序列相似性家族20（FAM20）包括FAM20A、FAM20B与FAM20C。代表了一个新的分泌型蛋白家族，具有调节造血和其他组织分化的潜在功能。近几年研究表明，Fam20A能够增强Fam20C的激酶活性，促进釉基质蛋白的磷酸化。FAM20B 催化合成的PG在四肢骨骼软骨内成骨的过程中起到重要作用。FAM20C能够调节包括骨骼发育和血磷代谢等多种生理和病理过程。本项目旨在探究三种基因间结构差异、功能及相互关系，继而找寻FAM20A、FAM20B、FAM20C三种基因缺失与突变产生的疾病，以进一步揭示FAM20基因家族的生物学意义和临床应用前景。

一、FAM20家族结构

人类FAM20A位于其17q24.2上，总长66252bp，包含11个外显子^[1]。FAM20A mRNA的长度为大约4.5 kb，其中开放阅读框（ORF）为编码FAM20A蛋白质所需的氨基酸序列。ORF长度为1962个核苷酸，覆盖了基因上的外显子区域。FAM20B基因位于染色体1q25.2，CDS区长度为1230bp，包含409个氨基酸序列。序列分析显示，FAM20B含有一个氨基末端信号序列，但没有其他特征结构域。FAM20B羧基末端的保守C末端结构域（CCD）包含三个不同的区域，这些区域比周围的序列更高度保守^[2]。研究表明这三个区域与底物的选择有关^[3]。FAM20C基因位于染色体7p22.3，长度为72410pb，包含10个外显子^［4］。FAM20C的mRNA长度为3176pb，并具有1755个核苷酸编码序列。序列分析显示，FAM20C蛋白在N端包含579个氨基酸残基，包括一个假定的26个氨基酸信号肽^［5］。C端含有350个氨基酸(对应于小鼠FAM20C序列中的218～569)，被称为保守C末端结构域，并包含在不同物种之间高度保守的酪氨酸激酶结构域(KD)，其KD包含222个氨基酸，从残基354～565。人和小鼠的序列具有85%的一致性和91%的相似性。

二、FAM20家族功能

FAM20A最早是在牙釉质发育不全的疾病中被鉴定出来的，是一种假激酶,通过非催化机制的信号传递发挥功能。另外，FAM20A是一种分泌蛋白,能够释放到血液循环中在生理、病理系统中起着重要作用^[6]。有相关文献报道，人体内Fam20A的突变与牙釉质发育不全、牙釉质-肾综合征相关，其表现包括牙釉质增生、牙龈纤维瘤病和肾钙化等症状。FAM20B是一种激酶，通过磷酸化蛋白聚糖的糖胺聚糖-蛋白质连接区中的木糖残基来调节糖胺聚糖链的数量^[7]。FAM20B通过磷酸化蛋白聚糖简介发挥信号转导功能，这个磷酸化活性与骨骼和牙齿的形成过程有关。不同部位的FAM20B表达产生不同的效应，神经嵴中Fam20b催化的糖胺聚糖链合成缺乏导致腭裂^[8]，Fam20b在神经嵴来源的间充质中失活导致多发性颅面缺损^[9]，牙上皮中Fam20B的失活导致多余切牙^[10]，关节软骨中Fam20B失活导致软骨肉瘤和出生后骨化缺陷^{[11]。FAM20C}是一种最近被证明的高尔基体酪蛋白激酶,广泛分布于人体组织内。与已知激酶不同的是,FAM20C可特异性识别S-x-E/pS的模序,磷酸化一百多种外分泌蛋白,参与广泛的生物学进程^[12]。FAM20C是牙本质发生所必需的分子，但其在牙上皮中的失活并不会显著影响牙本质的发生^[13]。而其突变则会导致牙齿和骨的发育异常,更有部分婴儿出生便伴有Raine综合征。FAM20C可引起成骨细胞迁移以及矿化的细胞学行为与功能改变;同时使成牙本质细胞的增殖、迁移以及矿化的细胞学行为与功能改变，在两种细胞中致死性突变与非致死性突变之间无显著性差异。

二、FAM20家族相互关系

FAM20A  FAM20B  FAM20C之间相互作用，其中，Fam20B失活将导致大部分蛋白多糖糖胺聚糖的缺失。FAM20C是一种在全身矿化和非矿化部位普遍表达的分泌型激酶，可以磷酸化分泌型钙结合磷蛋白。人体中Fam20C突变将导致致死性骨硬化发育不良与非致死性低磷酸血症和佝偻病。而FAM20A是一种仅在矿化部位表达的假激酶，不能独立利用ATP中的磷酸根使底物磷酸化，通过与FAM20C形成功能型复合物，提高FAM20C磷酸化细胞外分子的能力，从而促进牙与骨的矿化。Fam20A缺乏对激酶活性至关重要的活性位点残基，以较弱的催化能力与ATP结合，被认为是促进Fam20C功能的假激酶。有相关文献报道，Fam20A通过形成同型二聚体与Fam20C的同型二聚体结合从而促进Fam20C的功能，人体内Fam20A的突变与牙釉质发育不全、牙釉质-肾综合征相关，其表现包括牙釉质增生、牙龈纤维瘤病和肾钙化等症状^[14]。人类基因组学研究证实,人类基因Fam20家族中Fam20A基因与Fam20C基因在人类牙齿组织的发育中起重要作用,体外研究表明Fam20A和Fam20C可形成功能复合体,共同对某些分泌蛋白的磷酸化功能。目前,病例报道可见Fam20A基因缺失导致的牙龈增生现象,Fam20C基因敲除鼠没有出现牙龈上皮过度增生的表型变化,也没有学者报道人Fam20C基因突变导致雷恩综合征的患者出现牙龈增生症状。前期实验中Fam20A基因条件性敲除鼠发生牙龈上皮细胞过度增殖的现象,而Fam20C基因敲除鼠未有牙龈变化,这说明,在口腔组织中Fam20A可能不依赖于Fam20C,独立行使其生物学作用。目前对Fam20A基因功能的研究还十分有限,Fam20A基因条件性敲除导致牙龈增生现象的具体分子机制需要阐明^[15]。

三、结语

Fam20C需要与自身或Fam20A形成同源或异源二聚体而发挥激酶功能。与Fam20C自身相比，Fam20A能够与Fam20C形成更紧密的相互作用，因此是一个特化的Fam20C别构调节因子。通过生物信息和生物化学方法对Fam20家族进行分析，该研究进一步发现包括海绵与水螅在内的较低等动物基因组编码的唯一Fam20蛋白是具有Fam20B活性的木糖激酶，而不是像Fam20C一样的蛋白激酶。同时，所有的Fam20B亚家族成员均以单体形式发挥功能，而不像Fam20C一样需要形成同源或异源二聚体。通过解析Fam20B同源蛋白与双糖底物的复合体结构，阐明了Fam20B家族成员特异性识别底物的机制。进一步分析表明，Fam20C家族蛋白在演化过程中得到新的底物特异性的同时，也获得了形成二聚体的能力，并依赖二聚体的形成调节蛋白构象和激酶活性。Fam20A在高等的脊椎动物中才出现，由于关键活性位点的改变，Fam20A失去了激酶活性，但同时获得了更“优化”的与Fam20C形成二聚体和激活Fam20C活性的能力。该研究全面阐明了Fam20家族成员的结构特性及它们之间的相互关系。

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基金项目：FAM20家族基因及其缺失、突变引发疾病相关研究，项目编号:X202310440582
作者简介：刘姝含  女  山东安丘 大学本科 研究方向：口腔颅颌面发育

 贾超越  女  山东莱州 大学本科 研究方向：口腔颅颌面发育 

王甲一 性别：女 籍贯：山东泰安大学本科 研究方向：口腔颅颌面发育

张婷婷  女  山东烟台 大学本科 研究方向：口腔颅颌面发育

王西宁  女  山东日照 大学本科 研究方向：口腔颅颌面发育

张子含  女  山东东营  大学本科 研究方向：口腔颅颌面发育