By ChatGPT GPT-5 Deep Research

2025.9.26

人类 ATAD5 基因与疾病关系的综合研究（截至 2025 年）

ATAD5 基因简介

ATAD5（ATPase family AAA domain containing 5，又名 ELG1）是哺乳动物复制因子 C (RFC) 家族的重要成员。它与 RFC2–5 形成五聚体复合物，被称为 ATAD5 RLC (Replication factor C‑like complex)，在 DNA 复制和修复后负责从染色质上卸载 PCNA (proliferating cell nuclear antigen)；同时 ATAD5 的 N 端通过与 UAF1‑USP1 复合物结合参与单泛素化 PCNA (Ub‑PCNA) 的去泛素化[1]。除了 PCNA 卸载外，ATAD5 还参与调控 PCNA 去泛素化、DNA 损伤检查点与复制叉重启等过程[2]。缺乏 ATAD5 会导致 PCNA 在染色质上的异常停留、R‑loop 积累、复制叉坍塌以及 DNA 损伤修复障碍，从而引发基因组不稳定性和肿瘤易感性[3]。

基因功能与机制

• PCNA 卸载与去泛素化：ATAD5‑RLC 专门负责将完成任务的 PCNA 从 DNA 上卸载，在此过程中，ATAD5 的 C 端与 RFC2‑5 配合提供 AAA+ ATPase 动力[4]。ATAD5 的 N 端与 UAF1‑USP1 复合物结合，促进 Ub‑PCNA 的去泛素化[1]。
• 维持复制叉稳定与重启：当复制叉受阻时，ATAD5 不仅卸载 PCNA，还通过直接与 RAD51 结合促进其在停滞叉上的募集，协助复制叉回归和重启[5]。ATAD5 缺失导致长时间停留的 PCNA 阻挡 RAD51 装载，产生 DNA 断裂和叉坍塌。
• 调节 DNA 损伤修复途径：ATAD5 在同源重组中的短程端切割具有关键作用，缺失 ATAD5 会阻止 Ku70/80 从双链断裂末端移除，损害修复合成和 HR 完成[6]。ATAD5 缺乏细胞对形成蛋白‑DNA 加合物的药物如 CPT（拓扑异构酶 I 抑制剂）更敏感，并且更依赖末端连接途径[6]。此外，ATAD5 通过限制 PCNA 在 DNA 上的停留抑制转录‑复制碰撞和 R‑loop 形成，从而维持基因组稳定性[2]。
• 与其他调控因子的相互作用：
• BRD4：BRD4 通过与 ATAD5 结合抑制其 PCNA 卸载活性，调节染色质上的 PCNA 水平[7]。
• BAZ1B – SMARCA5 复合物：2024 年研究发现 BAZ1B 的调节亚基与 ATAD5 N 端的 UAF1 结合区重叠，精细调控 Ub‑PCNA 的去泛素化。破坏 ATAD5‑BAZ1B 相互作用会导致受氧化应激刺激后 Ub‑PCNA 提前去泛素化，细胞对过氧化氢的敏感性增加[1]。该发现强调了 ATAD5 在氧化损伤恢复中的作用。
• 生物标志物作用：根据 NCBI 基因汇总，ATAD5 是神经鞘瘤的生物标志物[8]。该疾病属于周围神经鞘来源的肿瘤，ATAD5 表达可能在肿瘤发病或诊断中发挥作用。

ATAD5 与人类疾病的关系

1. 癌症

肿瘤抑制作用与小鼠模型

• 肿瘤易感性：Plos Genetics 的研究利用 Atad5 杂合缺失小鼠发现，这些小鼠表现出高度的基因组不稳定性并且超过 90% 自发形成各种肿瘤（淋巴瘤、胃肠道和生殖系肿瘤等），指出 Atad5 具有典型的肿瘤抑制基因特征[9]。
• 靶基因突变：同一研究在 108 例人类子宫内膜癌样本中重测序 ATAD5，发现 4.6%（11 例）含有体细胞突变，其中包括两例无义突变，非同义/同义突变比例高达 10:1，支持 ATAD5 作为肿瘤抑制基因在子宫内膜癌中的作用[10]。

遗传变异与癌症易感

• 乳腺癌和卵巢癌：在 273 名三阴性乳腺癌或浆液性卵巢癌患者与 276 名对照者的测序研究中，研究者发现 ATAD5 存在 22 个罕见的错义变异，其中 14 个预测为致病。携带致病错义变异的卵巢癌患者比例显著高于对照（14/159 比 11/276，p≈0.05），提示 ATAD5 稀有错义变异可能增加卵巢癌易感性[11]。
• BRCA1 关联性：利用 cBioPortal 分析乳腺癌与结直肠癌患者的基因表达，研究发现 ATAD5 mRNA 水平与 BRCA1 高度相关 (Spearman > 0.6)。在结直肠癌中，BRCA1 表达低者常伴随 ATAD5 表达下降，相关研究推测这可能导致更差的临床结局[12]。
• 睾丸生殖细胞肿瘤：2025 年的一项突变景观分析显示 ATAD5 是睾丸生殖细胞肿瘤中突变频率前十位的基因之一（约占 2%），提示其在该癌种中亦可能发挥作用[13]。
• 体细胞突变的其他肿瘤：ATAD5 的体细胞突变还出现在乳腺癌、黑色素瘤和子宫内膜癌中[14]；研究者认为 ATAD5 缺陷通过导致 PCNA 滞留和 DNA 损伤修复障碍而促进肿瘤发生。

DNA 修复缺陷和药物敏感性

• 药物敏感性：ATAD5 缺陷细胞对多种 DNA 损伤药物高度敏感，包括甲基磺酸甲酯 (MMS)、拓扑异构酶 I 抑制剂 (camptothecin)、丝裂霉素 C (MMC) 以及 PARP 抑制剂[3]。这种敏感性与 PCNA 的持续滞留导致同源重组修复障碍有关。在 Nucleic Acids Research 2020 和 2023 年的研究中，ATAD5 缺陷细胞 HR 能力下降，对 camptothecin 高度敏感，并依赖于非同源末端连接途径[6]。
• PARP 抑制剂临床意义：药物综述指出 cBioPortal 分析约 10% 子宫内膜癌存在 ATAD5 缺失或突变；ATAD5 缺陷会加强对 PARP 抑制剂的敏感性，因此可能成为预测 PARP 抑制剂反应性的生物标志物[15]。
• 氧化应激和 PCNA 去泛素化：2024 年的研究显示，BAZ1B 与 ATAD5 协作调节 Ub‑PCNA 去泛素化；破坏该相互作用导致在过氧化氢处理后 Ub‑PCNA 提前去泛素化，并使细胞更易受到氧化损伤[1]。这一机制表明 ATAD5 在应对氧化应激中的重要性，可能与癌症治疗中的氧化应激调节有关。

神经鞘瘤

NCBI 汇总指出 ATAD5 为神经鞘瘤（neurilemmoma）的生物标志物[8]。神经鞘瘤是 Schwann 细胞来源的周围神经鞘肿瘤，ATAD5 表达或其调控的 PCNA 循环可能在该肿瘤的发生或进展中发挥作用，目前缺乏深入的功能研究。

2. 染色体 17q11.2 缺失综合征 (NF1 微缺失)

ATAD5 位于 17q11.2，常与 NF1、UTP6、COPRS 和 RNF135 等基因一起在 NF1 微缺失综合征中被删除。该综合征的典型 1 型缺失包含 ATAD5，而 3 型缺失不包括 ATAD5。临床观察发现 1 型患者通常具有更严重的认知障碍和更高的肿瘤风险；研究认为 ATAD5 等基因的半剂量缺失加重了病情[16]。另一研究指出 ATAD5 的 pLI 值为 1 （对功能丢失极度不耐受），因此在 NF1 微缺失患者中，ATAD5 缺失可能对表型严重性具有贡献[17]。

3. 其他非癌性疾病

• 第三期甲状旁腺功能亢进症（THPT）：2023 年的全外显子测序分析表明在部分甲状旁腺增生样本中检测到 ATAD5 的重复错义突变，与 TBX20 和其他基因一起构成驱动突变候选；尽管突变样本的 ATAD5 表达低于血液样本，但差异不显著[18]。这提示 ATAD5 可能参与甲状旁腺增生的遗传背景。
• 神经系统发育：ATAD5 与 BRD4 等转录调节因子结合，调节 R‑loop 形成和转录‑复制协调。虽然迄今没有报道 ATAD5 的单基因突变导致人类先天性疾病，但鉴于其在 NF1 微缺失综合征中的表现及与 PCNA 装卸相关的作用，未来可能在神经发育障碍研究中得到更多关注。
• PCNA 去泛素化调控和基因毒性筛查：由于 DNA 损伤后 ATAD5 蛋白水平会升高，一些高通量基因毒性检测利用 ATAD5 作为 DNA 损伤的生物标志，用于识别可能的致突变药物[19]。这一用途说明 ATAD5 不仅涉及疾病本身，也被广泛用作 DNA 损伤应答的研究工具。

结论与展望

ATAD5 是维持基因组完整性的核心蛋白，负责在 DNA 复制和损伤修复后卸载 PCNA 并协调其去泛素化。ATAD5 缺陷导致 PCNA 滞留、R‑loop 增加、复制叉坍塌和 DNA 修复障碍，从而引发基因组不稳定和多种疾病。研究结果表明：

• 肿瘤抑制作用显著：动物模型和人群研究均支持 ATAD5 为肿瘤抑制基因，其体细胞突变或功能缺失与子宫内膜癌、乳腺癌、卵巢癌、黑色素瘤及睾丸生殖细胞肿瘤等多种肿瘤相关。[9][11]
• 缺陷细胞的药物敏感性：ATAD5 缺陷增强对拓扑异构酶 I 抑制剂、丝裂霉素 C 和 PARP 抑制剂等 DNA 损伤药物的敏感性[3]。ATAD5 突变状态可能作为 PARP 抑制剂在子宫内膜癌治疗中的预测生物标志[15]。
• 微缺失综合征和神经发育影响：17q11.2 微缺失综合征中 ATAD5 的半剂量缺失与严重表型相关[16]。这一发现提示 ATAD5 在神经发育及认知功能中的潜在作用，需进一步研究。
• 其他疾病与研究前沿：ATAD5 被列为神经鞘瘤的生物标志物[8]；其突变也可能参与甲状旁腺增生[18]。2024 年发现 ATAD5 与 BAZ1B 相互作用调节 Ub‑PCNA 去泛素化，并影响对氧化应激的敏感性[1]。

随着研究不断深入，ATAD5 正从 DNA 复制与修复的基础因子转变为肿瘤抑制和基因组稳定性的关键调控者。未来应关注：

1. 更广泛的临床突变谱和表型关联：通过全基因组测序确定 ATAD5 在不同人群中罕见变异的分布及其对癌症和非癌性疾病的影响。
2. 机制研究与新型调控因子：探索 ATAD5 与染色质重塑复合物、RNA 解旋酶等新的合作伙伴如何共同维持复制叉稳定，以及其在发育过程中的作用。
3. 靶向治疗潜力：鉴于 ATAD5 缺陷细胞对特定 DNA 损伤药物敏感，评估 ATAD5 状态作为精准医疗中用药决策的生物标志，并开发针对 PCNA 循环的靶向干预策略。

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[1] ATAD5-BAZ1B interaction modulates PCNA ubiquitination during DNA repair | Nature Communications

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55005-3

[2] [7] Gene – ATAD5

https://maayanlab.cloud/Harmonizome/gene/ATAD5

[3]  ATAD5 deficiency alters DNA damage metabolism and sensitizes cells to PARP inhibition – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7229844

[4] [6]  Short-range end resection requires ATAD5-mediated PCNA unloading for faithful homologous recombination – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10602867

[5]  ATAD5 promotes replication restart by regulating RAD51 and PCNA in response to replication stress – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6914801

[8] ATAD5 ATPase family AAA domain containing 5 [Homo sapiens (human)] – Gene – NCBI

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/79915

[9] [10]  Predisposition to Cancer Caused by Genetic and Functional Defects of Mammalian Atad5 – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3161924

[11] Rare ATAD5 missense variants in breast and ovarian cancer patients – PubMed

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27045477

[12]  Opposing effects of BRCA1 mRNA expression on patient survival in breast and colorectal cancer and variations among African American, Asian, and younger patients – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8487727

[13]  Phosphoribosyl transferase domain containing 1: A prognostic biomarker in testicular germ cell tumors – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12001118

[14] Eukaryotic clamp loaders and unloaders in the maintenance of genome stability | Experimental & Molecular Medicine

https://www.nature.com/articles/s12276-020-00533-3

[15]  Targeting DNA Damage Repair and Immune Checkpoint Proteins for Optimizing the Treatment of Endometrial Cancer – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10536053

[16]  Genotype-Phenotype Correlations in Neurofibromatosis and Their Potential Clinical Use – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8594005

[17]  Atypical NF1 Microdeletions: Challenges and Opportunities for Genotype/Phenotype Correlations in Patients with Large NF1 Deletions – PMC

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8535936

[18] Specific genetic aberrations of parathyroid in Chinese patients with tertiary hyperparathyroidism using whole-exome sequencing – PubMed

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37854190

[19] Biochemists identify cause of rare disease

https://www.asbmb.org/asbmb-today/science/050523/biochemists-identify-cause-of-rare-disease-pard