鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，α-转导活性多肽 1

通过物理克隆方法和生物信息学计算分析，Lerman 和 Minna（2000）在染色体 3p21.3 的一个区域中鉴定了许多基因，包括 GNAT1，该区域与推定的肺癌肿瘤抑制基因相关。推导出的 350 个氨基酸的转导蛋白与小鼠蛋白 100% 相同，包含一个 G-α 结构域和一个 ARF 结构域。Northern 印迹分析揭示了一个 1.5-kb 转录物在视网膜和胎儿心脏以及 T 细胞系中的大量表达。在肺癌或肺癌细胞系中未检测到表达，在任何肺癌细胞系中均未发现突变。Lerman 和 Minna（2000）得出结论，GNAT1 不太可能是功能性肿瘤抑制基因研究的候选者。

Naeem 等人使用视紫红质 mRNA 水平作为光感受器发育的分子标记（2012）研究了不同出生后时间间隔内小鼠眼组织中 Gnat1 转录水平的定量表达。在出生后第 5 天（P5） 之前未检测到 Gnat1 和视紫红质表达；然而，它们的表达从 P7 呈指数增长，表明 Gnat1 存在于光感受器中。比较不同眼组织中 Gnat1 的表达水平表明 GNAT1 在视网膜中高表达，其次是睫状体、虹膜和视网膜色素上皮。

▼ 基因结构

通过基因组序列分析，Lerman 和 Minna（2000）确定 3.5-kb GNAT1 基因包含 7 个外显子。

伯恩等人（1991）分析了 GTPase 超家族的保守结构，其中包括 ras 癌基因的 21-kD（相对分子质量，21,000）产物（例如，190020、190070 ）和异源三聚体信号转导 G 蛋白的 α 亚基。所有此类 GTP 酶都经历相同的单向循环，其中 GDP 与 GTP 的交换打开开关，而 GTP 水解将其关闭。GTPases 的结构不仅在整体设计上，而且在细节上也很相似。

▼ 测绘

斯帕克斯等人（1987）和布拉特等人（1988）将不同 G 蛋白亚基的 cDNA 探针与小鼠/人体细胞杂交组杂交。这允许将 α 转导 G 蛋白、多肽 1 的基因分配给人类 3 号染色体。Sparkes 等人（1987）将小鼠中的相应基因对应到第 9 号染色体。Danciger 等人使用牛棒转导素 α 亚基的 cDNA 克隆（1989）还用一组中国仓鼠体细胞杂交 DNA 将相应的基因 Gnat1 定位到小鼠第 9 号染色体。通过原位杂交，Wilkie 等人（1992）证明 GNAT1 基因位于 3p21 上。他们证实小鼠等效物位于第 9 号染色体上。当光线照射到视杆细胞上时，转导素参与 cGMP-磷酸二酯酶的刺激。丹西格等人（1989）得出结论，称为 rd 的小鼠视网膜退化的主要缺陷不能存在于该基因中，因为该疾病对应到小鼠 5 号染色体。Ngo 等人（1993）通过原位杂交将 GNAT1 置于 3p22 上。结合早期的工作，本地化可以说是3p22-p21.3。

伯恩等人（1991）注意到 GNAT1 和 GNAI2（ 139360 ） 基因紧密位于人类 3p21 和小鼠 9 号染色体上，这与它们是由啮齿动物和灵长类动物分化之前发生的串联基因复制产生的概念一致。类似地，GNAI3（ 139370 ） 和 GNAT2（ 139340 ） 在人类 1p13 和鼠染色体 3 上显然密切相关。

威尔基等人（1992）指出，在哺乳动物中，15 个 G 蛋白 α 亚基基因可以按序列和功能相似性分为 4 类：Gs、Gi、Gq 和 G12。从这15个基因的染色体位置，结合人类的作图研究，他们提出了基因的系统发育树。

Lerman 和 Minna（2000）在染色体 3p21.3 的一个区域中鉴定了人类 GNAT1 基因，该区域与推定的肺癌肿瘤抑制基因相关。

▼ 基因功能

鲁伊斯-阿维拉等人（1995）证明杆状转导素不仅存在于视网膜细胞中，还存在于脊椎动物的味觉细胞中，它特异性地激活从味觉组织中分离出来的磷酸二酯酶。其他结果表明，杆转导素通过将味觉受体与味觉细胞磷酸二酯酶偶联来转导苦味。Gustducin（ 139395 ） 是一种味觉受体细胞特异性的 G 蛋白，与转导素密切相关。味觉可分为四种主要感觉：咸味、酸味、甜味和苦味。咸味和酸味由顶端通道直接转导，而甜味和苦味则利用环核苷酸第二信使。杆状转导素在苦味中的作用是后一种机制的一个例子。

奈尔等人（2005）鉴定了杆状光感受器中存在富含 leu-gly-asn 重复的蛋白（LGN; 609245 ），这是一种假定的转导蛋白结合伙伴。

使用小鼠和大鼠视网膜横截面的免疫荧光和蛋白质印迹分析，Sinha 等人（2013）发现 Unc119（604011 ）在所有光照水平下主要定位于杆内段。相比之下，在照明下，大部分 Gnat1 从杆外段转移到其他杆细胞隔间，与 Unc119 共定位。蛋白质印迹分析表明，小鼠视网膜中 Unc119 与 Gnat1 的摩尔比约为 1 到 4。对 Gnat1 -/- 小鼠视网膜的分析表明 Unc119 和 Gnat1 蛋白的表达是相互依赖的，这表明 Gnat1 与 Unc119 相互作用以通过复合物形成来稳定它。

▼ 生化特征

Cheguru 等人（2015）研究了由肉豆蔻酰化嵌合 GNAT1 和 UNC119 的 50 至 240 位氨基酸形成的复合物的溶液结构。他们发现，在 GNAT1 与 UNC119 结合后，GNAT1 的 N 端 α 螺旋在铰链残基 27 到 29 处旋转 45 度，并在残基 8 到 9 周围弯曲。分析还表明，两者之间存在一种新的相互作用界面。蛋白质。GNAT1 的效应结合位点被 UNC119 封闭在复合物中。

▼ 分子遗传学

常染色体显性先天性静止性夜盲症 3

Dryja 等人（1996）报道了 Jean Nougaret（1637-1719） 的先天性静止性夜盲症（CSNBAD3; 610444 ） 的后代在 GNAT1 基因中携带错义突变。2 个受影响同胞的序列分析显示密码子 38（ 139330.0001 ） 中的点突变导致 G38D 氨基酸变化。SSCP 未发现编码区或侧翼内含子序列的其他变化。Dryja 等人（1996）报告说，随后对 27 名亲属的分析表明，该突变仅存在于受影响的家庭成员中。Dryja 等人（1996）指出，gly38 是包括 p21（RAS） 在内的杂聚 G 蛋白中高度保守的残基（参见190020）。

在 3 代丹麦家族中，常染色体显性 CSNB 对应到染色体 3p，Szabo 等人（2007）鉴定了与疾病分离 的 GNAT1 基因（Q200E; 139330.0002 ） 中的杂合错义突变。

常染色体隐性先天性静止性夜盲症 1G

在分离常染色体隐性 CSNB（CSNB1G; 616389 ） 的近亲巴基斯坦家庭的受影响成员中，Naeem 等人（2012）确定了 GNAT1 基因中错义突变（D129G; 139330.0003 ） 的纯合性。家族中的杂合子不受影响。

Carrigan 等人对一名 80 岁的爱尔兰男性终生非进行性夜盲症，同时表现出迟发性轻度局部色素性视网膜炎（2016）确定了 GNAT1 基因（Q302X; 139330.0004 ） 中无义突变的纯合性。作者注意到患者和 Gnat1 -/- 小鼠的视网膜电图反应之间的相似性（参见动物模型）。

▼ 动物模型

卡尔弗特等人（2000）生成 Gnat1 -/- 小鼠并观察到随年龄增长的轻度视网膜变性。到 13 周时，空小鼠的视杆外段长度缩短，外核层厚度减少约 1 排核，表明视杆损失约 10%。在 51 周时，外核层或外段长度几乎没有进一步变化，但内核层稍薄，可能是由于感光器下游神经元的继发性损失。视网膜电图（ERG） 分析显示 Gnat1 -/- 小鼠没有产生可检测的杆 b 波，表明杆和/或杆双极细胞中存在重大缺陷。注意到小鼠中的a波几乎完全是通过抑制棒状循环电流产生的，作者指出，它在 Gnat1 -/- 小鼠中的缺失表明杆循环电流不存在或对光无反应。尽管如此，暗适应的 Gnat1 -/- 小鼠确实表现出对强烈闪光的反应。然而，反应仅包括与小鼠锥体 b 波非常相似的角膜阳性信号。在抑制超过 95% 的视杆循环电流的背景上叠加明亮的探针闪光，在野生型和无效小鼠中产生了 ERG，它们彼此非常相似，也类似于暗适应无效小鼠的轨迹，这支持了 Gnat1 的假设-/- 响应源自锥驱动细胞。对单个细胞中的光转导的分析表明，绝大多数（来自 4 只无效小鼠的 213 个视杆）未能响应闪光，其提供的光子数量是野生型视杆中半最大响应所需的光子数量的 600 倍。因为 1 个细胞确实有反应，卡尔弗特等人（2000 年）提出，也许一小部分视杆细胞中的光转导可能由 G 蛋白支持，而不是 Gnat1。

哈塔尔等人（2003）研究了除视杆锥细胞和黑视蛋白之外的光感受器系统是否参与瞳孔反射、光诱导的生物钟相位延迟以及恒定光照下的昼夜节律周期延长。Hattar 等人使用缺乏视杆细胞和视锥细胞的小鼠（2003）测量了相移运动行为的昼夜节律的动作谱。该光谱与相同基因型小鼠的瞳孔光反射以及表达黑视蛋白的视网膜神经节细胞的内在光敏性相匹配。哈塔尔等人（2003）还产生了三重敲除小鼠（用于 Gnat、Cnga3、600053和Opn4、606665） 其中视杆锥细胞和黑视蛋白系统均被静音。这些动物有完整的视网膜，但没有表现出任何明显的瞳孔反射，无法进入光/暗循环，也没有表现出对光的任何掩蔽反应。因此，Hattar 等人（2003）得出结论，视杆锥细胞和黑视蛋白系统似乎共同为这些辅助视觉功能提供了所有的光输入。

RPE65 基因（ 180069 ） 和 LRAT 基因（ 604863 ） 的失活突变会导致 Leber 先天性黑蒙（LCA） 的形式。前田等人（2009）研究了具有视觉周期异常的人类 RPE65-LCA 患者和小鼠，以确定慢性生色团剥夺对视锥细胞的影响。具有 RPE65 突变的年轻患者显示中心凹锥丢失以及剩余锥的内外节段缩短；在缺乏 Rpe65 或 Lrat 基因功能的年轻小鼠中，视锥细胞的损失也很严重。为了选择性地评估视锥细胞病理生理学，作者通过生成缺乏 Lrat 或 Rpe65 以及失活 Gnat1 基因的双敲除小鼠来消除视杆对视网膜电图（ERG） 反应的贡献。Gnat1-null/Lrat-null 小鼠中不存在锥体 ERG 反应，这也显示锥体进行性退化。Gnat1-null/Rpe65-null 小鼠的锥体 ERG 反应在数周内显着降低和下降。用人工生色团前药治疗这些小鼠，9-cis-retinyl acetate，部分保护下视网膜视锥，改善的 ERG 和视网膜组织化学证明了这一点。用视黄胺（一种 RPE65 的选择性抑制剂）长期治疗的 Gnat1 缺失小鼠也表现出锥体数量的下降，而 9-cis-retinyl acetate 可以改善这种情况。前田等人（2009）表明，长期缺乏发色团可能会导致小鼠和人类的视锥细胞逐渐丧失，并且 LCA 患者的治疗可以针对早期将发色团充分递送至视锥细胞光感受器。

▼ 等位基因变体（ 4个精选示例）：

.0001 夜盲，先天性静止，常染色体显性遗传 3
GNAT1、GLY38ASP
在 Jean Nougaret（1647-1719） 的常染色体显性先天性静止性夜盲症（CSNBAD3; 610444 ） 的后代中，Dryja 等人（1996）确定了 GNAT1 基因外显子 2 中 GA 转换的杂合性，导致在与 GTP 的 α 和 β 磷酸盐形成氢键的小环内的高度保守残基处发生 gly38 到 asp（G38D） 取代/国内生产总值。在 75 名对照中未发现这种与家族疾病分离的突变。

.0002 夜盲，先天性静止，常染色体显性遗传 3
GNAT1、GLN200GLU
在患有常染色体显性夜盲症（CSNBAD3; 610444 ） 的 3 代丹麦家庭的受影响成员中，Szabo 等人（2007）确定了 GNAT1 基因外显子 6 中 c.598C-G 颠换（c.598C-G, NM_144499.1） 的杂合性，导致 gln200 到 glu（Q200E） 取代。该突变与家族中的疾病分离，在 104 个对照等位基因中未发现。胰蛋白酶降解研究表明，Q200E 突变转导素不会与 GDP.A1F-/4 形成适当的复合物。

.0003 夜盲，先天性固定，1G 型
GNAT1、ASP129GLY
Naeem 等人在 4 名受影响的近亲巴基斯坦家庭成员中，患有常染色体隐性先天性静止性夜盲症，对应到染色体 3p22.1-p14.3（CSNB1G; 616389 ）（2012）确定了 GNAT1 基因中 c.386A-G 转换的纯合性，导致在高度保守的残基处发生 asp129 到 gly（D129G） 取代。未受影响的家庭成员是该突变的杂合子，在 192 个种族匹配的对照染色体中未发现该突变。

.0004 夜盲症，先天性文具，1G 型
GNAT1、GLN302TER
Carrigan 等人在一名 80 岁的爱尔兰男性终生非进行性夜盲症（CSNB1G; 616389 ） 中表现出迟发性轻度局限性色素性视网膜炎（2016）确定了 GNAT1 基因中 c.904C-T 转换的纯合性，导致 gln302-to-ter（Q302X） 取代消除了 49 个 C 端氨基酸，其中一些对 α-转导蛋白功能至关重要. 在先证者未受影响的 56 岁女儿的杂合子中检测到该突变，但在其他 190 名患有遗传性视网膜病的爱尔兰患者或 1000 基因组计划数据库中未发现该突变；然而，它在 ExAC 数据库中以 5/66,210 的低等位基因频率存在。