缩，运动功能受限。全身以颈背为著被覆大片状灰褐色鳞屑，中央黏着，边缘游离，掌跖角化过度，指、趾甲略增厚。患儿经两名皮肤科医师诊断为板层状鱼鳞病，且组织病理学示表皮明显角化过度，棘层稍肥厚，真皮浅层少量淋巴细胞浸润，未见毛囊附属器，确诊为该病。患者父母否认近亲结婚及家族中有类似病史。

1.2 实验方法 经签署知情同意书后，采集板层状鱼鳞病患儿、家系成员（父母）以及50名家系外正常人的静脉血2 mL。基因组DNA 抽提使用Qiagen 试剂盒。利用primer premier 5.0设计TGM1基因编码区､非翻译区及外显子-内含子交界处剪切位点的引物（表1）。物种保守性分析于http://www.mutationtaster.org/，用PyMOL软件分析蛋白三级结构。

2 结果

2.1 TGMI1基因突变检测 先证者同时存在两个不同位点的杂合性错义突变，其中位于第3外显子的突变c.424C>T（图1），使第142位密码子CGC变为TGC，导致精氨酸（R）转变为半胱氨酸（C），即p.R142C；而第6外显子的c.967C>T杂合错义突变（图2），使第323位密码子CGG转变为TGG，导致精氨酸（R）转变为色氨酸（W），即p.R323W。先证者的父母表型正常，但母亲携带c.424C>T，父亲携带c.967C>T。反向测序也证实此两个突变位点。50名家系外正常人DNA测序未发现相应突变。

2.2 生物信息学分析 TGM1基因编码TGase-1蛋白的第142位和第323位精氨酸（R）在不同物种（人类､灵长类､犬属､小鼠､大鼠和果蝇）中完全相同。突变p.R142C和p.R323W使高度保守的氨基酸发生了置换，且前者位于N末端的转谷氨酰胺酶功能域，后者位于N末端的转谷氨酰胺酶功能域与转酰胺作用催化核心功能域之间。结构预测发现TGase-1野生型蛋白中，R142胍基的两个电负性较强的氨基氮原子与Y134酚基的羟基氢原子形成氢键， R323胍基氢原子和氮原子分别与G473羰基氧原子、D490羧基氢原子形成氢键，而突变后上述位点之间无法形成氢键(图3-4)，可能影响该蛋白的生物学功能。

3 讨论

Huber等首次发现位于染色体14q11上的TGM1基因是板层状鱼鳞病的致病基因[1]，其编码转谷氨酰胺酶1（TGase-1）。TGase-1蛋白由二聚体构成，每个单体包含四个功能域，分别是N末端的转谷氨酰胺酶功能域、转酰胺作用催化核心功能域和两个C末端转谷氨酰胺酶功能域（β-barrel 1和β-barrel 2）[7-8]。 TGase-1蛋白具有转移氨基酸到蛋白质的谷氨酸残基上形成异肽键的能力，参与角质包膜形成过程中ε-（γ谷氨酰）赖氨酸交联的形成[9]，是皮肤屏障功能的物质基础。

本家系中，患儿突变c.424C>T（R142C）来自母亲，Nakagawa[10]等研究表明该突变直接导致了酶的稳定性降低，严重影响了小鼠角质层的发育和皮肤屏障功能建立。TGase-1蛋白的第142位精氨酸的两个氨基形成的氢键是其氨基端β折叠和酶接触反应中心功能区连接的最关键的功能键之一，氢键的丧失可能使TGase-1蛋白的结构破坏而导致整个酶无活性。而来自父亲的另一突变c.967C>T使第323位极性氨基酸R变为非极性氨基酸W，无法与第473位甘氨酸和第490位天冬氨酸形成氢键，且Herman[9]报导该突变改变了TGase-1酶的转酰胺作用催化核心功能域活性位点的总电荷分布，可能使酶的结构破坏，从而影响其与底物的相互作用，导致TGasel活性降低或失去活性。

本研究首次发现板层状鱼鳞病患者同时存在TGM1基因的两个复合性杂合突变c.424C>T (p.R142C)和c.967 C>T (p.R323W)，对于进一步明确TGMl基因型与LI临床表型之间的联系具有一定的意义，并且为该家庭行产前诊断奠定基础。

参考文献

[1] Farasat S, Wei MH, Herman M, et a1. Novel transglutaminase-1 mutations and genotyp-phenotype investigations of 104 patients with autosomal recessive congenital ichthyosis in theUSA[J].J Med Genet,2009,46:103-111.

[2] Fischer J. Autosomal recessive congenital ichthyosis[J].J Invest Dermatol, 2009,129:1319-1321.

[3] 苏秀霞，方元勋，程士樟.小儿鱼鳞病及其综合征[J]. 安徽医学，2002，23（01）：60-61.

[4] Fachal L, Rodríguez-Pazos L, Ginarte M, et al. Characterization of TGM1 c.984+1G>A mutation identified in a homozygous carrier of lamellar ichthyosis[J].Int J Dermatol,2012,51(4):427-430.

[5] Louhichi N, Hadjsalem I, Marrakchi S, et al. Congenital lamellar ichthyosis inTunisiais caused by a founder nonsense mutation in the TGM1 gene[J].Mol Biol Rep,2012,40:2527-2532.

[6] Akiyama M. ABCA12 mutations and autosomal recessive congenital ichthyosis: a review of genotype/phenotype correlations and of pathogenetic concepts[J].Hum Mutat,2010, 31,1090–1096.

[7] Terrinoni A, Serra V, Codispoti A, et al. Novel transglutaminase 1 mutations in patients affected by lamellar ichthyosis[J].Cell Death Dis,2012,25(3):416-418.

[8] Aufenvenne K, Rice RH, Hausser I, et al. Long-term faithful recapitulation of transglutaminase 1-deficient lamellar ichthyosis in a skin-humanized mouse model, and insights from proteomic studies[J].J Invest Dermatol,2012,132(7):1918-1921.

[9] Herman ML, Farasat S, Steinbach PJ, et al. Transglutaminase-1 gene mutations in autosomal recessive congenital ichthyosis: summary of mutations (including 23 novel) and modeling of TGase-1[J].Hum Mutat,2009,30(4):537-547.

[10] Nakagawa N, Yamamoto M, Imai Y, et al. Knocking-in the R142C mutation in transglutaminase 1 disrupts the stratum corneum barrier and postnatal survival of mice[J].J Dermatol Sci,2012,65(3):196-206.