cGMP光感受蛋白核苷酸通道 1，视网膜色素变性 49

CNGA1 基因编码杆状环 GMP 门控阳离子通道的 α 亚基，该亚基参与光转导途径的最后阶段（Dryja 等，1995总结）。

▼ 克隆与表达

光转导由最终导致 cGMP 水解的酶级联反应介导。感光细胞、视杆细胞和视锥细胞通过外段质膜中的 cGMP 门控阳离子通道整合并响应 cGMP 水解。考普等人（1989）从牛视网膜克隆了这个通道。达兰等人（1991）使用牛序列分离包含人类同源物的整个蛋白质编码区的 cDNA 和基因组 DNA。

皮特勒等人（1992）通过分析 cDNA 克隆和扩增的 DNA，确定了人和小鼠视网膜杆 cGMP 门控阳离子通道的主要结构。开放解读码组分别预测了 690 和 683 个残基的多肽，表现出 88% 的序列相似性。指出了视觉 cGMP 门控通道与嗅觉 cAMP 门控通道的显着序列相似性（59%）。在人类、小鼠和狗中发现 RNA 转录物的长度为 3.2 kb。

▼ 测绘

达兰等人（1991）通过对体细胞杂交的研究，将人类 CNGA1 基因分配到 4 号染色体。通过与体细胞杂交 DNA 结合使用的 PCR，Pittler 等人（1992）将 CNCG 基因定位到着丝粒附近的 4p14-q13。通过种间回交单倍型分析，小鼠中的相应基因 Cncg 被定位到 5 号染色体上 Kit 基因座附近 0.9 cM 的位点。Griffin等（1993）通过荧光原位杂交将 CNCG1 基因定位到 4p12-cen。值得注意的是，杆状 cGMP PDE β 多肽（PDEB；180072）也对应到 4p，位于 4p16.3。

▼ 基因结构

视网膜杆 cGMP 门控阳离子通道是一种异源寡聚体，由 2 个同源亚基 α（CNCG1）和 β（CNCG2; 600724 ）组成，每个亚基都有细胞质 N 和 C 末端、6 个假定的跨膜结构域和一个孔区域。皮特勒等人（1992）和Dhallan 等人（1992）确定了编码视网膜杆 cGMP 门控阳离子通道的 α 亚基的 10 个外显子的基因组结构和序列。

▼ 基因功能

达兰等人（1992）在体外表达 CNCG1 并量化其通道活性。视网膜杆 cGMP 门控阳离子通道参与光转导途径的最后阶段。另见 CNCG3L（ 600724 ）。

▼ 生化特征

钟等人（2002）报道了一个名为 CLZ（羧基末端亮氨酸拉链）的亮氨酸拉链同源域的鉴定，该域存在于 CNG 通道 A 亚基的远端 C 端，但不存在于 B 亚基并介导亚基间相互作用。通过交联、非变性凝胶电泳和分析离心，发现该 CLZ 结构域介导了三聚体相互作用。此外，其 CLZ 结构域被通用三聚亮氨酸拉链替换的突变锥 CNG 通道 A 亚基产生的通道与野生型非常相似，但如果被二聚或四聚亮氨酸拉链替换，则效果较差。这种仅 A 亚基的三聚体相互作用表明异聚 CNG 通道实际上采用 3A:1B 化学计量。纯化牛棒 CNG 通道的生化分析证实了这一结论。钟等人（2002）得出的结论是，这种修订后的化学计量为理解 CNG 通道家族的结构和功能提供了新的基础。

▼ 分子遗传学

Dryja 等人（1995）筛选了 94 名不相关的常染色体显性视网膜色素变性（RP）患者和 173 名不相关的常染色体隐性 RP 患者的 CNCG1 基因突变。5 个突变序列在 4 个常染色体隐性遗传 RP（RP49; 613756 ）不相关的家族中与疾病共分离。其中两个是阅读框早期的无义突变（glu76-to-ter, 123825.0001和 lys139-to-ter, 123825.0002），1 个是包含大部分转录单位（如果不是全部）的缺失；预计这 3 个等位基因不会编码功能通道。其余 2 个突变是错义突变（ser316-to-phe；123825.0003）和由 1-bp 缺失引起的移码（123825.0004 ）截断了 C 末端的最后 32 个氨基酸。后 2 个突变在体外表达，发现编码的蛋白质主要保留在细胞内，而不是靶向质膜。

在非洲爪蟾卵母细胞中，Trudeau 和 Zagotta（2002）表明 CNGA1-RP 是 CNGA1 亚基的突变形式，在 C 端区域（ 123825.0004 ）中缺少最后 37 个氨基酸，形成了与野生型相似的正常表达的功能性同源性通道. 相反，CNGA1-RP 和 CNGB1 的共表达（ 600724）导致异聚体通道不传递电流并且在膜表面检测不到，尽管这些亚基蛋白存在于细胞内部。研究揭示了在 CNGA1-RP 中缺失的 CGNA1 的 C 端区域与 CNGB1 的 N 端区域之间的蛋白质-蛋白质相互作用。在没有这种相互作用的情况下，CNGB1 中暴露的短 N 末端区域阻止了异聚体通道的膜表达。Trudeau 和 Zagotta（2002）提出通道的功能障碍导致 RP 中视杆细胞的退化。

▼ 异质性

Dryja 等人（1995）指出，视网膜色素变性明显是一组遗传异质性疾病。这表明在 RP 家族中发现了显性、隐性、X 连锁和双基因遗传模式，并且连锁研究涉及超过 15 个单独的基因座。这 15 个基因中有 5 个在它们与 RP 的关系建立之前已被鉴定：其中 2 个编码在光转导途径中起作用的蛋白质，视紫红质（ 180380 ）和 PDEB；2是光感受器特异性蛋白质，外周蛋白/RDS（PRPH2；179605）和ROM1（180721）；1 是非常规肌球蛋白（ 276903），它是亚瑟综合征（视网膜色素变性和耳聋）形式的突变体。在确定 CNCG1 基因突变后，大约 80% 的病例仍然没有确定该疾病中的特定基因突变体。视紫质基因座约占所有 RP 病例的 10%，其余 5 个基因座约占另外 10%。

▼ 等位基因变体（ 4 精选示例）：

.0001 色素性视网膜炎 49
CNGA1, GLU76TER
在他们的家族 6829 中，有隐性色素性视网膜炎（RP49; 613756 ），Dryja 等人（1995）在 CNGA1 基因中发现了一个无义突变，glu76 to ter（E76X），在 2 个受影响的姐妹和他们未受影响的父亲中处于杂合状态。在 2 个受累姐妹的母系衍生等位基因的 CNCG1 基因中未检测到突变。事实上，对 CNCG1 多态性的分析表明，他们在这个基因座上从他们的母亲那里获得了不同的等位基因。有人提出编码通道蛋白的另一个亚基或与α亚基相互作用的一些其他蛋白质的基因中存在致病突变，并且这两种缺陷的组合是视网膜色素变性的原因。另一种可能性是该突变不是该家族中 RP 的原因。

.0002 色素性视网膜炎 49
CNGA1, LYS139TER
在 5 个常染色体隐性视网膜色素变性（RP49; 613756 ）家族中的 1 个家族中，Dryja 等人（1995）发现受影响的个体是 CNGA1 基因中 lys139-to-ter（K139X）突变和 ser316-to-phe 突变（S316F; 123825.0003 ）的复合杂合子。

.0003 色素性视网膜炎 49
CNGA1, SER316PHE
在 2 个常染色体隐性视网膜色素变性家族（RP49; 613756 ）中，Dryja 等人（1995）发现受影响的个体是 CNGA1 基因突变的复合杂合子、lys139-to-ter 无义突变（K139X; 123825.0002 ）和 ser316-to-phe 错义突变（S316F）和 S316F 突变以及删除第二个家族中大部分或全部转录单位的突变。Dryja 等人（1995）发现 1 个常染色体显性遗传 RP 个体携带 S316F 杂合突变。先前已发现该家族的五个可用受影响成员（6003）携带视紫质错义突变 pro347 到 leu（P347L; 180380.0002）的杂合性）。仅携带视紫质突变的亲属与同时携带视紫质和通道蛋白突变的同胞之间的表型没有明显差异。作者得出结论，视紫红质突变是同胞RP的原因，此外，他们偶然携带了隐性通道蛋白突变S316F，没有明显影响。Dryja 等人（1995）在体外表达了这种突变，发现编码的蛋白质主要保留在细胞内，而不是靶向质膜。

.0004 色素性视网膜炎 49
CNGA1, 1-BP DEL, FS655TER
在 5 个常染色体隐性视网膜色素变性（RP49; 613756 ）和 CNCG1 基因突变家族中的 1 个中，Dryja 等人（1995）发现 1 个家族中的受影响个体是纯合子，因为 arg654 密码子中的 1-bp 缺失导致移码和 C 末端最后 32 个氨基酸的截断。