条目-*120280-胶原蛋白,XI型,α-1;COL11A1系列-OMIM公司
*120280

胶原蛋白,XI型,α-1;COL11A1系列


HGNC批准的基因符号:COL11A1系列

细胞遗传学位置:第11.1页   基因组坐标(GRCh38):1:102,876,473-103,108,522 (来自NCBI)


基因表型关系
位置 表型 表型
MIM编号
继承 表型
映射键
第11.1页 {腰椎间盘突出症,易感} 603932
耳聋,常染色体显性37 618533 AD公司
纤维软骨发生1 228520 应收账
马歇尔综合征 154780 AD公司
Stickler综合征,II型 604841 AD公司

文本

克隆和表达

Yoshioka等人(1995年)报告了小鼠和人类XI型胶原蛋白预测氨基酸序列之间93%的序列一致性。克隆实验还揭示了位于α-1(XI)氨基球结构域酸性区域内85个残基的序列编码的选择性剪接。对不同胚胎组织的RNA样本的分析表明,选择性剪接可能局限于注定要成为骨骼的组织。

Bernard等人(1988年)结果表明,XI型胶原蛋白的cDNA衍生氨基酸序列显示了成纤维胶原蛋白的多种结构特征。此外,对人类基因的选定部分的核苷酸序列分析显示了特征性的54bp外显子基序。因此,他们得出结论,XI型胶原属于原纤维胶原组。他们还建议,该基因的表达并不像以前认为的那样仅限于软骨,因为克隆所来自的cDNA文库来自软骨组织和非软骨组织。

Booth等人(2019)注意到COL11A1基因在内耳的顶盖膜中表达。


基因功能

Jacenko等人(1994年)指出了40多个特征明确的小鼠骨骼发育不良的研究对理解人类骨软骨发育不良的作用。例如,他们指出Li等人(1993)这表明,小鼠常染色体隐性遗传病软骨发育不良(cho)的突变映射到与COL11A1基因位于同一区域的小鼠3号染色体。Li等人(1995)证实cho纯合子COL11A1 mRNA翻译起始密码子下游约570个核苷酸的胞苷残基缺失。该缺失导致阅读框移位,并引入了提前终止密码子。新生cho/cho小鼠的四肢骨干骺端比正常骨骼宽,只有正常长度的一半左右。研究结果表明,XI型胶原对软骨胶原纤维的正常形成和软骨的内聚特性至关重要。结果还表明,生长板软骨细胞的正常分化和空间组织严重依赖于软骨细胞外基质中XI型胶原的存在。

通过微阵列分析,Jun等人(2001)COL11A1基因在人类供体角膜中的表达。

Fichard等人(1995年)复习胶原蛋白V(120215)和XI,并评论了它们在控制纤维生成中的基本作用,可能是通过在纤维内形成核心。这些胶原蛋白的另一个特征是其N-前肽延伸部分保留在组织形式中,这对于已知的原纤维胶原蛋白来说是不寻常的。V型胶原和XI型胶原的组织位置不同,但它们的结构和生物学特性似乎密切相关。它们的一级结构在基因和蛋白质水平上高度保守,这种保守是它们具有相似生物学特性的基础。特别是,它们都对哺乳动物胶原酶有抵抗力,而且对胰蛋白酶也非常敏感。虽然它们具有细胞粘附和肝素结合位点,这两个位点在发育和伤口愈合等生理过程中可能至关重要,但这两种胶原蛋白通常埋藏在主要的胶原纤维中。很明显,几个胶原蛋白型分子实际上是来自胶原蛋白V和XI的链的异型结合,这表明这两种胶原蛋白不是不同的类型,而是一种可以称为胶原蛋白V/XI的单一类型。


基因结构

Annunen等人(1999)表征了COL11A1基因的基因组结构。该基因跨度超过150 kb,由68个外显子组成。外显子编号为1至67,编号6A和6B用于第六和第七外显子(以前称为IIA和IIB),因为它们是交替剪接的,不存在于同一mRNA中(Zhidkova等人,1995年). 外显子编号9-15Bernard等人(1988年)对应于第16-22外显子的编号Annunen等人(1999)在三螺旋区未发现半胱氨酸残留。690位的氨基酸是蛋氨酸,而不是色氨酸,这是一种在胶原蛋白三螺旋中很少发现的氨基酸。


映射

通过探测从流动染色体分离的DNA,将至少一个XI型胶原蛋白亚基的基因归属于第1染色体(亨利等人,1988年); 通过原位杂交,将该基因区域化为1p21。

Sirko-Osadsa等人(1996年)提出证据证明Stickler综合征(STL2;604841)是由COL11A1基因突变引起的。他们鉴定并使用COL11A1的基因内和高度连锁标记,以表明该基因座与排除了与COL11A2和COL2A1连锁的Stickler综合征家族相关。


分子遗传学

Stickler综合征II型和Marshall综合征

Richards等人(1996年)研究了一个4代家庭,其中7人患有Stickler综合征II型(STL2;604841)有玻璃体和视网膜异常,9例正常。作者证明了与COL11A1基因区域的连锁。使用从培养的皮肤成纤维细胞中提取的RNA对RT-PCR产物进行COL11A1突变分析。序列分析显示,受影响的个体是gly97到val取代的杂合子(120280.0001)破坏Gly-X-Y胶原蛋白序列。对50个无亲缘关系的对照组的100条染色体进行SSCP分析,仅发现正常家族成员的带型。Richards等人(1996年)结论:XI型胶原是人类玻璃体的重要结构成分。

Martin等人(1999)指出COL11A1突变的Stickler综合征患者表现为“串珠状”或2型玻璃体表型。在5个具有2型玻璃体表型的家族中,Martin等人(1999)确定了与COL11A1相关的2个家族;测序发现导致胶原链缩短的突变,一个通过外显子跳跃,另一个通过多外显子缺失。

Annunen等人(1999)在马歇尔综合征(MRSHS)患者中发现了15个COL11A1基因和8个COL2A1基因的新突变;154780)Stickler综合征或Stickler样综合征。COL11A1基因中的大多数突变改变了剪接共有序列,但所有突变都影响了54bp外显子的剪接共有序列Griffith等人(1998年)此外,一名患者的基因组缺失导致54-bp外显子缺失(120280.0002). 10个突变中有9个影响了该基因第38至54外显子区域中54个bp外显子的剪接。尽管该区域三分之一以上的外显子大小为90或108 bp,但在其中未发现剪接突变。

Majava等人(2007年)分析了44例COL2A1基因突变阴性的Stickler综合征或Marshall综合征表型患者,他们在10例患者中发现了COL11A1的突变(参见。,120280.0002120280.0006). 10例突变阳性患者中有4例被诊断为马歇尔综合征,但其余6例表现出重叠的马歇尔/斯蒂克勒表型。Majava等人(2007年)结论是,杂合COL11A1突变可导致马歇尔综合征或Stickler综合征,也可导致难以对这两种疾病进行分类的表型。一名COL11A1突变的患者被诊断为I型玻璃体异常(120280.0006)这表明玻璃体表型并不总是能够预测Stickler和Marshall综合征中的缺陷基因。

一对患有马歇尔综合征的母子,Ala-Kokko和Shanske(2009年)COL11A1基因剪接位点突变的杂合性鉴定(120280.0012). 受影响较为轻微的母亲因突变而呈镶嵌状;作者表示,这是首次报道马歇尔综合征的嵌合体。

腰椎间盘突出症,易感

腰椎间盘突出症(参见603932)腰椎间盘髓核变性和突出,是最常见的肌肉骨骼疾病之一。XI型胶原对软骨胶原的形成和细胞外基质的组织至关重要。Mio等人(2007年)确定了日本人群中COL11A1基因多态性和腰椎间盘突出症之间的关联。单核苷酸多态性(4603C-T;120280.0007)与腰椎间盘突出症的相关性最为显著,P=3.3×10(-6)。正常情况下,COL11A1基因在椎间盘高度表达;在腰椎间盘突出症患者的椎间盘中,其表达降低。表达水平与椎间盘退变程度呈负相关。由于稳定性降低,包含疾病相关等位基因的转录本减少。这些观察结果表明,XI型胶原对椎间盘代谢至关重要,其减少与腰椎间盘突出症有关。

纤维软骨发生1

汤普森等人(2010)对2例无血缘关系的纤维软骨形成患者(FBCG1;228520)并证明每个基因都是一个复合杂合子,用于一个等位基因上的功能丧失突变和预测另一个基因上保守的三螺旋甘氨酸残基的替代突变(120280.0008-120280.0011). 携带错义突变的父母患有近视。携带功能丧失等位基因的父母都有早发性听力损失。Tompson等人(2010年)提示COL11A1是轻度显性遗传性耳聋的基因座,携带者中可能存在表型表现。

常染色体显性聋37

常染色体显性聋-37(DFNA37;618533),Booth等人(2019年)在COL11A基因中发现了杂合剪接位点突变(120280.0013). 结合连锁分析和外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变与该家族中的疾病分离。使用小基因构建来表达细胞系中的突变,作者表明,突变导致外显子5跳跃,导致框架内缺失和N末端前肽中缺失218至260个残基的肽。该突变预计会影响该基因的所有5个转录本,但可能具有“泄漏”效应。

在两个不相关的德国家庭分离出的常染色体显性非综合征语前感音神经性聋患者中,Rad等人(2021)COL11A1基因的杂合剪接突变(120280.0014120280.0015)。

来自一个4代意大利家庭的患有语前或语后感音神经性非综合征性听力损失(NSHL)的GJB2突变阴性的受影响个体(121011)和GJB6(604418)基因以及96个其他NSHL相关基因,Ciorba等人(2021年)确定COL11A1基因错义突变的杂合性(H165L;120280.0016)这与疾病完全隔离,在公共变异数据库中没有发现。


动物模型

软骨发育不良(cho)小鼠是一种常染色体隐性遗传疾病,其新生儿死亡、下颌骨小、腭裂、胸部小、四肢不成比例和软骨脆弱,这一事实支持了XI型胶原在人类骨软骨发育不良中的意义(Seegmiller等人,1971年)发现XI型胶原α-1链异常。


历史

Morris和Bachinger(1987)得出结论,XI型胶原蛋白是由3种不同的多肽组成的三聚体——α-1、α-2和α-3。所有3条链都保留非三重链域。Wu和Eyre(1995)然而,提供的证据表明,以前被称为XI型胶原蛋白的α-3链实际上是从COL2A1基因转录而来的(120140).


ALLELIC变体( 16个精选示例):

0.0001 STICKLER综合征,Ⅱ型

GLY97VAL COL11A1
   RCV00018669号机组

Stickler综合征II型(STL2;604841),Richards等人(1996年)发现受影响的个体是杂合的单碱基对改变,导致甘氨酸-97替代缬氨酸(G97V)并破坏Gly-X-Y胶原蛋白序列。


.0002马歇尔综合征

COL11A1,54-BP戴尔
   RCV000032995。。。

在一个患有马歇尔综合征(MRSHS;154780),Griffith等人(1998年)在受影响的个体中证明COL11A1基因存在剪接位点突变。内含子5素数端的G-to-A转换导致前面的54-bp外显子在帧内跳跃,并从α-1(XI)胶原多肽的主要三螺旋结构域中删除726到743个氨基酸。

Shanske等人(1998年)建议该家庭由Griffith等人(1998年)患有Stickler综合征(STL2;604841)不是马歇尔综合征。Shanske等人(1997)报道了一个家族,其中4代6名成员患有马歇尔综合征。通过文献回顾,他们试图区分Stickler综合征和Marshall综合征。在这两种疾病中,眼科异常包括高度近视,以及面中部发育不全,小颌畸形伴或不伴腭裂,以及非特异性骨骼异常。尽管有这些重叠,但每种疾病都有其独特的特征。仅在马歇尔综合征患者中报告过显著的眼球肥大和外胚层衍生物异常。由描述的表型Griffith等人(1998年)仅包括“轻度”眼眶肥大,没有外胚层衍生异常的证据。

Warman等人(1998年)在他们报告的家庭中,极力为马歇尔综合征的诊断进行辩护(Griffith等人,1998年). 他们认为马歇尔(1958)与他们家族的研究结果显示高度一致,而与Shanske等人(1997)显示出低一致性。马歇尔氏病患者及其患者均患有先天性或青少年白内障和液体玻璃体;没有一位患者描述过Shanske等人(1997)有这些条件。马歇尔氏病患者及其患者都有明显的听力损失;没有一位患者描述过Shanske等人(1997)有听力损失。马歇尔的病人有“充足而正常的头发”,他们的病人也是如此;描述的患者Shanske等人(1997)所有人的头发都“稀疏”或“稀疏”对两名马歇尔氏病患者进行了放射检查;每个人的鼻骨都很小,很短,离正常位置很远这些患者还出现了“额叶bossae突起”,这有助于“突出鼻梁的平坦或凹陷”,以及“颅骨外板增厚和额窦缺失”在他们的报告中(Griffith等人,1998年)患者照片和头颅CT扫描显示了几乎相同的特征。相比之下Shanske等人(1997)有“显著的额叶衰退”和正常的骨骼测量。

Warman等人(1998年)指出,尽管在马歇尔(1958)强调了稀疏的头发、眉毛和睫毛,事实上,患者没有这些;相反,马歇尔(1958)认为他的病人出汗能力有所改变。当将他的患者与32岁的女性对照组进行比较时,马歇尔(1958)观察到出汗量减少,可能比正常值低25%

在3名无关的马歇尔综合征患者中,Majava等人(2007年)确定第50外显子54-bp缺失的杂合性。所有3例患者都有严重的中面部发育不全,鼻子短,鼻孔前倾,眼睛肿胀;2名年龄足以进行测试的患者证实有感音神经性听力损失。未观察到外胚层发育不良的迹象。


.0003马歇尔/斯蒂克勒综合征

GLY988VAL COL11A1
  
RCV00018671型

在他们的案例15中,代表报告的“B家族”Zlotogora等人(1992年),Annunen等人(1999)在COL11A1基因中发现gly988-to-val(G988V)错义突变。受影响的家庭成员有听力损失、玻璃体视网膜变性、白内障、高度近视、短鼻、鼻孔前倾、微颚/后颚、面中部发育不全、鼻梁扁平、人中长和腭部缺损,但没有视网膜脱离,身材一般。这个家族是一个表型与马歇尔家族重叠的家族(154780)和Stickler(604841)综合征。


.0004马歇尔综合征

COL11A1,4-BP DEL,EX50/IVS50
  
RCV00018672型

在他们的案件8中,代表几个受影响的家庭成员,Annunen等人(1999年)发现外显子50的最后3个碱基和内含子50的第一个碱基存在4个碱基的缺失。受累家庭成员表现出典型的马歇尔综合征(MRSHS;154780)包括听力损失、视网膜脱离和面中部发育不良,但没有腭裂缺陷。其他特征包括异常额窦、颅内骨化和厚颅骨,这是马歇尔综合征的常见特征,但不是Stickler综合征(STL2;604841).


.0005 STICKLER综合征,II型

COL11A1,54-BP出厂价,AS,AG-TG
  
RCV000413570。。。

Stickler综合征和2型(串珠状)玻璃体表型(STL2)的2个家系;604841),Martin等人(1999)发现导致突变的原因是胶原蛋白螺旋中的甘氨酸残基被取代,可能具有显性负效应。数量较少的V型和XI型胶原与更丰富的II型胶原形成异型纤维,有助于调节纤维的组装和直径。XI型胶原蛋白在表达II型胶原蛋白的组织中更为丰富,因此可以预计COL2A1或COL11A1的突变会导致Stickler综合征。然而,COL11A2在玻璃体中不表达,这解释了为什么该基因的突变会导致Stickler综合征的某些表现,但没有眼部异常(例如。,120290.0001). 在1个家系中,对碱基930-1892之间的cDNA进行分析,检测到一个缺失。克隆和测序显示RT-PCR产物损失了54 bp。该基因该区域的扩增和测序表明,54 bp对应于一个完整的外显子(gly16-gln33),该外显子存在于患者的两个等位基因中。在这两个等位基因中,发现以下内含子的5素供体剪接序列正常。然而,一个等位基因有一个单碱基缺失,改变了前一内含子的3-质体受体剪接位点,从一致性ag变为tg。这导致mRNA中的54-bp外显子被跳过。


.0006马歇尔综合征

COL11A1,1-BP INS,3816T
   RCV001334963。。。

临床诊断为马歇尔综合征(MRSHS)的28岁女性;154780),Annunen等人(1999)在COL11A1基因内含子50的剪接供体位点(IVS50DS+3insT)进行1 bp插入的杂合性鉴定。父母双方都没有插入。

一名36岁女性被诊断患有MRSHS,Majava等人(2007年)确定COL11A1基因IVS50中1-bp插入的杂合性。患者有严重的中面部发育不全,鼻子短,鼻孔前倾,眼睛肿胀;她也有感音神经性听力损失,但没有外胚层发育不良的迹象。一位经验丰富的眼科医生在该患者中诊断出I型玻璃体异常,这表明玻璃体表型并不总是能够预测Stickler和Marshall综合征患者的缺陷基因。


.0007腰椎间盘突出症,对

在日本人口中,Mio等人(2007年)发现COL11A1基因4603C-T中功能性单核苷酸多态性之间的关联(1676486卢比),以及对腰椎间盘突出症的易感性(603932)(p=3.3 x 10(-6))。作者表明,含有疾病相关等位基因的转录物水平较低,因为其稳定性降低。


.0008纤维软骨生成

COL11A1,1-BP DUP,1786G
   RCV001804153型

一名患有纤维软骨生成症(FBCG1;228520),汤普森等人(2010)COL11A1基因2个突变的复合杂合性鉴定:第18外显子中的1 bp重复(1786dupG)产生移码和随后的过早终止密码子(Ala596GlyfsTer8),第42外显子的3124G-a转变预测三螺旋gly1042-to-arg(G1042R)替代(120280.0009). 通过基于错义突变的等位基因特异表达,汤普森等人(2010)表明移码突变导致非传感介导的衰变。这位母亲从大约10岁起就患有近视,身高一般,听力正常,错义突变杂合。这位父亲报告说,他7岁时有听力损失,6岁时戴眼镜,但他的DNA无法检测。


.0009纤维软骨生成

GLY1042ARG COL11A1
   RCV001804154。。。

讨论纤维软骨生成症(FBCG1;228520)由汤普森等人(2010),请参阅120280.0008.


.0010纤维软骨形成

GLY796ARG COL11A1
   RCV001804155型

轻度纤维软骨形成(FBCG1;228520)出生于欧洲血统的父亲和非裔美国人的母亲,汤普森等人(2010)COL11A1基因中2个突变的确定复合杂合性:第30外显子2386G-C颠倒预测gly796-to-arg(G796R)替代,第53外显子3943G-T颠倒预测gly1315-to-ter(G1315X)替代(120280.0011). 这位母亲患有轻度近视,是错义突变的携带者。这位父亲有轻微的听力损失,是无效突变的杂合子。


.0011纤维软骨生成

GLY1315TER COL11A1
  
RCV001804156。。。

讨论纤维软骨生成症(FBCG1;228520)由汤普森等人(2010),请参阅120280.0010.


.0012马歇尔综合征

COL11A1、IVS50、G-A、+1
   RCV000032995。。。

在一名患有马歇尔综合征(MRSHS;154780),Ala-Kokko和Shanske(2009年)确定COL11A1基因内含子50中G-a转换的杂合性(IVS50+1G-a)。同样的突变也出现在他患有轻微疾病的母亲身上;然而,突变等位基因的数量仅为母亲样本中野生型等位基因数量的20%左右。来自母亲的淋巴细胞和皮肤成纤维细胞也获得了类似的结果,这强烈表明母亲的突变是镶嵌的,镶嵌是其症状不太严重的原因。


.0013失聪,自动控制37

COL11A、IVS4AS、A-C、-2
   RCV000824676号

常染色体显性聋-37(DFNA37;618533),Booth等人(2019年)在COL11A基因的内含子4(C.652-2A-C,NM_080629.1)中发现了杂合子a-to-C颠倒,导致剪接位点改变。结合连锁分析和外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变与该家族中的疾病分离。在1000基因组项目、Exome Variant Server、ExAC或gnomAD数据库中未发现该基因。使用小基因构建来表达细胞系中的突变,作者表明,突变导致外显子5跳跃,导致框架内缺失和N末端前肽中缺失218至260个残基的肽。该突变预计会影响该基因的所有5个转录本,但可能具有“泄漏”效应。


.0014耳聋,常染色体显性遗传37

COL11A1、IVS4、G-C和-1(1064797115卢比)
  
RCV000487702。。。

德国一对患有非综合征性语前感音神经性聋(DFNA37;618533),Rad等人(2021)确定COL11A1基因内含子4中剪接突变(c.652-1G-c,NM_080629.2)的杂合性。体外剪接分析表明,c.652-1C变异体通过丢失一个受体位点和激活外显子5中的2个隐性剪接受体位点来影响剪接,从而导致框架内缺失。TA克隆分析表明,67%的扩增子使用第一个隐秘剪接位点(r.652_663del;Gly218_Gln221del),33%的扩增物使用第二个隐秘受体位点(r.62_666del;Gly218~Gln222del)。


.0015失聪,自动控制37

COL11A1、IVS57、T-C、+2(rs1553196233)
   RCV000585624。。。

德国一对母子(第2家)患有非综合征性语前感音神经性聋(DFNA37;618533),Rad等人(2021)确定COL11A1基因内含子57中剪接突变(c.4338+2T-c,NM_080629.2)的杂合性。母亲的父母都没有携带这种突变,这表明它是在母亲身上从头开始的;亲子鉴定无法确认。体外剪接分析显示,c.4338+2C变异导致3个异常剪接扩增子,包括内含子57中2个隐秘剪接供体位点的激活和外显子57的跳跃。在TA克隆分析中,87%的扩增子显示出第57外显子跳跃的证据,6.5%的扩增产物使用第一个隐匿供体位点(r.4338_4339ins4338+1_4338+4),6.5%使用第二个隐秘供体位点。


.0016失聪,自动控制37

HIS165LEU COL11A1
   RCV001449579型

在一个4代意大利非综合征性语前和语后感音神经性聋家系的5名受累成员中(DFNA37;618533),Ciorba等人(2021年)确定了COL11A1基因中c.494A-T颠倒(c.494A-T,NM_001854.3)的杂合性,导致层粘连蛋白G结构域内his165-to-leu(H165L)替换。该突变与该家族的疾病完全分离,在dbSNP、1000基因组项目、ExAC或gnomAD数据库中未发现。


另请参阅:

参考文献

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*120280

胶原蛋白,XI型,α-1;COL11A1系列


HGNC批准的基因符号:COL11A1

SNOMEDCT公司:1010664005, 17144009, 33410002;  


细胞遗传学位置:1p21.1   基因组坐标(GRCh38):102876473-103108522 (来自NCBI)


基因表型关系

位置 表型 表型
MIM编号
继承 表型
映射键
第11.1页 {腰椎间盘突出症,易感} 603932
耳聋,常染色体显性37 618533 常染色体显性
纤维软骨发生1 228520 常染色体隐性遗传
马歇尔综合征 154780 常染色体显性
Stickler综合征,II型 604841 常染色体显性

文本

克隆和表达

Yoshioka等人(1995年)报告了小鼠和人类XI型胶原蛋白的预测氨基酸序列之间93%的序列一致性。克隆实验还揭示了编码位于α-1(XI)氨基球状结构域酸性区内的85个残基的序列的选择性剪接。对不同胚胎组织的RNA样本的分析表明,选择性剪接可能局限于注定要成为骨骼的组织。

Bernard等人(1988年)表明,XI型胶原蛋白的cDNA衍生氨基酸序列显示出纤维形成胶原蛋白的多种结构特征。此外,对人类基因的选定部分进行的核苷酸序列分析显示出特征性的54-bp外显子基序。因此,他们得出结论,XI型胶原属于纤维胶原。他们还建议,该基因的表达并不像以前认为的那样仅限于软骨,因为克隆所来自的cDNA文库来自软骨组织和非软骨组织。

Booth等人(2019年)指出,COL11A1基因在内耳的顶盖膜中表达。


基因功能

Jacenko等人(1994年)指出,40多个特征明确的小鼠骨骼发育不良的研究有助于理解人类骨软骨发育不良。例如,他们指出了Li等人(1993年)的工作,该工作表明,小鼠常染色体隐性疾病软骨发育不良(cho)的突变映射到与COL11A1基因位于同一区域的小鼠3号染色体。Li等人(1995)证明了来自cho纯合子的COL11A1 mRNA中翻译起始密码子下游约570个核苷酸的胞苷残基缺失。该缺失导致阅读框移位,并引入了一个过早的终止密码子。新生cho/cho小鼠的四肢骨干骺端比正常骨骼宽,只有正常长度的一半左右。研究结果表明,XI型胶原对软骨胶原纤维的正常形成和软骨的内聚特性至关重要。结果还表明,生长板软骨细胞的正常分化和空间组织严重依赖于软骨细胞外基质中XI型胶原的存在。

通过微阵列分析,Jun等人(2001年)证明了COL11A1基因在人类供体角膜中的表达。

Fichard等人(1995年)回顾了胶原蛋白V(120215)和XI,并评论了它们在控制纤维生成中的基本作用,可能是通过在纤维内形成核心。这些胶原蛋白的另一个特征是其N-前肽延伸部分保留在组织形式中,这对于已知的原纤维胶原蛋白来说是不寻常的。V型胶原和XI型胶原的组织位置不同,但它们的结构和生物学特性似乎密切相关。它们的一级结构在基因和蛋白质水平上高度保守,这种保守是它们具有相似生物学特性的基础。特别是,它们都对哺乳动物胶原酶有抵抗力,而且对胰蛋白酶也非常敏感。虽然它们具有细胞粘附和肝素结合位点,这两个位点在发育和伤口愈合等生理过程中可能至关重要,但这两种胶原蛋白通常埋藏在主要的胶原纤维中。很明显,几个胶原蛋白型分子实际上是来自胶原蛋白V和XI的链的异型结合,这表明这两种胶原蛋白不是不同的类型,而是一种可以称为V/XI胶原蛋白的单一类型。


基因结构

Annunen等人(1999年)描述了COL11A1基因的基因组结构。该基因跨度超过150 kb,由68个外显子组成。外显子编号为1至67,编号6A和6B用于第六和第七外显子(以前称为IIA和IIB),因为它们是交替剪接的,不存在于同一mRNA中(Zhidkova等人,1995年)。Bernard等人(1988年)编号为9-15的外显子对应于Annunen等人(1999年)编号中的第16-22外显子。在三螺旋区未发现半胱氨酸残留。690位的氨基酸是蛋氨酸,而不是色氨酸,这是一种在胶原蛋白三螺旋中很少发现的氨基酸。


映射

通过探测从流动染色体分离的DNA,将至少一个XI型胶原蛋白亚基的基因分配给第1染色体(Henry等人,1988);通过原位杂交,将该基因区域化为1p21。

Sirko-Osadsa等人(1996年)提出证据表明,一种Stickler综合征(STL2;604841)是由COL11A1基因突变引起的。他们鉴定并使用COL11A1的基因内和高度连锁标记,以表明该基因座与排除了与COL11A2和COL2A1连锁的Stickler综合征家族相关。


分子遗传学

Stickler综合征II型和Marshall综合征

Richards等人(1996年)研究了一个4代家族,其中7人患有Stickler综合征II型(STL2;604841),伴有玻璃体和视网膜异常,9人正常。作者证明了与COL11A1基因区域的连锁。使用从培养的皮肤成纤维细胞中提取的RNA对RT-PCR产物进行COL11A1突变分析。序列分析显示,受影响的个体是gly97-to-val替代(120280.0001)的杂合子,该替代破坏了Gly-X-Y胶原蛋白序列。对50个无亲缘关系的对照组的100条染色体进行SSCP分析,仅发现正常家族成员的带型。Richards等人(1996年)得出结论,胶原蛋白XI是人类玻璃体的重要结构成分。

Martin等人(1999年)指出,COL11A1突变的Stickler综合征患者表现为“串珠状”或2型玻璃体表型。在5个具有2型玻璃体表型的家族中,Martin等人(1999年)确定了2个与COL11A1相关的家族;测序发现导致胶原链缩短的突变,一个通过外显子跳跃,另一个通过多外显子缺失。

Annunen等人(1999年)在马歇尔综合征(MRSHS;154780)、Stickler综合征或Stickler-like综合征患者中发现了COL11A1基因的15个新突变和COL2A1基因的8个新突变。据Griffith等人(1998年)报道,COL11A1基因的大多数突变改变了剪接一致序列,但所有突变都影响了54-bp外显子的剪接一致性序列。此外,一名患者的基因组缺失导致54-bp外显子丢失(120280.0002)。10个突变中有9个影响了该基因第38至54外显子区域中54个bp外显子的剪接。尽管该区域三分之一以上的外显子大小为90或108 bp,但在其中未发现剪接突变。

Majava等人(2007)分析了44名具有Stickler综合征或Marshall综合征表型的COL2A1基因突变阴性患者,他们在10名患者中发现了COL11A1的突变(例如,见12028002和120280006)。10名突变阳性患者中有4人被诊断为马歇尔综合征,但其余6人表现出重叠的马歇尔/斯蒂克勒表型。Majava等人(2007年)得出结论,杂合COL11A1突变可能导致马歇尔综合征或Stickler综合征,也可能导致难以对这两种疾病进行分类的表型。在一名COL11A1(120280.0006)突变的患者中诊断出I型玻璃体异常,这表明玻璃体表型并不总是能够预测Stickler和Marshall综合征中的缺陷基因。

在一对患有马歇尔综合征的母子中,Ala-Kokko和Shanske(2009)确定了COL11A1基因剪接位点突变的杂合性(120280.0012)。受影响较为轻微的母亲因突变而呈镶嵌状;作者表示,这是首次报道马歇尔综合征的嵌合体。

腰椎间盘突出症,易感

腰椎间盘突出症(见603932)是腰椎间盘髓核变性和突出症,是最常见的肌肉骨骼疾病之一。XI型胶原蛋白对软骨胶原蛋白的形成和细胞外基质的组织至关重要。Mio等人(2007年)确定了日本人群中COL11A1基因多态性与腰椎间盘突出症之间的关联。单核苷酸多态性(4603C-T;120280.0007)与腰椎间盘突出症有最显著的相关性,P=3.3 x 10(-6)。正常情况下,COL11A1基因在椎间盘高度表达;在腰椎间盘突出症患者的椎间盘中,其表达降低。表达水平与椎间盘退变程度呈负相关。由于稳定性降低,包含疾病相关等位基因的转录本减少。这些观察结果表明,XI型胶原对椎间盘代谢至关重要,其减少与腰椎间盘突出症有关。

纤维软骨发生1

Tompson等人(2010年)对2名无血缘关系的纤维软骨形成患者(FBCG1;228520)的COL11A1基因进行了测序,并证明每个患者都是一个复合杂合子,其中一个等位基因发生功能丧失突变,另一个突变预示着保守的三螺旋甘氨酸残基被替换(120280.0008-120280.0011)。携带错义突变的父母患有近视。携带功能丧失等位基因的父母都有早发性听力损失。Tompson等人(2010年)认为,COL11A1是轻度显性遗传性耳聋的基因座,携带者中可能存在表型表现。

常染色体显性聋37

Booth等人(2019年)在常染色体显性聋-37(DFNA37;618533)的一个欧洲血统4代大家族的受累成员中,发现了COL11A基因中的杂合剪接位点突变(120280.013)。结合连锁分析和外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变与该家族中的疾病分离。使用小基因构建来表达细胞系中的突变,作者表明,突变导致外显子5跳跃,导致框架内缺失和N末端前肽中缺失218至260个残基的肽。该突变预计会影响该基因的所有5个转录本,但可能具有“泄漏”效应。

Rad等人(2021年)在分离出常染色体显性遗传非综合征语前感音神经性聋的两个无关德国家庭的受影响个体中,鉴定出COL11A1基因的杂合剪接突变(分别为120280.014和120280.015)。

Ciorba等人(2021年)在患有语言前或语言后感觉神经性非综合征性聋(NSHL)的4代意大利家庭中,GJB2(121011)和GJB6(604418)基因以及96个其他NSHL相关基因突变为阴性的受影响个体中已确定COL11A1基因(H165L;120280.0016)错义突变的杂合性,该错义突变与疾病完全分离,在公共变异数据库中未发现。


动物模型

软骨发育不良(cho)小鼠是一种常染色体隐性遗传疾病,其新生儿死亡、下颌骨小、腭裂、胸部小、四肢不成比例和软骨脆弱(Seegmiller等人,1971),这一事实支持了XI型胶原在人类骨软骨发育不良中的意义,显示XI型胶原α-1链异常。


历史

Morris和Bachinger(1987)得出结论,XI型胶原蛋白是由3种不同的多肽组成的三聚体——α-1、α-2和α-3。所有3条链都保留非三重链域。然而,Wu和Eyre(1995年)提供了证据,证明先前称为XI型胶原的α-3链实际上是从COL2A1基因转录而来的(120140)。


ALLELIC变体 16个精选示例):

.0001 STICKLER综合征,II型

GLY97VAL COL11A1
单号:rs121912943,临床变量:RCV000018669

在一个患有Stickler综合征II型(STL2;604841)的4代家族中,Richards等人(1996)发现,受影响的个体是单碱基对突变的杂合个体,该突变导致甘氨酸-97取代缬氨酸(G97V)并破坏Gly-X-Y胶原序列。


.0002马歇尔综合征

COL11A1,54-BP戴尔
SNP:rs398122828,临床变量:RCV000032995、RCV000579344、RCV00623510、RCV002468558、RCV003313929

Griffith等人(1998年)在一个患有马歇尔综合征(MRSHS;154780)的3代大家族中,证明受影响个体的COL11A1基因存在剪接位点突变。内含子5素数端的G-to-A转换导致前面的54-bp外显子在帧内跳跃,并从α-1(XI)胶原多肽的主要三螺旋结构域中删除726到743个氨基酸。

Shanske等人(1998)认为Griffith等人(1998)报告的家族患有Stickler综合征(STL2;604841),而不是Marshall综合征。Shanske等人(1997年)报告了一个家庭,其中4代6名成员患有马歇尔综合征。通过文献回顾,他们试图区分Stickler综合征和Marshall综合征。在这两种疾病中,眼科异常包括高度近视,以及面中部发育不全,小颌畸形伴或不伴腭裂,以及非特异性骨骼异常。尽管有这些重叠,但每种疾病都有其独特的特征。仅在马歇尔综合征患者中报告过显著的眼球肥大和外胚层衍生物异常。Griffith等人(1998年)描述的表型仅包括“轻度”眼眶肥大,没有外胚层衍生异常的证据。

Warman等人(1998年)为他们报告的家族中马歇尔综合征的诊断进行了有力的辩护(Griffith等人,1998年)。他们认为,将Marshall(1958年)报告的主要研究结果与他们家系的研究结果进行比较,显示出高度一致性,而将其与Shanske等人(1997年)所报告的患者进行比较,则显示出较低的一致性。马歇尔的病人和他们的病人都有先天性或幼年性白内障和玻璃体;Shanske等人(1997年)所描述的患者中没有一人患有这些疾病。马歇尔氏病患者及其患者都有明显的听力损失;Shanske等人(1997年)描述的患者均无听力损失。马歇尔的病人有“充足而正常的头发”,他们的病人也是如此;Shanske等人(1997年)描述的患者都有“稀疏”头发或“头发稀少”对两名马歇尔氏病患者进行了放射检查;每个人的鼻骨都很小,很短,离正常位置很远这些患者还出现了“额叶bossae突起”,这有助于“突出鼻梁的平坦或凹陷”,以及“颅骨外板增厚和额窦缺失”在他们的报告中(Griffith等人,1998年),包括患者照片和头颅CT扫描,显示出几乎相同的特征。相比之下,Shanske等人(1997年)描述的患者有“显著的额叶后退”和正常的骨骼测量。

Warman等人(1998年)指出,尽管Marshall(1958年)的患者存在外胚层异常,例如稀疏的头发、眉毛和睫毛,但事实上,患者并没有这些异常;相反,马歇尔(1958)认为他的病人出汗能力发生了改变。马歇尔(1958年)将他的患者与32岁的女性对照组进行比较时发现,出汗量“减少,可能比正常值低25%”

在3名马歇尔综合征的无关患者中,Majava等人(2007年)确定了第50外显子54-bp缺失的杂合性。所有3例患者都有严重的中面部发育不全,鼻子短,鼻孔前倾,眼睛肿胀;2名年龄足以进行测试的患者证实有感音神经性听力损失。未观察到外胚层发育不良的迹象。


.0003马歇尔/斯蒂克勒综合征

GLY988VAL COL11A1
单号:rs121912944,临床变量:RCV000018671

在他们的病例15中,代表Zlotogora等人报告的“B家族”。(1992),Annunen等人(1999)在COL11A1基因中发现了gly988至val(G988V)错义突变。受影响的家庭成员有听力损失、玻璃体视网膜变性、白内障、高度近视、短鼻、前鼻孔、微小/后颚畸形、面中部发育不良、鼻梁平坦、人中长和腭裂缺陷,但没有视网膜脱离,身高一般。该家族是表现为马歇尔综合征(154780)和斯蒂克勒综合征(604841)表型重叠的人群之一。


.0004马歇尔综合征

COL11A1,4-BP DEL,EX50/IVS50
单号:rs2101038943,临床变量:RCV00018672

在他们的病例8中,代表了几个受影响的家族成员,Annunen等人(1999)发现了一个4个碱基的缺失,涉及外显子50的最后3个碱基和内含子50的第一个碱基。受影响的家庭成员表现出典型的马歇尔综合征(MRSHS;154780)特征,包括听力损失、视网膜脱离和面中部发育不良,但没有腭裂缺陷。其他特征包括异常额窦、颅内骨化和厚颅骨,这是马歇尔综合征的常见特征,但不是Stickler综合征的特征(STL2;604841)。


.0005 STICKLER综合征,II型

COL11A1、54-BP EX DEL、AS、AG-TG
SNP:rs1057517989,临床变量:RCV000413570、RCV001174947、RCV00542539

在2个患有Stickler综合征和2型(珠状)玻璃体表型(STL2;604841)的家族中,Martin等人(1999年)发现致病突变是胶原螺旋中甘氨酸残基的替代,可能具有显性负效应。数量较少的V型和XI型胶原与更丰富的II型胶原形成异型纤维,有助于调节纤维的组装和直径。XI型胶原蛋白在表达II型胶原蛋白的组织中更为丰富,因此可以预计COL2A1或COL11A1的突变会导致Stickler综合征。然而,COL11A2在玻璃体中不表达,这解释了为什么该基因的突变会导致Stickler综合征的某些表现,但没有眼部异常(例如120290.0001)。在1个家系中,对碱基930-1892之间的cDNA进行分析,检测到一个缺失。克隆和测序显示RT-PCR产物损失了54 bp。该基因该区域的扩增和测序表明,54 bp对应于一个完整的外显子(gly16-gln33),该外显子存在于患者的两个等位基因中。在这两个等位基因中,发现以下内含子的5素供体剪接序列正常。然而,一个等位基因有一个单碱基缺失,改变了前一内含子的3-质体受体剪接位点,从一致性ag变为tg。这导致mRNA中的54-bp外显子被跳过。


.0006马歇尔综合征

COL11A1,1-BP INS,3816T
SNP:rs1469787406,gnomAD:rs1469787406,临床变量:RCV001334963、RCV001859329、RCV002260151

在一名临床诊断为马歇尔综合征(MRSHS;154780)的28岁女性中,Annunen等人(1999年)在COL11A1基因内含子50的剪接供体位点(IVS50DS+3insT)确定了1 bp插入的杂合性。父母都没有插入。

在一名被诊断患有MRSHS的36岁女性中,Majava等人(2007年)确定了COL11A1基因IVS50中1-bp插入的杂合性。患者有严重的中面部发育不全,鼻子短,鼻孔前倾,眼睛肿胀;她也有感音神经性听力损失,但没有外胚层发育不良的迹象。一位经验丰富的眼科医生在该患者中诊断出I型玻璃体异常,这表明玻璃体表型并不总是能够预测Stickler和Marshall综合征患者的缺陷基因。


.0007腰椎间盘突出症,对

COL11A1,4603C-T({dbSNP rs1676486})
SNP:rs1676486,gnomAD:rs1676486,临床变量:RCV000018675、RCV000252849、RCV000292881、RCV000332848、RCV001510951、RCV001582487、RCV001705594、RCV002276556

在日本人群中,Mio等人(2007年)发现COL11A1基因4603C-T功能性单核苷酸多态性(rs1676486)与腰椎间盘突出症易感性(603932)(p=3.3 x 10(-6))之间存在关联。作者表明,含有疾病相关等位基因的转录物水平较低,因为其稳定性降低。


.0008纤维软骨生成

COL11A1,1-BP DUP,1786G
SNP:rs730882190,临床变量:RCV001804153

在一名患有纤维软骨发生的欧洲裔患者(FBCG1;228520)中,Tompson等人(2010)鉴定了COL11A1基因中2个突变的复合杂合性:外显子18中的1个碱基重复(1786dupG)产生移码和随后的过早终止密码子(Ala596GlyfsTer8),以及外显子42中的3124G-a转变预测了三螺旋gly1042-to-arg(G1042R)替代(120280.0009)。通过基于错义突变的等位基因特异性表达,Tompson等人(2010年)表明,移码突变会导致非传感介导的衰变。这位母亲从大约10岁起就患有近视,身高一般,听力正常,错义突变杂合。这位父亲报告说,他7岁时有听力损失,6岁时戴眼镜,但他的DNA无法检测。


.0009纤维软骨生成

GLY1042ARG COL11A1
SNP:rs397514455,gnomAD:rs397514455,临床变量:RCV001804154、RCV002513167

关于Tompson等人(2010年)在纤维软骨发生患者(FBCG1;228520)中发现的复合杂合状态COL11A1基因中gly1042-to-arg(G1042R)突变的讨论,请参见120280.0008。


.0010纤维软骨生成

GLY796ARG COL11A1
单号:rs387906611,临床变量:RCV001804155

Tompson等人(2010年)在一名轻度纤维软骨生成症患者(FBCG1;228520)中发现COL11A1基因2个突变的复合杂合性:外显子30中的2386G-C颠倒预测gly796-to-arg(G796R)替代,该患者的父亲为欧洲血统,母亲为非裔美国人,第53外显子中的3943G-T颠倒预测了gly1315-ter(G1315X)替代(120280.0011)。这位母亲患有轻度近视,是错义突变的携带者。这位父亲有轻微的听力损失,是无效突变的杂合子。


.0011纤维软骨生成

GLY1315TER COL11A1
SNP:rs1557812993,临床变量:RCV001804156、RCV001857353

关于Tompson等人(2010年)在纤维软骨发生患者(FBCG1;228520)中以复合杂合状态发现的COL11A1基因gly1315-ter(G1315X)突变的讨论,请参见120280.0010。


.0012马歇尔综合征

COL11A1、IVS50、G-A、+1
临床变量:RCV000032995、RCV000579344、RCV000623510、RCV002468558、RCV003313929

在一名患有马歇尔综合征(MRSHS;154780)的3岁男童中,Ala-Kokko和Shanske(2009)确定了COL11A1基因内含子50(IVS50+1G-a)中G-a转换的杂合性。同样的突变也出现在他患有轻微疾病的母亲身上;然而,突变等位基因的数量仅为母亲样本中野生型等位基因数量的20%左右。来自母亲的淋巴细胞和皮肤成纤维细胞也获得了类似的结果,这强烈表明突变在母亲身上是镶嵌的,镶嵌是她表现不那么严重的原因。


.0013耳聋,常染色体显性遗传37

COL11A、IVS4AS、A-C、-2
SNP:rs747787770,gnomAD:rs747787770,临床变量:RCV000824676

Booth等人(2019)在常染色体显性聋-37(DFNA37;618533)的一个欧洲血统4代大家族的受累成员中,在COL11A基因的内含子4(C.652-2A-C,NM_080629.1)中发现了杂合a-C颠倒,导致剪接位点改变。结合连锁分析和外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变与该家族中的疾病分离。在1000基因组项目、Exome Variant Server、ExAC或gnomAD数据库中没有发现它。使用小基因构建来表达细胞系中的突变,作者表明,突变导致外显子5跳跃,导致框架内缺失和N末端前肽中缺失218至260个残基的肽。该突变预计会影响该基因的所有5个转录本,但可能具有“泄漏”效应。


.0014失聪,自动控制37

COL11A1、IVS4、G-C、-1({dbSNP rs1064797115})
SNP:rs1064797115,临床变量:RCV000487702、RCV001375056、RCV004949577

Rad等人(2021)在一对患有非综合征性语前感音神经性聋(DFNA37;618533)的德国父女(家族1)中,鉴定了COL11A1基因内含子4中剪接突变(c.652-1G-c,NM_080629.2)的杂合性。体外剪接分析表明,c.652-1C变异体通过丢失一个受体位点和激活外显子5中的2个隐性剪接受体位点来影响剪接,从而导致框架内缺失。TA克隆分析表明,67%的扩增子使用第一个隐秘剪接位点(r.652_663del;Gly218_Gln221del),33%的扩增物使用第二个隐秘受体位点(r.62_666del;Gly218~Gln222del)。


.0015失聪,自动控制37

COL11A1、IVS57、T-C、+2({dbSNP rs1553196233})
SNP:rs1553196233,临床变量:RCV000585624、RCV001375057、RCV004949578

在一名患有非综合征性语前感音神经性耳聋(DFNA37;618533)的德国母子(家族2)中,Rad等人(2021)确定了COL11A1基因内含子57中剪接突变(c.4338+2T-c,NM_080629.2)的杂合性。母亲的父母都没有携带这种突变,这表明它是在母亲身上从头开始的;亲子鉴定无法确认。体外剪接分析显示,c.4338+2C变异导致3个异常剪接扩增子,包括内含子57中2个隐秘剪接供体位点的激活和外显子57的跳跃。在TA克隆分析中,87%的扩增子显示出第57外显子跳跃的证据,6.5%的扩增产物使用第一个隐匿供体位点(r.4338_4339ins4338+1_4338+4),6.5%使用第二个隐秘供体位点。


.0016失聪,自动控制37

第11a1列,his165列
SNP:rs2102282139,临床变量:RCV001449579

在一个患有非综合征性语言前和语言后感音神经性聋(DFNA37;618533)的4代意大利家庭的5名受累成员中,Ciorba等人(2021)确定了COL11A1基因中c.494A-T颠换(c.494A-T,NM_001854.3)的杂合性,导致层粘连蛋白G域中his165-to-leu(H165L)的替代。该突变与该家族的疾病完全分离,在dbSNP、1000基因组项目、ExAC或gnomAD数据库中未发现。


另请参阅:

Stickler等人(1965年)

参考文献

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