鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，α-11

Strathmann 和 Simon（1991）描述了小鼠的 Gna11 基因。江等人克隆了人类基因（1991 年），发现长度为 359 个氨基酸。小鼠 Gna11 和 Gna15（ 139314 ）在头对尾阵列中串联复制。达维尼翁等人（1996）表明上游基因 Gna11 普遍表达，而下游基因 Gna15 的表达仅限于造血细胞。没有证据表明任一基因的编码序列中存在可变剪接。

▼ 基因结构

Strathmann 和 Simon（1991）发现小鼠 Gna11 和 Gna15（ 139314 ）在一个头对尾阵列中串联复制，跨越大约 43 kb。Davignon 等人，1996 年进一步研究了小鼠 Gna11 和 Gna15 的基因组结构。Gna11 和 Gna15 各包含由 6 个内含子插入的 7 个外显子。Gna11 位于 Gna15 的上游，分隔两个基因的区域长 6 kb。系统发育树显示 Gna15 的变化率比 Gna11 高约 6 倍。

▼ 测绘

威尔基等人（1992）证明 GNA11 基因位于小鼠 10 号染色体上（通过研究种间回交中的 RFLV）和人类 19p13 上（通过原位杂交）。

▼ 基因功能

Wirth 等人在平滑肌细胞中使用缺乏 G-α 亚基的小鼠（2008）发现 G-α-q（GNAQ; 600998 ）和 G-α-11 是维持基础血压和发展盐致高血压所必需的。相反，缺乏 G-α-12（GNA12; 604394 ）和 G-α-13（GNA13; 604406 ）及其效应物 Larg（ARHGEF12; 604763 ）不会改变正常的血压调节，但会阻止盐分的产生-诱发的高血压。

▼ 分子遗传学

Nesbit 等人的先证者来自一个 4 代亲属中的低尿钙高钙血症对应到染色体 19p13（HHC2; 145981 ）和一个与 HHC 无关的先证者（2013）分别确定了 3 bp 框内缺失和错义突变的杂合性（ 139313.0001 - 139313.0002 ）。此外，2 名不相关的低钙血症患者（HYPOC2；615361）被发现是 GNA11 错义突变杂合子（139313.0003和139313.0004））。所有 4 个 GNA11 突变都预测蛋白质结构被破坏，HEK293 细胞的功能分析表明，家族性低尿钙高钙血症 II 型相关突变降低了表达钙敏感受体的细胞对细胞外钙浓度变化的敏感性，而常染色体显性低钙血症 2 相关突变增加细胞敏感性。

在分离常染色体显性低钙血症的 2 个不相关的 4 代家庭的受影响成员中，Mannstadt 等人（2013 年）确定了在每个家庭中与疾病分离的杂合错义突变（139313.0005和139313.0006 ）。

在分离常染色体显性低钙血症的大型 4 代家族的受影响成员中，Li 等人（2014）鉴定了 GNA11 基因（R60L; 139313.0007 ）中的杂合错义突变，该突变与家族中的疾病分离，并且在 1,200 个内部全外显子组测序样本中未发现。

Gorvin 等人对一名 65 岁的印度裔女性患有低尿钙高钙血症，她的 CASR 和 AP2S1 基因突变呈阴性（2016）对 GNA11 基因的外显子和相邻剪接位点进行了测序，并确定了错义突变的杂合性（T54M; 139313.0008 ）。家庭成员无法进行隔离分析。功能研究表明突变蛋白对 Ca（2+）通道信号的损害。

体细胞突变

通过对 GNA11 基因的外显子 5 进行基因测序，Van Raamsdonk 等人（2010）在 7% 的蓝痣（ 603670 ）、32% 的原发性葡萄膜黑色素瘤（ 155720 ）和 57% 的葡萄膜黑色素瘤转移瘤中发现了影响残基 Q209 的体细胞突变。旁系同源基因 GNAQ（ 600998 ）相同密码子（Q209）的突变）在 55% 的蓝痣、45% 的原发性葡萄膜黑色素瘤和 22% 的葡萄膜黑色素瘤转移瘤中发现。样本组共包括 713 例黑色素细胞肿瘤。这些基因的外显子 4 测序，影响残基 R183，在 453 个黑色素细胞肿瘤中显示突变的发生率较低：2.1% 的蓝痣和 4.9% 的原发性葡萄膜黑色素瘤。除了在 GNA11 中 Q209 和 R183 都携带突变的单个肿瘤外，这些突变是相互排斥的。总共检查的所有葡萄膜黑色素瘤中有 83% 在 GNAQ 或 GNA11 中具有致癌突变。注射了转导 GNA11 Q209L 突变的细胞的小鼠出现了快速生长的肿瘤和转移灶，而注射了 GNA11 R183C 转导的细胞则显示出较低的效力。用 Q209L 转导的黑素细胞的蛋白质印迹分析显示 MAPK 通路的组成型激活。尽管 GNA11 突变对黑素细胞的影响似乎比 GNAQ 突变更有效，但与 GNAQ 突变相比，GNA11 突变患者的患者存活率没有差异。

Ayturk 等人使用 RNA-seq 然后过滤（2016）分析了来自 8 个个体的先天性血管瘤样本，并将 GNAQ 确定为在 3 个或更多样本中未在对照中发现的变异的唯一基因。对样本的重新分析显示，8 例中有 6 例发生体细胞 GNAQ 突变，均涉及氨基酸 209 的谷氨酰胺：4 例为 Q209L，1 例为 Q309P，1 例为 Q209H；其余 2 个样本在相同残基 Q209L 处具有 GNA11 突变。通过指趾微滴 PCR（ddPCR）和/或分子倒置探针测序（MIP-seq）在 6 个样本中确认了突变，并通过对 4 名参与者的唾液或血液进行 ddPCR 测试验证了变体的体细胞性质。使用 ddPCR 和 MIP-seq 的组合，作者还测试了 8 个福尔马林固定、石蜡包埋的先天性血管瘤样本和 4 个绒毛管瘤样本，Ayturk 等人（2016 年）指出，相同的 GNAQ 或 GNA11 突变（Q209L）发生在快速退化的先天性血管瘤（RICH）样本和非退化性先天性血管瘤（NICH）样本中，这表明其他遗传、表观遗传和/或环境因素可能导致这些肿瘤不同的出生后行为。

▼ 基因型/表型相关性

在转染的 HEK293-CASR 细胞的实验中，Li 等人（2014）观察到 GNA11 的原癌基因突变与低钙血症相关的突变之间存在显着的功能差异。与低钙血症相关的 R60L 突变相比，原致癌性 Q209L 突变对 ERK1/2（MAPK3; 601795 /MAPK1; 176948 ）的激活程度要高得多，并且 Q209L 还表现出对 p38（MAPK14; 600289 ）和 JNK（MAPK8; 601158 ）的更大激活。此外，Q209L 表现出 SRE 启动子-荧光素酶报告基因的组成型激活，表明通过 MAPK 途径增强的下游信号传导，而与野生型相比，R60L 仅产生适度增加的配体依赖性激活。李等人（2014）提出，与 Q209L 相比，R60L 的活性降低可能为在其种系中携带 R60L 突变的个体的存活提供了解释。

▼ 动物模型

使用基因靶向，Offermanns 等人（1998）产生了 Gna11 缺陷小鼠，这些小鼠存活且可生育，没有明显的行为或形态缺陷。他们用 Gna11 缺陷小鼠培育了 Gnaq 缺陷小鼠，并观察了 Gnaq 和 Gna11 之间的基因剂量效应。完全缺乏这两个基因的胚胎在子宫内死于心脏畸形。遗传了任一基因单拷贝的小鼠在出生后数小时内死于颅面和/或心脏缺陷。Offermanns 等人（1998）得出结论，这些基因的至少 2 个活性等位基因是宫外生命所必需的。遗传、形态学和药理学分析遗传这两种突变的不同组合的杂交后代表明，Gnaq 和 Gna11 在胚胎心肌细胞增殖和颅面发育中具有重叠功能。

在一项大规模诱变研究中，在大约 30,000 只小鼠的筛选中发现了一类新的显性“黑皮肤”（Dsk）突变。这些是由于真皮黑色素增加所致。范拉姆斯东克等人（2004）确定了 4 种突变中的 3 种，如 Gnaq 和 Gna11 的超形等位基因，它们编码广泛表达的 G-α-q 亚基，以加性和定量方式起作用，并且需要 B 型内皮素受体（EDNRB; 131244 ）。Gq 和 Kit 受体酪氨酸激酶之间的相互作用（ 164920）信号可以调节皮肤和头发颜色的协调或孤立控制。结果提供了一种机制，可以解释人类色素变化的几个方面，并显示必需蛋白质和信号通路的多态性如何影响单个生理系统。

Wettschureck 等人（2006 年）发现，前脑特异性缺失 G-α-q 和 G-α-11 的小鼠在 3 个月大时开始出现自发性癫痫发作，随着年龄的增长频率增加。组织学和免疫组织化学分析揭示了基因敲除小鼠海马 CA1 区的神经元变性和反应性神经胶质增生。药理学和电生理分析表明，内源性大麻素介导的保护机制在基因敲除小鼠中是完整的，但内源性大麻素合成受损，导致癫痫易感性增加和神经保护受损。

克罗等人（2007）产生了甲状腺细胞特异性 Gna11/Gnaq 缺乏症的小鼠，并观察到对 TSH 的反应碘组织和甲状腺激素分泌严重减少，许多小鼠在出生后几个月内出现甲状腺功能减退。此外，这些小鼠缺乏对 TSH 或致甲状腺肿饮食的正常增殖性甲状腺反应。克罗等人（2007）得出结论，GNA11/GNAQ 通路在甲状腺的适应性生长中具有重要作用。

▼ 等位基因变体（ 8个精选示例）：

.0001 低钙尿性高钙血症，家族性，II 型
GNA11、3-BP DEL、598ATC
在 4 代家族的受影响成员中，孤立出常染色体显性低尿钙高钙血症（HHC2; 145981 ），最初由Heath 等人研究（1992）（kindred 11675）, Nesbit 等人（2013）确定了 GNA11 基因中 3 bp 缺失（c.598_600delATC）的杂合性，导致高度保守的 ile200 残基（ile200del）框内缺失。在 NHLBI 外显子组测序项目的 55 个对照或 5,400 个外显子组中未发现该突变。对稳定表达钙敏感受体的 HEK293 细胞的功能分析表明，GNA11 ile200del 突变体可降低对细胞外钙浓度变化的敏感性。

.0002 低钙尿性高钙血症，家族性，II 型
GNA11、LEU135GLN
Nesbit 等人在 54 岁时出现低尿钙高钙血症（HHC2; 145981 ）的男性中（2013）确定了 GNA11 基因中 c.404T-A 颠换的杂合性，导致螺旋结构域中高度保守的残基发生 leu135-to-gln（L135Q）取代。在 NHLBI 外显子组测序项目的 55 个对照或 5,400 个外显子组中未发现该突变。对稳定表达钙敏感受体的 HEK293 细胞的功能分析表明，GNA11 L135Q 突变体诱导对细胞外钙浓度变化的敏感性降低。

.0003 低钙血症，常染色体显性遗传 2
GNA11、ARG181GLN
Nesbit 等人在 52 岁时被诊断出患有低钙血症（HYPOC2; 615361 ）的女性中（2013）确定了 GNA11 基因中 c.542G-A 转换的杂合性，导致螺旋结构域的 α-F 螺旋中高度保守的残基发生 arg181 到 gln（R181Q）取代。在 NHLBI 外显子组测序项目的 55 个对照或 5,400 个外显子组中未发现该突变。对稳定表达钙敏感受体的 HEK293 细胞的功能分析表明，GNA11 R181Q 突变体诱导对细胞外钙浓度变化的敏感性增加。该患者无症状，但在另一位家庭成员被诊断患有低钙血症后被确定。

.0004 低钙血症，常染色体显性遗传 2
GNA11, PHE341LEU
在一名 39 岁时出现低钙血症（HYPOC2; 615361 ）的女性中，Nesbit 等人（2013 年）确定了 GNA11 基因中 c.1023C-G 颠换的杂合性，导致 GTPase 结构域中高度保守的残基发生 phe341 到 leu（F341L）取代。在 NHLBI 外显子组测序项目的 55 个对照或 5,400 个外显子组中未发现该突变。对稳定表达钙敏感受体的 HEK293 细胞的功能分析表明，GNA11 F341L 突变体诱导对细胞外钙浓度变化的敏感性增加。患者报告有 10 年的偶发感觉异常、肌肉痉挛和腕足痉挛病史。

.0005 低钙血症，常染色体显性遗传 2
GNA11、ARG60CYS
Mannstadt 等人在分离常染色体显性低钙血症（HYPOC2; 615361 ）的 4 代家族的 6 名受影响成员中（2013）确定了 GNA11 基因外显子 2 中 c.178C-T 转换的杂合性，导致高度保守残基处的 arg60 到 cys（R60C）取代。在未受影响的家庭成员中未发现该突变。

.0006 低钙血症，常染色体显性遗传 2
GNA11、SER211TRP
Mannstadt 等人在分离常染色体显性低钙血症（HYPOC2; 615361 ）的 4 代家族的 9 名受影响成员中（2013）确定了 GNA11 基因外显子 5 中 c.632C-G 颠换的杂合性，导致高度保守残基处的 ser211 到 trp（S211W）取代。在未受影响的家庭成员中未发现该突变。

.0007 低钙血症，常染色体显性遗传 2
GNA11、ARG60LEU
在一个大型 4 代家族的 6 名受影响成员中，孤立出常染色体显性低钙血症（HYPOC2; 615361 ），最初由Hunter 等人报道（1981），李等人（2014）确定了 GNA11 基因中 c.179G-T 颠换的杂合性，导致 α-1 螺旋内的关键残基处发生 arg60 到 leu（R60L）取代，从而与螺旋结构域中的 asp71 形成盐桥，从而稳定链接器 1. 该突变与家族中的疾病分离，在 1,200 个内部全外显子组测序样本中未发现。表达 R60L 突变体的转染 HEK293 细胞显示出浓度-反应曲线的左移，表明对与功能获得突变一致的细胞外钙浓度变化的敏感性增强。李等人（2014）指出，该家庭的所有受影响成员都出现了轻微的出生后生长障碍，并且明显短于未受影响的亲属。

.0008 低钙尿性高钙血症，家族性，II 型
GNA11、THR54MET
在一名 65 岁的印度裔女性中，患有低尿钙高钙血症（HHC2; 145981 ），Gorvin 等人（2016）鉴定了 GNA11 基因外显子 2 中 c.161C-T 转换（c.161C-T，NM_002067）的杂合性，导致 α-1 螺旋内高度保守残基处的 thr54-to-met（T54M）取代. 家庭成员无法进行隔离分析。在 NHLBI-ESP 或 ExAC 数据库中未发现该变体。瞬时转染的 HEK293-CaSR 细胞中的功能研究表明，与野生型 GNA11 相比，T54M 突变体的平均 EC（50）值显着升高，与 CaSR 信号转导受损一致，Ca（2+）浓度-反应曲线向右移动。此外，与表达野生型蛋白或先前报道的 L135Q 突变体（ 139313.0002）的细胞相比，表达 T54M 突变体的细胞的最大信号反应显着降低）。