鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，α激活活性多肽O

GNAO1 基因编码异源三聚体鸟嘌呤核苷酸结合蛋白（G 蛋白） 的 α 亚基，这是一个信号转导分子的大家族。G蛋白由α、β和γ亚基组成。G 蛋白家族的成员最广泛的特征是基于 α 亚基，它与鸟嘌呤核苷酸结合，能够水解 GTP，并与特定的受体和效应分子相互作用。除了抑制性 G 蛋白 Gi（ 139310 ） 和刺激性 G 蛋白 Gs（ 139320 ） 之外，还描述了 Go 蛋白。“o”的意思是“其他”。Go 异源三聚体在大脑中含量丰富，并且在心脏心房中也有发现（Strathmann 等人总结，1990 年）。

▼ 克隆与表达

斯特拉斯曼等人（1990）从小鼠脑库中分离出编码 2 种形式的 Go-α 亚基的 cDNA 克隆。这些似乎是选择性剪接的产物。冢本等（1991）同样得出结论，2 种不同的 Go-α mRNA 可以通过单个基因的可变剪接产生。Go-α 与离子通道调节有关。一些组织包含多个不同大小的 Go-α mRNA，它们的 3 素数非翻译区（UTR） 不同。默塔格等人（1991）得出的结论是，具有不同 3 素 UTR 的 Go-α mRNAs 是由单个基因的转录本的可变剪接产生的。UTR 表现出高度的种间保守性，并且可能在分化过程或特定组织中的 Go-α 表达调节中发挥作用。

▼ 测绘

默塔格等人（1991 年）通过对人-小鼠体细胞杂交体的 Southern 印迹分析，将 GNAO 基因分配给 16 号染色体。

Stumpf（2020）根据 GNAO1 序列（GenBank BC030027 ） 与基因组序列（GRCh38） 的比对，将 GNAO1 基因对应到染色体 16q13。

通过研究具有限制性片段长度变体（RFLV） 的种间回交，Wilkie 等人（1992）表明 Gnao 基因位于小鼠 8 号染色体上，在那里它与金属硫蛋白基因（MT1; 156350 ） 紧密相连。

▼ 基因功能

在细菌表达系统中，Lan 等人（1998）发现 Gnai1 和 Gnao1 基因 G183S 和 G184S 的点突变分别导致对 G 蛋白信号蛋白（RGS） 的调节剂的抗性。突变的 G-α 蛋白对 RGS4（ 602516 ） 和 RGS7（ 602517 ）的亲和力显着降低。

克罗尔等人（1992）证明在 NIH 3T3 细胞中缺乏鸟苷三磷酸酶活性的 Q205L Go-α 的表达导致磷脂酶 C（参见600220）非依赖性方式的转化。拉姆等人（2000）研究了 MAP 激酶（参见 MAPK1，176948 ）和 STAT3（102582）在 Q205L Go-α 转化 NIH 3T3 细胞中的作用。Q205L Go-α 在 NIH 3T3 细胞中的表达激活了 STAT3，但没有激活 MAPK1 或 -2。显性负性 STAT3 的共表达抑制 Q205L Go-α 诱导的 NIH 3T3 细胞转化和内源性 STAT3 的激活。此外，Q205L Go-α 表达增加了 c-Src（ 190090），并且 Q205L Go-α 诱导的 STAT3 激活被 CSK（ 124095 ） 的表达阻断，这使 c-Src 失活。拉姆等人（2000）得出结论，STAT3 可以作为 Q205L Go-α 的下游效应器并介导其生物效应。

菅直人等（2010 年）报告在大约 1,800 兆碱基的 DNA 中鉴定出 2,576 个体细胞突变，这些基因代表来自 441 个肿瘤的 1,507 个编码基因，包括乳腺癌、肺癌、卵巢癌和前列腺癌类型和亚型。体细胞突变和拷贝数改变的综合分析确定了 35 个显着改变的基因，包括 GNAS（见139320），表明 G-α 亚基在多种癌症类型中的作用扩大。实验分析证明了突变 GNAO1 和突变 MAP2K4（601335） 在肿瘤发生中的功能作用。

▼ 分子遗传学

发育性和癫痫性脑病 17

在 4 名患有发育性和癫痫性脑病 17（DEE17; 615473 ） 的无关女孩中，Nakamura 等人（2013）确定了 GNAO1 基因中的 4 个不同的从头杂合突变（ 139311.0001 - 139311.0004）。前2名患者的突变是通过全外显子组测序发现的，后2名患者的突变是通过对367例癫痫性脑病患者的GNAO1基因直接测序发现的。三名患者在生命的最初几周内出现了与脑电图抑制爆发模式相关的顽固性强直性癫痫发作，与 Ohtahara 综合征的临床诊断一致。第 4 名患者在 7 个月大时出现角张性姿势和发育迟缓。所有患者的精神运动发育都严重延迟，仅 1 名患者无法坐下、无法说话和头部控制。一名儿童在 11 个月大时死亡。一名患者出现肌张力障碍，另一名患者出现严重的舞蹈病和手足徐动症。3例患者头颅MRI异常，表现为脑萎缩、髓鞘形成延迟、胼胝体变薄。体外功能表达研究表明，其中 3 个突变损害了质膜中正常蛋白质的定位，电生理分析表明，与野生型相比，3 个突变导致去甲肾上腺素对钙电流的 GNAO1 介导的抑制降低。研究结果表明，异常的 GNAO1 信号传导可导致多种神经发育表型，包括癫痫性脑病和不自主运动。

不自主运动的神经发育障碍

在 2 名患有不自主运动的神经发育障碍的兄弟中（NEDIM；617493），Kulkarni 等人（2016）在 GNAO1 基因（R209H; 139311.0005 ）中发现了一个从头杂合错义突变。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在任一亲本中均未发现，表明其中 1 个存在种系嵌合体。没有进行该变体的功能研究，但预计它会破坏 GNAO1 信号传导。Menke 等人使用外显子组测序（2016）在一名患有 NEDIM 的 3 岁男孩中发现了一个从头杂合的 R209H 突变。未进行变体的功能研究。

在 2 名 NEDIM 无关患者中，Saitsu 等人（2016 年）在 GNAO1 基因中发现了 2 个不同的从头杂合错义突变（R209C、139311.0006和 E246K、139311.0007）。通过全外显子组测序发现突变，并通过 Sanger 测序确认。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但分子模型预测它们会导致不良反应。

在 6 名 NEDIM 患者（包括 2 名同胞）中，Ananth 等人（2016）在 GNAO1 基因中发现了从头杂合错义突变：在 4 名患者中发现了 E246K，在 1 名患者中发现了 R209H，在 1 名患者中发现了 R209G（ 139311.0008 ）。通过全外显子组测序发现突变。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。没有患者出现癫痫发作，这表明这些突变可能是运动障碍特有的。

在 6 名 NEDIM 患者中，Danti 等人（2017）鉴定了 GNAO1 基因中的从头杂合突变（参见例如 R209C、139311.0006和 E246G、139311.0009）。

▼ 基因型/表型相关性

Menke 等人在 2 名患有不自主运动的神经发育障碍的无关男孩中（NEDIM; 617493 ）（2016 年）确定了影响 GNAO1 基因（R209H、 139311.0005和 R209L）中密码子 209 的从头杂合错义突变。Menke 等人回顾了 26 名已发表的 GNAO1 突变患者（2016）发现那些突变影响密码子 209（例如，R209C、R209H、R209G）或 246（E246K；139311.0007） 患有多动性运动障碍但没有癫痫发作的发育迟缓。这些突变是反复发生的从头突变，可能与两者都是 CpG 二核苷酸的一部分有关，已知它们容易发生自发脱氨基作用。相比之下，具有影响其他残基的突变的患者具有更严重的婴儿型癫痫性脑病（DEE17） 表型。门克等人（2016）指出，已经报告了具有相同从头突变的受影响同胞对，他们估计 1 名 GNAO1 突变受影响儿童的复发风险为 5% 至 15%。

冯等人（2017）对 15 个从头 GNAO1 突变进行了功能和生化研究。HEK293 细胞的蛋白质印迹分析表明，大多数突变导致蛋白质水平降低。影响 Arg209 的三个变体显示出正常的蛋白质表达，G184S 也是如此。当与肾上腺素能受体共表达时，评估 GNAO1 依赖性 cAMP 抑制的功能研究表明，其中 9 个突变导致功能丧失（LOF），通常与蛋白质水平显着降低有关，而 6 个具有正常甚至功能获得。 GOF） 行为与野生型相比。LOF 变体与 DEE17 相关，而正常或 GOF 变体与伴有或不伴有癫痫发作的运动障碍相关。分子模型也显示了与突变位置的一些相关性：冯等人（2017）讨论了他们的发现可能产生的治疗意义。

▼ 动物模型

江等人（1998）通过同源重组破坏小鼠的 Gnao1 基因；中位生存期仅为 7 周。在细胞水平上，卡巴胆碱对心脏腺苷酸环化酶的抑制作用不受影响，但阿片受体介导的钙通道电流抑制作用降低了 30%。在检查的 25% 的纯合突变细胞中，钙通道在比其对应物低 13.3 +/- 1.7 mV 的电压下被激活。α-o 的损失并不伴随着大量活性游离β-γ 二聚体的出现。纯合突变小鼠痛觉过敏并表现出严重的运动控制障碍。尽管存在这个问题，纯合突变小鼠还是过度活跃，并表现出一种转动行为，使它们在笼子和野外测试中连续数小时转圈。除了一个，所有突变小鼠都逆时针转动。这些结果表明围棋在运动控制、运动行为和疼痛感知中起主要作用，并预测围棋参与钙通道调节。

为了分析 Go-α 在心脏中的功能，Valenzuela 等人（1997）通过同源重组产生了缺乏两种形式的 Go-α 的敲除小鼠，并研究了 Go-α -/- 小鼠和对照组心肌中钙通道的毒蕈碱调节。异丙肾上腺素对两组心室肌细胞L型电压依赖性钙通道（114205）的影响无差异，但氨基甲酰胆碱的抑制作用在Go-α-/-组几乎完全消失。这表明，在心脏中，Go-α 是从毒蕈碱受体向 L 型电压依赖性钙通道传输信号特别需要的。

Go-α 被认为是在交感神经元中将 α-2-肾上腺素能受体与 N 型钙通道偶联的主要信号元件。Jeong 和 Ikeda（2000）发现，在表达抗百日咳毒素和抗 G 蛋白信号蛋白调节剂的 Go-α 亚基的大鼠神经元中，去甲肾上腺素诱导的钙电流抑制转移到较低浓度。除了激动剂效力的增加，抗性 Go-α 亚基的表达延缓了激动剂去除后的电流恢复。数据表明，内源性 RGS 蛋白通过调节神经元细胞中 G 蛋白介导的信号传导的激动剂效力和动力学来促进钙通道调节。

克尔等人（2014）发现 Gnao1 基因中 G184S 突变杂合的突变小鼠在围产期或生命早期死亡，原因是与严重癫痫发作和/或发作间期癫痫样放电频率增加相关的突然死亡。纯合突变小鼠基本上无法生存。与对照组相比，杂合子小鼠对 GABA 拮抗剂的癫痫发作敏感性增强。代表功能丧失的杂合基因敲除小鼠没有表现出这种表型，这表明 G184S 突变导致功能获得。克尔等人（2014）指出，几项研究表明 G184S 等位基因会导致功能增益效应。

▼ 等位基因变体（ 9个精选示例）：

.0001 发展性和癫痫性脑病 17
GNAO1，ILE279ASN
在一名患有发育性和癫痫性脑病 17（DEE17; 615473 ）的 13 岁女孩中， Nakamura 等人（2013）在 GNAO1 基因中发现了一个从头杂合的 c.836T-A 颠换，导致 ile279 到 asn（I279N） 取代。该突变特别影响 GNAO1 转录变体 1。该突变是通过全外显子组测序发现的，在 NHLBI 外显子组测序项目数据库或 408 个内部对照外显子组中未发现。N2A 细胞的体外功能表达研究表明突变蛋白有一些异常的细胞质定位。患者在生命的第 4 天开始癫痫发作。脑电图显示与大田原综合征的临床诊断一致的爆发抑制模式。

.0002 发展性和癫痫性脑病 17
GNAO1, ASP174GLY
在一名患有发育性和癫痫性脑病 17（DEE17; 615473 ）的 4 岁女孩中， Nakamura 等人（2013）鉴定了 GNAO1 基因中的从头杂合 c.521A-G 转换，导致 asp174 到 gly（D174G） 取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变，通过对患者及其父母的血液和唾液样本中 DNA 的 PCR 产物进行深度测序，确定为体细胞镶嵌。在 NHLBI 外显子组测序项目数据库或 408 个内部对照外显子组中未发现该突变。N2A 细胞的体外功能表达研究表明突变蛋白有一些异常的细胞质定位。N 型钙通道的电生理研究表明，与野生型相比，去甲肾上腺素应用后突变蛋白的电流抑制受损，表明该突变可能阻碍 GNAO1 介导的信号传导。患者在 29 日龄时出现癫痫发作。EEG 显示出与 Ohtahara 综合征的临床诊断一致的爆发抑制模式。

.0003 发展性和癫痫性脑病 17
GNAO1、21-BP DEL、NT572
在一名患有发育性和癫痫性脑病 17（DEE17; 615473 ） 的女婴中，Nakamura等人（2013）鉴定了一个从头 鉴定了一个从头杂合的 21-bp 缺失（c.572_592del），导致 7 个残基（Thr191_Phe197） 的框内缺失。在 NHLBI 外显子组测序项目数据库或 408 个内部对照外显子组中未发现该突变。N2A 细胞的体外功能表达研究表明，突变蛋白在细胞质区室中积累，而不是通常位于细胞外围。N 型钙通道的电生理研究表明，与野生型相比，在去甲肾上腺素应用前，突变蛋白的钙电流密度增加，而在应用去甲肾上腺素后，与野生型相比，钙电流仅轻度降低。研究结果表明，该突变可能会阻碍 GNAO1 介导的信号传导。患者在 2 周龄时出现顽固性癫痫发作。EEG 显示出与 Ohtahara 综合征的临床诊断一致的爆发抑制模式。她在 11 个月大时去世。

.0004 发展性和癫痫性脑病 17
GNAO1, GLY203ARG
在一名患有发育性和癫痫性脑病 17（DEE17; 615473 ）的 8 岁女孩中， Nakamura 等人（2013）鉴定了 GNAO1 基因中的从头杂合 c.607G-A 转换，导致高度保守的开关 II 区域中的 gly203-to-arg（G203R） 取代负责下游效应子的激活。在 NHLBI 外显子组测序项目数据库或 408 个内部对照外显子组中未发现该突变。N2A 细胞的体外功能表达研究表明，突变蛋白通常定位于细胞外围。然而，在 N 型钙通道中的电生理研究表明，与野生型相比，类似的 G203T 突变蛋白在应用去甲肾上腺素后电流抑制受损，这表明该突变可能阻碍 GNAO1 介导的信号传导。患者在 7 个月大时表现出角张性姿势。她后来患上了严重的舞蹈病。

Saitsu 等人在患有 DEE17 的 14 个月大的女孩中（2016）在 GNAO1 基因中发现了一个从头杂合的 G203R 突变。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变未在 Exome Variant Server 数据库或 575 个内部对照外显子组中发现。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。患者在生命的第七天出现癫痫发作。她后来患上了严重的舞蹈病。

冯等人（2017）发现 G203R 变体在 cAMP 抑制测定中导致功能获得效应。作者指出，先前报道的具有这种变异的患者与经典 DEE17 的表型略有不同，显示出显着的运动成分。

.0005 不自主运动的神经发育障碍
GNAO1, ARG209HIS
在 2 名患有不自主运动的神经发育障碍的兄弟中（NEDIM；617493），Kulkarni 等人（2016 年）在 GNAO1 基因的外显子 6 中发现了一个从头杂合的 c.626G-A 转换，导致高度保守的开关 II 区域中的一个保守残基发生 arg209 到他（R209H）的取代，从而激活下游效应器在 GTP 绑定时。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序证实的突变在任一亲本中均未发现，这表明其中一个存在种系嵌合体。该突变已针对 dbSNP 和 1000 Genomes Project 数据库进行过滤，并且未在 Exome Sequencing Project 数据库中找到。没有进行该变体的功能研究，但预计它会破坏 GNAO1 信号传导。

Menke 等人使用外显子组测序（2016）在一名患有 NEDIM 的 3 岁男孩中发现了一个从头杂合的 R209H 突变。未进行变体的功能研究。

Ananth 等人在一名患有 NEDIM 的 16 岁男孩中（2016）在 GNAO1 基因中发现了一个从头杂合的 R209H 突变。该突变是通过全外显子组测序发现的。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0006 不自主运动的神经发育障碍
GNAO1, ARG209CYS
Saitsu 等人在一名 18 岁的女性中，患有不自主运动的神经发育障碍（NEDIM; 617493 ）（2016 年）在 GNAO1 基因的外显子 6 中发现了一个从头杂合 c.625C-T 转换（c.625C-T，NM_020988.2），导致高度保守残基处的 arg209-to-cys（R209C） 取代. 通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变未在 Exome Variant Server 数据库或 575 个内部对照外显子组中发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但分子模型预测该突变会破坏主要处于 GTP 结合活性状态的含 G-α 复合物的稳定性。

丹蒂等人（2017）在 2 名不相关的 NEDIM 患者中发现了一个从头杂合的 R209C 突变。在 1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 ExAC 数据库中未发现该突变。丹蒂等人（2017）指出 R209C 突变发生在开关 II 域中，​​这对于下游信号的调节很重要。该残基（R209） 是一个突变热点。

.0007 不自主运动的神经发育障碍
GNAO1、GLU246LYS
Saitsu 等人对一名 13 岁患有不自主运动的神经发育障碍女孩（NEDIM; 617493 ）（2016）在 GNAO1 基因的第 7 外显子中发现了一个从头杂合的 c.736G-A 转换（c.736G-A, NM_020988.2），导致在高度保守的残基处发生 glu246-to-lys（E246K） 取代. 通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变未在 Exome Variant Server 数据库或 575 个内部对照外显子组中发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但分子模型预测该突变会破坏主要处于 GTP 结合活性状态的含 G-α 复合物的稳定性。

在 4 名 NEDIM 患者（包括 2 名同胞）中，Ananth 等人（2016）确定了一个从头杂合的 E246K 突变。通过全外显子组测序发现突变。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0008 不自主运动的神经发育障碍
GNAO1, ARG209GLY
Ananth et al.在一名 4 岁的女孩中，患有不自主运动的神经发育障碍（NEDIM; 617493 ）（2016 年）在 GNAO1 基因中发现了一个从头杂合 c.625C-G 颠换，导致高度保守残基处的 arg209 到甘氨酸（R209G） 取代。该突变是通过全外显子组测序发现的。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0009 不自主运动的神经发育障碍
GNAO1、GLU246GLY
在一名患有不自主运动的神经发育障碍患者（NEDIM; 617493 ） 中，Danti 等人（2017）确定了 GNAO1 基因中的从头杂合 c.737A-G 转换，导致 glu246 到 gly（E246G） 取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 ExAC 数据库中未发现。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。