Allele | gott | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Mutation Type | missense | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chromosome | 11 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coordinate | 5,779,512 bp (GRCm39) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Base Change | A ⇒ G (forward strand) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gene | Polm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gene Name | polymerase (DNA directed), mu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Synonym(s) | Tdt-N, B230309I03Rik | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chromosomal Location | 5,777,860-5,788,016 bp (-) (GRCm39) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MGI Phenotype | PHENOTYPE: Mice homozygous for disruptions in this gene display an apparently normal phenotype. However, B cell maturation and proliferation is abnormal. [provided by MGI curators] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Accession Number | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mapped | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Amino Acid Change | Phenylalanine changed to Leucine | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutional Source | Beutler Lab | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gene Model | predicted gene model for protein(s): [ENSMUSP00000020767] [ENSMUSP00000105463] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
AlphaFold | Q9JIW4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PDB Structure | Polymerase mu in ternary complex with gapped 11mer DNA duplex and bound incoming nucleotide [X-RAY DIFFRACTION] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SMART Domains |
Protein: ENSMUSP00000020767 Gene: ENSMUSG00000020474 AA Change: F429L
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Predicted Effect | possibly damaging
PolyPhen 2 Score 0.458 (Sensitivity: 0.89; Specificity: 0.90) |
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SMART Domains |
Protein: ENSMUSP00000105463 Gene: ENSMUSG00000020474 AA Change: F429L
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Predicted Effect | probably benign
PolyPhen 2 Score 0.075 (Sensitivity: 0.93; Specificity: 0.85) |
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Meta Mutation Damage Score | 0.1965 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Is this an essential gene? | Non Essential (E-score: 0.000) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phenotypic Category | Unknown | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Candidate Explorer Status | loading ... | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Single pedigree Linkage Analysis Data |
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Penetrance | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Alleles Listed at MGI | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lab Alleles |
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Mode of Inheritance | Unknown | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Local Stock | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Repository | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Updated | 2019-09-04 9:29 PM by Anne Murray | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Record Created | 2019-01-26 1:50 PM by Bruce Beutler | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Record Posted | 2019-03-13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phenotypic Description |
The gott phenotype was identified among G3 mice of the pedigree R3812, some of which showed reduced frequencies of B cells in the peripheral blood (Figure 1). |
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Nature of Mutation |
Whole exome HiSeq sequencing of the G1 grandsire identified 27 mutations. The B cell phenotype was linked by continuous variable mapping to a mutation in Polm: a T to C transition at base pair 5,829,512 (v38) on chromosome 11, or base pair 8,831 in the GenBank genomic region NC_000077. Linkage was found with a recessive model of inheritance, wherein seven variant homozygotes departed phenotypically from eight homozygous reference mice and 12 heterozygous mice with a P value of 0.001094 (Figure 2). The mutation corresponds to residue 1,550 in the mRNA sequence NM_017401 within exon 9 of 11 total exons.
The mutated nucleotide is indicated in red. The mutation results in a phenylalanine to leucine substitution at position 429 (F429L) in the Polm protein, and is strongly predicted by Polyphen-2 to cause loss of function (score = 0.458). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Illustration of Mutations in Gene & Protein |
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Protein Prediction |
Polm encodes Polμ, a member of the polX family of DNA polymerases that also includes terminal deoxyribonucleotidyl transferase (TdT) and polb. Polμ has a nuclear localization sequence, a BRCA-1 C-terminal (BRCT) domain, and a conserved polβ core (amino acids 141 to 494) containing an 8-kDa N-terminal extension, two helix-hairpin-helix (HHH) DNA-binding motifs, and a polX domain (Figure 3) (1;2). The BRCT domain is proposed to mediate protein-protein interactions with proteins involved in DNA repair and cell cycle checkpoint regulation after DNA damage (3). The BRCT domain can also bind DNA, promoting Polμ DNA polymerization activity (4;5). The N-terminal extension is required for DNA end-bridging; the extension allows the polX family members to bind gapped and non-homologous end-joining substrates (6). A loop (designated loop1) within the polymerase domain allows switching between creative and DNA-instructed synthesis (7). During template-independent polymerization, the Polμ loop1 acts as a pseudotemplate, while in template-dependent polymerization loop1 allows binding of the template strand. The crystal structure of the 360-amino acid polymerase domain of mouse Polμ in complex with a gapped template-primer and a correctly paired nucleoside triphosphate has been solved [Figure 4; PDB:2IHM; (8)]. The crystal of the complex contained two Polμ molecules that each bound substrate. The Polμ folds into a structure similar to other polX family members. Polμ contains fingers (amino acid 228 to 288), a palm (amino acid 289-424), and a thumb (amino acids 425 to 496) along with the 8-kDa N-terminal extension (amino acids 149 to 227). In the ternary complex, Polμ is in a closed confirmation. The template strand in the Polμ. Residues in all subdomains of the Polμ catalytic cord interact with the DNA. There are only two putative hydrogen-bonding interactions from the fingers subdomain to the template strand. There are several nonbonded and hydrogen-bonding interactions from the palm subdomain to the upstream region of the template strand. The template strand lies in a slightly positively charged groove along the protein surface. A helix-hairpin-helix motif mediates interactions with the downstream primer. A second helix-hairpin-helix motif (amino acids 233 to 256) mediates interacts with the phosphate backbone of primer nucleotides P3-P4. Interactions with the fingers subdomain promotes alignment of the primer within the DNA-binding cleft, while interactions between the palm subdomain and the primer terminus correctly position the nucleotide for catalysis. Polμ minor groove interactions are mostly mediated by bridging water molecules. The incoming nucleotide is coordinated with a magnesium ion, which promotes the correct positioning of the nucleotide within the active site. Gly435 facilitates the ability of Polμ to accommodate ribonucleotides. The His329 side chain can hydrogen bond to the phosphate of the primer terminal reside and the γ-phosphate of the incoming dNTP, putatively stabilizing the primer terminus and the incoming nucleotide. Ser12/Thr21 (within the BRCT domain) and Ser371 (within loop1) are putatively phosphorylated by the Cdk2/cyclin A complex (9). Cdk2/cyclin A-mediated Polμ phosphorylation putatively regulates Polμ function during specific cell cycle phases (i.e., S and G2). POLM undergoes alternative splicing to generate several variants; however, none of the splice variants encode a functional protein (1). The use of alternative splice junctions at the exon 5/6 and exon 7/8 junctions results in deletions of 16- and 13-base pairs, respectively. One variant has unspliced introns 7 and 8 (118-base pairs). Another has loss of whole exons (e.g., exon 6 or exons 6 through 8), while another showed insertion of new exons (e.g., a 116-base pair insertion in intron 5-6 at the exon 5/6 junction. A variant that has partial splicing of intron 10-11 results in insertion of the last 53-base pairs of the intron; the insertion results in the addition of 18-amino acids, translation of exon 11 in the +1 reading frame, and translation of the 3’ untranslated region up to the first stop codon encountered. The gott mutation results in a phenylalanine to leucine substitution at position 429 (F429L). Amino acid 429 is within the thumb structure of the polymerase domain. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Expression/Localization | POLM is ubiquitously expressed, with highest levels in lymphoid tissues (e.g., thymus, spleen, pancreas, tonsillar B cells, and peripheral blood lymphocytes) (1;2;10). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Background |
V(D)J recombination affects the variable domain of immunoglobulin and T cell receptor (TCR) genes during lymphoid cell development (Figure 5). V(D)J recombination generates a variable region exon to which is subsequently joined a constant region gene, together encoding either an immunoglobulin or T cell receptor chain. In V(D)J recombination, a trans-esterification reaction mediated by RAG1 (see the record for maladaptive)/RAG2 (see the record for snowcock) produces an excised DNA fragment with blunt signal ends and two covalently closed hairpins at each end of the coding regions that must be joined (11;12). Artemis is essential to opening hairpins for V(D)J recombination following phosphorylation by DNA-PKCS (see the record for clover). To process the DNA ends and ligate coding regions, the cell uses the non-homologous end-joining (NHEJ) pathway (Figure 5). In NHEJ, a DNA double-strand break (DSB) is recognized by the Ku heterodimer composed of Ku70 and Ku80 (see the record for durio), which encircles the DNA and cups the DNA termini into an accessible binding pocket (13). The Ku heterodimer recruits and activates DNA-PKCS, forming the Ku/DNA-PKCS complex known as DNA-PK. Following recruitment of DNA-PKCS to the Ku-DNA complex, Ku translocates inward ~10 bp from the DNA ends, allowing DNA-PKCS to bind to the DNA termini (14). Two adjacent DNA-PKCS molecules interact across the DSB, holding the DNA ends in close proximity within a synaptic complex. Nucleases (e.g., FEN1, EXO1, Sep1, and MRE11) and polymerases (e.g., polβ, polε, and polδ) are often required to remove several nucleotides or to fill in gaps of several nucleotides, respectively, to facilitate the proper conformation for ligation (15-19). The colocalization of DNA polymerase X family members (e.g. terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT), polμ, polλ, and polβ) with DNA-PKCS as well as the interactions of DNA pol X with both Ku and the DNA ligase IV-XRCC4 complex suggest that the DNA polymerase X family participates in the filling in of short gaps prior to re-ligation (11;20). To protect the DNA termini of a DSB from degradation or premature and incorrect ligation, DNA-PKCS is positioned as a “cap” on the DNA ends (21;22). Autophosphorylation of DNA-PKCS results in release of the cap and accessibility of the termini to enzymes and ligases (e.g., Artemis, DNA polymerase X family members, and the DNA ligase IV-XRCC4 dimer) needed to complete the repair (11;23;24). Artemis and DNA-PKCS form a complex with endonuclease activity that cleaves 5’ and 3’ overhangs during NHEJ, and opens hairpins generated by the RAG complex during V(D)J recombination [(25); reviewed in (24)]. The DNA ligase IV-XRCC4 dimer rejoins the DNA ends, with XRCC4 both interacting with and catalytically stimulating DNA ligase IV (24). Polμ is a DNA polymerase that processes DNA ends during immunoglobulin kappa light chain rearrangements in V(D)J recombination in lymphocytes (10;26;27). In non-lymphocyte cells, Polμ functions in template-dependent DSB repair via NHEJ (27-30). Polμ can fill short gaps in a template-dependent manner (28) and is also able to catalyze template-independent synthesis (2). Polμ is able to incorporate ribonucleotide triphosphates almost as efficiently as deoxyribonucleotides (27). There is a partial substrate overlap by polµ and polλ, but there is a preference for polλ over polµ in repairing the majority of complementary double-strand breaks (31). However, polµ is the only known polymerase that can use noncomplementary substrates (31). Polm-deficient (Polm-/-) mice showed abnormal immunoglobulin light chain V-J recombination (10;26), slowed maturation of B cells (from IgM- to IgM+) (10), reduced B cell number in the spleen and Peyer’s patches (10;32), underdeveloped B cell compartments in Peyer’s patches (10), absent separation of T and B cells in Peyer’s patches (10), lymphoid hypoplasia (10), and increased numbers of centroblasts compared to wild-type mice after immunization with a chicken gammaglobulin conjugate (33). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Putative Mechanism | The gott mice showed reduced frequencies of peripheral blood B cells similar to the Polm-/- mice, indicating loss of Polμ-associated function in the gott mice. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Primers |
PCR Primer gott_pcr_F: AGGATCAAACAGCCCATGG gott_pcr_R: TCCTGTATCACCAGTACCACCG Sequencing Primer gott_seq_F: GCTTCCTTTAGCAGGGTT gott_seq_R: GTACCACCGCAGCCATTTG |
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Genotyping | PCR program 1) 94°C 2:00 The following sequence of 402 nucleotides is amplified (chromosome 11, - strand): 1 tcctgtatca ccagtaccac cgcagccatt tggcagactc agcccacaac ctgcggcagc Primer binding sites are underlined and the sequencing primers are highlighted; the mutated nucleotide is shown in red. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
References | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Science Writers | Anne Murray | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Illustrators | Diantha La Vine | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors | Xue Zhong, Jin Huk Choi, and Bruce Beutler |