Serac1-KO 基因敲除小鼠

SERAC1，即含有丝氨酸活性位点的蛋白1，是一种在细胞中发挥重要功能的基因。它编码的蛋白质位于线粒体与内质网之间的接触点，即线粒体相关膜区域，对于磷脂交换至关重要。SERAC1蛋白在磷脂酰甘油重塑过程中发挥着关键作用，这对于线粒体功能以及细胞内胆固醇的运输都是必不可少的。

SERAC1基因突变会导致MEGDEL综合征，这是一种常染色体隐性遗传疾病，其临床特征包括3-甲基戊二酸尿症、精神运动迟缓、肌肉张力减退、感音神经性耳聋以及类似Leigh综合征的脑磁共振成像病变。自从2006年首次描述MEGDEL综合征以来，已有至少102例病例被报道。MEGDEL综合征的临床表现比预期的更为广泛，除了脑、耳和胃肠道外，眼睛、内分泌器官、心脏、周围神经和骨骼肌也可能受到影响。诊断MEGDEL综合征需要多学科的方法，包括SERAC1基因突变的遗传确认。治疗通常是支持性的，预后通常较差，早期死亡，除了青少年发病的类型。

在临床特征和遗传特征方面，两个患有MEGDEL综合征的儿童被发现携带SERAC1基因的致病性复合杂合变异。这些变异导致了发育迟缓、肌张力障碍和感音神经性耳聋等症状，并伴随着尿液3-甲基戊二酸水平的升高。磁共振成像显示与Leigh综合征相似的变化。基因测序揭示了两个儿童都携带有SERAC1基因的致病性复合杂合变异，包括第一个儿童中的c.1159C>T和c.442C>T变异，以及第二个儿童中的c.1168C>T和第4到9外显子的缺失。这表明SERAC1基因变异导致MEGDEL综合征的儿童具有不同的临床表型[1]。

SERAC1基因突变导致MEGDEL综合征的表型范围从最严重的MEGD(H)EL综合征到青少年发病的复杂痉挛性截瘫，再到成年发病的肌张力障碍特征（仅在一例病人中发现）。MEGD(H)EL综合征的特征是3-甲基戊二酸尿症伴耳聋-肌张力障碍、[肝病]、脑病和Leigh-like综合征。生物化学异常包括尿液中3-甲基戊二酸和3-甲基戊二酸的水平升高，血清中乳酸和丙氨酸的水平升高。当发现SERAC1基因的双等位基因致病性变异时，即可确诊。脑MRI显示基底神经节病变和广泛萎缩。在一例30岁智力中度的患者中，自25岁起，他逐渐失去了之前的能力（手灵活性、口头语言），并随后出现了亚急性全身性肌张力障碍特征。目前，他患有痉挛性四肢瘫痪、肌张力障碍、脊柱侧凸和自闭症行为，脑MRI显示双侧基底神经节病变。基因研究揭示了SERAC1基因的双等位基因致病性变异，证实了MEGD(H)EL综合征的诊断。在一例73岁的认知障碍和进行性痉挛性截瘫的患者中，发现多个室周T2高信号病变。她携带一个纯合子SERAC1变异NM_032861:外显子4:c.T139A:p.F471（rs112780453），被认为是良性的。生物化学研究显示血浆丙氨酸和尿液3-甲基戊二酸和3-甲基戊二酸水平升高。这种表型与线粒体功能障碍和SERAC1缺陷一致[2]。

SERAC1基因突变导致MEGDEL表型的严重表现。在这项研究中，两个具有亲缘关系的土耳其男性兄弟姐妹被分析，他们的多系统功能障碍，包括早期年龄升高的3-甲基戊二酸浓度、听力丧失和MRI确定的Leigh-like综合征，与MEGDEL综合征一致。在SERAC1基因的上游脂酶结构域中发现了SERAC1基因的一个新突变，即位于外显子10的c.1015G>C（p.Gly339Arg）突变，预测会导致蛋白质功能障碍。此外，结果还指向了该突变与MEGDEL综合征严重程度之间可能存在的关联[3]。

全外显子测序（WES）在确定线粒体疾病的致病性变异方面取得了巨大进展。在一项研究中，对113例疑似线粒体疾病的波兰儿科参考中心的患者进行了WES，这些患者常规测试未能发现分子缺陷。WES采用TruSeqExome富集，随后进行变异优先排序，通过Sanger测序进行验证，并在家族中与疾病表型进行分离。在67（59.3%）例患者中发现了可能的致病性突变，包括线粒体DNA（6例患者）和非线粒体DNA：X连锁（9例患者）、常染色体显性（5例患者）和常染色体隐性（47例患者，11例纯合子）。新变异占所有检测到的变化的50.5%（50/99）。在47例患者中，发现了31个与线粒体疾病相关的基因（ACAD9、ADCK3、AIFM1、CLPB、COX10、DLD、EARS2、FBXL4、MTATP6、MTFMT、MTND1、MTND3、MTND5、NAXE、NDUFS6、NDUFS7、NDUFV1、OPA1、PARS2、PC、PDHA1、POLG、RARS2、RRM2B、SCO2、SERAC1、SLC19A3、SLC25A12、TAZ、TMEM126B、VARS2）中的变异。ACAD9、CLPB、FBXL4和PDHA1基因的变异发生率超过两次，表明其具有更高的普遍/民族流行率。在19例病例中，发现了18个与线粒体疾病无关的基因（ADAR、CACNA1A、CDKL5、CLN3、CPS1、DMD、DYSF、GBE1、GFAP、HSD17B4、MECP2、MYBPC3、PEX5、PGAP2、PIGN、PRF1、SBDS、SCN2A）的变异。根据线粒体疾病标准（MDC）量表，WES确定的线粒体疾病诊断的百分比随着线粒体疾病可能性的增加而逐渐升高（从低概率的36%到高概率的90%）。与线粒体疾病无关的基因相比，检测到的线粒体疾病相关基因的百分比也随着线粒体疾病可能性的增加而增加（从20%到97%）。在47（63.8%）例新生儿和17（60.7%）例基底神经节受累的患者中建立了分子诊断。在新生儿中，CLPB、SERAC1和TAZ基因的突变被认为是3-甲基戊二酸尿症的一个鉴别特征。一个新的线粒体疾病相关候选基因（NDUFB8）正在验证中。我们建议WES而不是靶向NGS作为线粒体疾病诊断的首选方法，包括新生儿中的3-甲基戊二酸尿症，这些新生儿在未确定疾病原因且实验室数据有限的情况下死亡。WES确定的线粒体疾病诊断程度与MDC量表表达的线粒体疾病可能性之间存在很强的相关性[4]。

SERAC1基因变异与成年发病的锥体外系肌张力障碍-帕金森病表型有关。在一项研究中，对两名受影响的成年兄弟进行了临床、生物化学和影像学评估，他们患有遗传上未解决的进行性神经疾病，随后进行了全基因组测序。在SERAC1基因中发现了一个纯合子可能致病性变异（c.[129-2A > C], p.[(?)];[(?)]）。描述了SERAC1基因中的一个新纯合子变异，该变异与两名患有早期发病的帕金森病和进行性肌张力障碍的兄弟有关。先前的变异与严重的3-甲基戊二酸尿症、肌张力障碍、耳聋、肝病、脑病和Leigh-like综合征，或青少年发病的复杂痉挛性截瘫有关。我们的病例扩展了SERAC1变异的表型，表现为成年发病的肌张力障碍-帕金森病[5]。

SERAC1基因突变会导致MEGDEL综合征，这是一种常染色体隐性遗传疾病，其特征是3-甲基戊二酸尿症、耳聋、脑病和Leigh-like综合征。在一项研究中，对一例疑似MEGDEL综合征的患者进行了全外显子测序（WES）。随后，使用Sanger测序对检测到的变异进行验证。在SERAC1基因中发现了一个插入，rs797045105（chr6，158571484，C>CCATG），患者为纯合子基因型，其未受影响的父母为杂合子基因型。值得注意的是，使用mutation taster（prob>0.99）和DDIGin（prob=86.51）进行生物信息学分析预测，这种变异是致病的。此外，该变异在我们的数据库中，包括700个外显子文件中均未出现。这些发现强调了rs797045105对MEGDEL综合征的致病性。另一方面，我们的数据突出了WES应用作为遗传测试的重要性，以识别和表征遗传变异的全面谱系，并为患有神经代谢性疾病的患者进行分类[6]。

在一项研究中，发现了一种新的剪接位点突变，该突变导致MEGDHEL综合征。MEGDHEL是一种常染色体隐性综合征，定义为3-甲基戊二酸尿症（3-MGA）伴耳聋、肝病、脑病和磁共振成像上的Leigh-like综合征，由于SERAC1（丝氨酸活性位点1）基因突变，该基因在线粒体心磷脂代谢中发挥作用。报告了一例年轻患者的病例，该患者表现为癫痫性脑病、3-甲基戊二酸尿症、耳聋以及双侧壳核和丘脑的T2高信号，该患者在8岁时去世。使用ampliSeq™靶向定制面板对核基因进行分析，发现SERAC1基因中有两个复合杂合变异：一个在外显子4中的无义替换，c.202C>T，导致提前终止密码子（p.Arg68*），以及一个在外显子4上游的剪接位点的新变异（c.129-1G>C）。来自患者成纤维细胞的mRNA测序显示，剪接位点变异导致外显子3跳过，没有移码，而蛋白质印迹实验显示与对照相比，SERAC1表达缺失，异常的filipin染色。我们表明，由于新的剪接位点变异导致SERAC1的假定的跨膜结构域丢失，从而损害了蛋白质表达，是MEGDHEL综合征的原因[7]。

SERAC1基因突变与线粒体疾病相关的先天性耳聋有关。在一项研究中，研究了各种基因缺陷导致线粒体疾病的患者中先天性耳聋的发生频率。新生儿听力筛查计划（NHSP）可以区分先天性耳聋和后天性听力丧失。研究的初步目的是研究各种基因缺陷导致线粒体疾病的患者中先天性耳聋的发生频率。研究过程带来了额外的收获：基于我们的初步研究组中的80名患者，在总共12名患者中，我们确定了两个导致线粒体疾病的缺陷基因，这些基因的携带者未能通过NHSP。最终，这些患者被诊断为先天性耳聋。分析了在波兰华沙CMHI医院诊断的线粒体疾病患者的NHSP结果。只有确认突变的病例才有资格进入研究组。NHSP数据库包括80名携带31个不同基因突变的患者：25个核编码基因和6个mtDNA编码基因。我们搜索了文献，以了解在由278个已知基因中的变化引起的线粒体疾病中是否存在先天性听力障碍（CHI）。对于研究组中的68名患者，NHSP测试表明耳蜗功能正常，因此表明听力正常。对于12名线粒体疾病患者，NHSP测试表明需要进一步的听力诊断，最终在其中的8名患者中确认了CHI。这个后者包括RRM2B和SERAC1的致病性变异，这些基因被称为“致聋基因”。与我们的初步预期相反，携带其他“致聋基因”变异的患者，如MPV17、POLG、COX10，以及文献中报道的其他线粒体相关基因，NHSP测试结果均未显示任何CHI。我们的研究表明，与RRM2B和SERAC1相关缺陷相关的耳蜗CHI是一种表型特征。NHSP测试后对CHI的诊断允许早期区分这些缺陷与其他线粒体相关疾病，后者NHSP测试结果正常。需要进行更广泛的研究来评估这一观察结果的重要性[8]。

SERAC1基因的突变导致了多种疾病和症状，包括MEGDEL综合征、肌张力障碍-帕金森病和先天性耳聋。这些突变影响了SERAC1蛋白的功能，进而影响了线粒体功能、细胞内胆固醇的运输和其他生物学过程。SERAC1基因突变的研究有助于我们更好地理解这些疾病的发病机制，为疾病的诊断、治疗和预防提供新的思路和策略。