KARS基因编码赖氨酰-tRNA合成酶，该酶催化细胞质和线粒体中tRNA-lys的氨酰化。蛋白质合成是由氨基酸通过氨酰-tRNA合成酶（ARS）与同源tRNAs连接而启动的。包括KARS在内的20种人类ARS中，至少有6种已被确定为自身免疫性疾病多发性肌炎/皮肌炎的自身抗体靶点（Targoff等人（1993年））。
Tolkunova等人（2000年）确定了2个KARS全长序列，并确定它们代表细胞质和线粒体亚型。625氨基酸线粒体酶和597氨基酸细胞质酶与最后576个氨基酸相同，但线粒体酶具有不同的49氨基酸N末端，其中包含线粒体靶向序列。将这两种荧光标记的亚型转染到骨肉瘤细胞系中表明，细胞质亚型产生弥漫的细胞范围的荧光，而线粒体亚型产生与线粒体标记物共定位的点状模式。核糖核酸酶保护分析表明，编码细胞质亚型的mRNA约占成熟KARS转录物的70%，线粒体亚型约占30%。
Santos-Cortez等人（2013年）通过大规模平行测序和RT-PCR实验证明，KARS在斑马鱼、鸡和小鼠的毛细胞以及斑马鱼和小鼠的黄斑中表达。用小鼠前庭组织进行的免疫标记实验显示KARS在毛细胞和支持细胞中广泛分布，Corti切片器官显示KARS定位于内外毛细胞、Dieter细胞和基底膜。此外，顶盖膜对KARS抗体具有较强的亲和力，螺旋韧带内的KARS标记最强，尤其是在含有II型和IV型纤维细胞的区域。KARS也强烈定位于外、内沟细胞和螺旋边缘上皮。
Lo等人（2014年）报告称，发现了每个人类氨酰tRNA合成酶的大量天然催化零。剪接事件保留非催化结构域，同时消融催化结构域以产生具有不同功能的催化零点。每个合成酶都被转化为几个新的信号蛋白，其生物活性与催化母体的生物活性“正交”。重组氨酰tRNA合成酶变体在一系列基于细胞的检测中具有特定的生物活性：所有物种中约46%影响转录调节，22%影响细胞分化，10%影响免疫调节，10%影响细胞保护，4%影响增殖、脂肪生成/胆固醇转运，和炎症反应。Lo等人（2014年）确定了细胞质氨酰tRNA合成酶的框内剪接变体。他们鉴定了细胞质LysRS的3个催化缺失剪接变体。
KARS1基因编码KARS1的细胞溶质和线粒体亚型，这些亚型是通过选择性剪接产生的。细胞质亚型跳过外显子2，将外显子1剪接到外显子3，而线粒体亚型包括外显子2。两种亚型之间的ATG起始密码子不同。线粒体亚型比细胞溶质亚型多28个残基。细胞质亚型约占KARS1基因成熟转录物的70%，线粒体亚型约为30%（Scheidecker等人，2019年总结）。
Tolkunova等人（2000年）确定KARS基因包含15个外显子，跨度约为20 kb。细胞质和线粒体KARS亚型来自前3个外显子的选择性剪接。Tolkunova等人（2000年）发现KARS和RAP1（605061）的起始密码子相隔243 bp。该区域缺乏常规的TATA序列，但包含几个在两个方向上定向的SP1（189906）结合结构域。
Nichols等人（1996年）利用人类/啮齿动物体细胞杂种的Southern杂交将KARS基因定位到16号染色体。通过荧光原位杂交分析，他们将该基因归属于16q23-q24。通过辐射杂交面板分析，Maas等人（2001）将KARS和tRNA特异性腺苷脱氨酶（ADAT1；604230）基因定位到16q22.2-q22.3，丙氨酸-tRNA合成酶（AARS；601065）将着丝粒定位到这两个基因。
Tolkunova等人（2000年）发现，在大肠杆菌中表达后纯化的全长线粒体和细胞质KARS，在体外将对应于细胞质和线粒体tRNA-lys的转录物氨酰化。
Park等人（2005年）指出，除了在蛋白质合成中发挥重要作用外，ARS还发挥调节器和信号分子的作用。KARS可以合成二腺苷多磷酸盐，这种活性通过MITF在转录控制中发挥作用（156845）。Park等人（2005）发现，多个人类细胞系分泌KARS以响应TNF-α（TNF；191160）。分泌的KARS结合巨噬细胞和外周血单个核细胞，增强TNF-α的生成和细胞迁移。KARS触发的信号通路涉及ERK（参见MAPK3；601795）、p38 MAPK（MAPK14；600289）和抑制性G蛋白（参见GNAI1，139310）。
夏科特乳牙病，隐性中间型B
McLaughlin等人（2010年）指出，编码氨酰-tRNA合成酶的3个基因GARS（600287）、YARS（603623）和AARS（601065）的突变与主要与轴突病理相关的Charcot-Marie-Tooth（CMT）疾病有关（CMT2D，601472；CMTDIC，608323；CMT2N，613287）。他们对355名表型符合CMT的患者进行了37个人类ARS基因的大规模突变筛查。一名患者被发现为KARS基因2个突变的复合杂合子（601421.0001和601421.0002）。该表型与CMT的隐性中间型一致（CMTRIB；613641），但患者还有其他特征，包括发育迟缓、畸形特征和前庭神经鞘瘤。因为患者是被收养的，所以无法进行父母研究。因此，KARS是与CMT疾病相关的第四个ARS基因，表明该酶家族对轴突功能特别关键。
常染色体隐性聋89
Santos-Cortez等人（2013）在3个巴基斯坦非综合征性耳聋近亲家庭的受影响个体中，对染色体16q21-q23.2进行了定位（DFNB89；613916），确定了KARS基因Y173H（601421.0003）和D377N（601421.0 004）中2个错义突变的纯合子，这些基因在各自的家族中与疾病分离，在种族匹配的对照组或变异数据库中均未发现。对DFNB89家系中2个家系的3名受累成员进行的CMT疾病和听神经瘤评估的附加测试表明，没有证据表明存在听觉或肢体神经病变。
伴有或不伴有耳聋的婴儿进展性白脑病
McMillan等人（2015年）在两个同胞中发现了KARS1基因中的复合杂合错义（R438W，601421.0005和E525K，601421.0 006），这两个同胞均为非亲缘父母所生，患有无耳聋的婴儿型进行性白质脑病（LEPID；619147）。这些突变是通过外显子组测序发现并经Sanger测序证实的，与该家族中的疾病分离。没有对变体进行功能研究，也没有对患者细胞进行研究，但这两种突变都发生在催化结构域的高度保守区域。
在一名线粒体复合物I和IV缺陷的男性婴儿（患者459）中，Kohda等人（2016年）确定了KARS1基因中的复合杂合错义突变：c.1343T-a颠倒（NM_005548），导致val448-天冬氨酸（V448D）替换，c.953T-c转换，导致ile318-天冬酰胺（I318T）替换。通过高通量外显子组测序对142名无亲缘关系的儿童期线粒体呼吸链复合物缺陷患者发现的突变与该家族中的疾病分离。cDNA互补分析显示，线粒体KARS（而非细胞溶质形式）成功地挽救了酶缺陷和复合物I和IV的组装。患者的临床细节有限，但他患有发育迟缓、癫痫、眼球震颤、乳酸中毒和肥厚性心肌病，让人联想到LEPID。
Ardissone等人（2018年）在3名无血缘关系的LEPID患者中确定了KARS1基因中的纯合子或复合杂合子错义突变（参见例如601421.0007）。这些突变是通过对一组样本进行全基因组测序或下一代测序发现的，桑格测序证实了这些突变，并证明在至少1个家族中与该疾病分离。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。
Ruzzenente等人（2018年）在一名患有LEPID的法国女孩身上发现了KARS1基因的复合杂合突变（P228L，601421.0009和c.1438delC，601421.0 010）。这些突变是通过外显子组测序发现并经Sanger测序证实的，与该家族中的疾病分离。患者成纤维细胞的详细体外功能表达研究表明，细胞质翻译完整，但线粒体翻译特异性降低。多个OXPHOS复合物存在组装缺陷，可以通过线粒体KARS1的表达而不是细胞质KARS1来修复。Ruzzenente等人（2018年）得出结论，线粒体翻译抑制是疾病机制的基础。
Itoh等人（2019年）在5个无血缘关系的日本LEPID家系的7名儿童中鉴定出KARS1基因的纯合或复合杂合突变（参见例如601421.0012和601421.001）。突变是通过外显子组测序发现的，并通过Sanger测序证实；在有父母DNA的2个家系中，分离符合常染色体隐性遗传。与对照组相比，患者组织（包括肝脏和大脑）中KARS1的表达水平降低，线粒体和细胞溶质亚型的酶活性降低。缺失Kars基因的非洲爪蟾胚胎表现出头部和眼睛的发育缺陷，可以用野生型Kars进行修复，但不能用患者体内发现的突变型Kars变体进行修复。
先天性耳聋与成人进行性白脑病
Zhou等人（2017年）在2名患有先天性耳聋和成人期进行性白质脑病（DEAPLE；619196）的中国汉族父母所生的成年同胞中，发现了KARS1基因中的复合杂合错义突变（R477H，601421.0007和P505S，601421.0 008）。这些突变分别对应于线粒体亚型中的R505H和P533S（参见Scheidecker等人，2019）。这些突变是通过候选基因的下一代测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分离。这两种突变都影响催化结构域中高度保守的残基。体外功能表达研究表明，R477H突变破坏了KARS与多合酶复合物（MSC）的结合。此外，这两种突变均导致异常蛋白聚集，导致KARS氨酰化活性降低（联合突变的野生型为5.7%）。
在一名患有DEAPLE的36岁男子（患者5）中，van der Knaap等人（2019年）在KARS基因（R108H和V476F）中发现了复合杂合错义突变。通过全基因组测序发现的突变与家族中的疾病分离。与对照组相比，患者来源的成纤维细胞的胞浆KARS氨酰化活性降低了约50%。
Scheidecker等人（2019年）在一名患有DEAPLE的法国女性身上发现了KARS1基因中的复合杂合错义突变（P228L，601421.0009和F291V，601421.0 011）。这些突变是通过全基因组测序发现并经Sanger测序证实的，与该家族中的疾病分离。P228L和F291V突变对应于细胞质亚型中的P200L和F263V。对患者细胞的分析显示，线粒体KARS水平高于细胞质KARS，后者的稳定性降低。在酵母2杂交试验中的体外免疫沉淀研究表明，细胞质P200L和F263V突变体降低了与p38的结合（AIMP2；600859）。作者认为，这些突变可能通过破坏细胞质KARS与MSC复合体的关联而致病，从而对细胞质蛋白合成产生不利影响。与野生型KARS相比，这些变体的氨基酰化活性也降低。患者骨骼肌的线粒体复合物I和IV的活性降低，线粒体中KARS过度表达，表明线粒体功能障碍。Scheidecker等人（2019年）假设线粒体功能障碍是继发于细胞质KARS蛋白合成缺陷。
在国际小鼠表型联合会（IMPC）创建的1751个敲除等位基因的研究中，Dickinson等人（2016年）发现，敲除人类KARS的小鼠同源物是纯合子-致死性的（定义为在断奶前筛选至少28只幼鼠后，没有纯合子小鼠）。