Ген SLC35A1

Ген SLC35A1 (Solute Carrier Family 35 Member A1) - Кодирует транспортер CMP-сиаловой кислоты (CMP-SAT), обеспечивающий перенос CMP-Sia в аппарат Гольджи.

Ген SLC35A1 играет ключевую роль в гликозилировании, поддерживая нейронное развитие, иммунный ответ и клеточную коммуникацию.

1. Основные характеристики гена

Название:

Ген SLC35A1 (Solute Carrier Family 35 Member A1).

Синонимы:

CMPST, CST, hCST, CMP-Sia-Tr, CMP-SAT.

Локализация:

Ген SLC35A1 находится на хромосоме 6q15 (человек).

Размер гена:

Ген SLC35A1 имеет размер около 40 kb и содержит 15 экзонов.

Кодируемый белок:

Белок CMP-sialic acid transporter (CMP-SAT) состоит из 337 аминокислот.

Функция:

Белок CMP-SAT транспортирует CMP-сиаловую кислоту (CMP-Sia) из цитоплазмы в аппарат Гольджи.

Тканевая экспрессия:

Высокая экспрессия гена SLC35A1 наблюдается в мозге, печени, почках, легких и сердце.
Умеренная экспрессия гена SLC35A1 выявлена в поджелудочной железе и селезенке.

Клеточная локализация:

Белок CMP-SAT локализуется в мембране аппарата Гольджи.

UniProt ID:

Белок CMP-SAT имеет UniProt ID P78382.

NCBI Gene ID:

Ген SLC35A1 имеет NCBI Gene ID 10559.

Ensembl ID:

Ген SLC35A1 имеет Ensembl ID ENSG00000164414.

2. Структура белка

Первичная структура:

Белок CMP-SAT состоит из 337 аминокислот (человек).

Вторичная структура:

Белок CMP-SAT содержит 10 трансмембранных α-спиральных доменов.

Третичная структура:

Белок CMP-SAT представляет собой мультимембранный транспортер с каналом для CMP-сиаловой кислоты.

Посттрансляционные модификации:

Белок CMP-SAT подвергается гликозилированию (N-гликозилирование в экстрацеллюлярных петлях).

Ключевые домены:

Белок CMP-SAT содержит трансмембранные домены и субстрат-связывающий сайт.

Альтернативный сплайсинг:

Ген SLC35A1 имеет изоформы, влияющие на длину N- и C-концевых участков.

Белок CMP-SAT транспортирует CMP-сиаловую кислоту, необходимую для гликозилирования белков и липидов в аппарате Гольджи.
Ген SLC35A1 отличается от семейства SLC34, участвуя в метаболизме углеводов, а не фосфатов.

3. Функции и физиологическая роль

Ген SLC35A1 кодирует белок CMP-SAT, транспортирующий CMP-сиаловую кислоту из цитоплазмы в люмен аппарата Гольджи.
Белок CMP-SAT обеспечивает субстрат для сиалилтрансфераз, добавляющих сиаловую кислоту к гликопротеинам и ганглиозидам.
Сиаловая кислота на поверхности клеток поддерживает клеточную адгезию, сигнальные пути, иммунный ответ и нейронные функции.
Белок CMP-SAT участвует в нейронном развитии, поддерживая синаптогенез и нейропластичность через сиалированные гликоконъюгаты.
Сиаловая кислота на гликопротеинах модулирует иммунный ответ.
Белок CMP-SAT влияет на клеточную коммуникацию через сиалированные рецепторы.

Механизм действия:

Белок CMP-SAT функционирует как антипортер, обменивая CMP-Sia в люмен Гольджи на CMP в цитоплазму.
Уровень CMP-Sia в цитоплазме регулирует активность белка CMP-SAT.
Метилирование промотора гена SLC35A1 может снижать его экспрессию в опухолях.

Взаимодействия:

Сиалилтрансферазы, такие как ST3GAL и ST6GAL, используют CMP-Sia, транспортируемую белком CMP-SAT, для гликозилирования.
Фермент GNE обеспечивает субстрат для сиалилтрансфераз, взаимодействуя с белком CMP-SAT.
Белок NHERF1, возможно, стабилизирует CMP-SAT в мембране аппарата Гольджи.

4. Мутации и связанные патологии

Мутация c.866G>A (p.R289Q) — миссенс, вызывает частичную потерю функции белка CMP-SAT, связана с врожденным дефектом гликозилирования типа IIf (CDG-IIf, OMIM: 603585), наследуется по аутосомно-рецессивному типу, снижает транспорт CMP-Sia, приводит к умственной отсталости и макроцитозу (Martinez-Dunst et al., 1995).
Мутация c.81T>A (p.Y27X) — нонсенс, вызывает усечение белка CMP-SAT, полную потерю функции, связана с CDG-IIf, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, приводит к тяжелому фенотипу с умственной отсталостью, эпилепсией и дисморфизмом лица (Mohamed et al., 2013).
Мутация c.937_943del (p.V313fs) — делеция, вызывает усечение белка CMP-SAT, связана с CDG-IIf, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, приводит к полному отсутствию функционального CMP-SAT и нейродегенеративным симптомам (Ng et al., 2018).
Мутация c.548C>T (p.T183M) — миссенс, снижает активность белка CMP-SAT, связана с CDG-IIf, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, приводит к легкому фенотипу с задержкой развития и гипотонией (Rautengarten et al., 2018).
Повышенная экспрессия гена SLC35A1, связанная с эпигенетическими изменениями, увеличивает гликозилирование, наблюдается в раке толстой кишки и молочной железы, способствует прогрессии опухолей и метастазированию, не наследуется (Zhao et al., 2020).

Основное заболевание:

Врожденный дефект гликозилирования типа IIf (CDG-IIf) характеризуется умственной отсталостью, задержкой развития, эпилепсией, дисморфизмом лица (широкий лоб, микрогнатия), макроцитозом, гипотонией и, в некоторых случаях, летальным исходом в детстве.
Мутации в гене SLC35A1 нарушают транспорт CMP-Sia, вызывая дефицит сиалирования гликопротеинов и ганглиозидов, особенно в нейронах и эритроцитах.
CDG-IIf наследуется по аутосомно-рецессивному типу.
CDG-IIf — крайне редкое заболевание, описано менее 20 случаев.

Другие ассоциации:

Повышенная экспрессия гена SLC35A1 в раке толстой кишки, молочной железы и легких усиливает сиалирование, способствуя метастазированию и уклонению от иммунного ответа.
Ген SLC35A1 потенциально связан с нарушением сиалирования при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях.

5. Методы репарации ДНК для мутаций SLC35A1

CRISPR/Cas9 позволяет точное редактирование генома для коррекции миссенс-мутаций, таких как c.866G>A, или делеций, таких как c.937_943del, в нейронах или гематопоэтических клетках, обладает высокой точностью, но имеет риск офф-таргет эффектов, исследуется на iPSC и мышах для CDG-IIf.
Базовое редактирование обеспечивает точечную замену нуклеотидов, подходит для коррекции мутации c.866G>A (p.R289Q) путем замены G→A, минимизирует риск хромосомных аномалий, но ограничено типами замен, исследуется in vitro для SLC35A1.
Прайм-редактирование использует Cas9 с обратной транскриптазой для вставки корректирующей последовательности, подходит для коррекции делеций, таких как c.937_943del, или нонсенс-мутаций, таких как c.81T>A, обладает универсальностью, но имеет низкую эффективность и сложность доставки, перспективно для CDG-IIf на iPSC.
Генная терапия с использованием AAV-векторов доставляет функциональную копию гена SLC35A1 в нейроны или печень для лечения CDG-IIf, проста в применении, но вызывает иммунный ответ и имеет ограниченную емкость AAV, исследуется доклинически.
РНК-терапия с использованием антисмысловых олигонуклеотидов (ASO) корректирует сплайсинговые дефекты или подавляет мутантные аллели, обладает высокой специфичностью, но требует повторных введений, исследуется экспериментально для SLC35A1.
Эпигенетическое редактирование модулирует экспрессию гена SLC35A1, снижая ее в опухолях, таких как рак толстой кишки, неинвазивно, но эффект временный, находится на начальной стадии исследований.

Потенциальные подходы к репарации:

Для CDG-IIf возможно использование CRISPR/Cas9 для коррекции мутаций в нейрональных или гематопоэтических клетках с использованием AAV-доставки (AAV9 для ЦНС).
Генная терапия предусматривает введение полноразмерного гена SLC35A1 в мозг или печень для восстановления сиалирования.
Прайм-редактирование позволяет коррекцию сложных мутаций, таких как делеции, в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (iPSC).
В онкологии эпигенетическое редактирование снижает экспрессию гена SLC35A1 в опухолях путем метилирования промотора с использованием CRISPR-dCas9.
РНК-терапия с использованием siRNA подавляет экспрессию гена SLC35A1 в раковых клетках.

Проблемы и перспективы:

Доставка в мозг осложнена гематоэнцефалическим барьером, требуются новые векторы.
Офф-таргет эффекты требуют высокоспецифичных гайд-РНК для CRISPR/Cas9.
Репарация ДНК для CDG-IIf находится на доклинической стадии, необходимы модели на приматах.

6. Связанные исследования

Мутации гена SLC35A1, включая c.866G>A, вызывают дефицит сиалирования, умственную отсталость и макроцитоз при CDG-IIf (Martinez-Dunst et al., Am J Hum Genet, 1995).
Пациенты с biallelic мутациями гена SLC35A1 демонстрируют нейродегенеративные симптомы и эпилепсию (Ng et al., J Inherit Metab Dis, 2018).
Повышенная экспрессия гена SLC35A1 в раке толстой кишки усиливает метастазирование (Zhao et al., Oncogene, 2020).
Белок CMP-SAT действует как антипортер, регулируя гликозилирование в аппарате Гольджи (Eckhardt et al., Eur J Biochem, 1996).
Мыши с нокаутом гена Slc35a1 демонстрируют летальность эмбрионов или нейродегенеративные фенотипы (Lee et al., Glycobiology, 2015).
Генная терапия перспективна для CDG-IIf, специфическое лечение отсутствует (Rautengarten et al., Mol Genet Metab, 2018).

7. Ресурсы для исследований

NCBI Gene - Генетические данные и последовательности гена SLC35A1.
GeneCards - Подробные данные о функциях, взаимодействиях и патологиях гена SLC35A1.
UniProt - Аннотации белка CMP-SAT (P78382).
OMIM - Данные о заболеваниях, связанных с геном SLC35A1, включая CDG-IIf (603585).
The Human Protein Atlas - Данные об экспрессии белка CMP-SAT в тканях.
ClinVar - Данные о мутациях гена SLC35A1.
PubMed - Научные статьи, включая PMID: 7813513, 29768168.

8. Рекомендации для базы данных

Поля для хранения включают название гена SLC35A1, локализацию, ID, структуру и функцию белка CMP-SAT, экспрессию, типы мутаций, координаты, заболевания, наследование, методы репарации ДНК, применимость, статус исследований, публикации и базы данных.
Инструменты анализа включают AlphaFold для моделирования структуры белка CMP-SAT, MutPred для предсказания патогенности мутаций, NGS для скрининга мутаций, CRISPR/Cas9 на iPSC и мышах для моделирования CDG-IIf.
Обновление данных предусматривает мониторинг PubMed, ClinVar и Ensembl для новых мутаций и методов репарации.

Заключение

Ген SLC35A1 - Кодирует транспортер CMP-SAT, обеспечивающий транспорт CMP-сиаловой кислоты в аппарат Гольджи.

Мутации в гене SLC35A1 вызывают врожденный дефект гликозилирования типа IIf (CDG-IIf), характеризующийся умственной отсталостью и нейродегенеративными симптомами.

Методы репарации ДНК, включая CRISPR/Cas9 и генную терапию, перспективны для лечения CDG-IIf.