发育性和癫痫性脑病 67 CUT-LIKE 同源基因 2

CUX2 基因编码一种转录因子，该因子在大脑皮层神经元层的树突分支、脊柱发育和突触形成中起重要作用（Chatron 等人的总结，2018 年）。

▼ 克隆与表达

夸金等人（1996）克隆了老鼠 Cutl2，他们称之为 Cux2。推导出的 1,426 个氨基酸蛋白质的计算分子量为 155 kD。Cux2 包含 3 个切割重复和一个 C 末端同源域。同源结构域的 Helix-3 具有 4 个与 DNA 大沟相互作用的不变残基。Northern印迹分析仅检测到大脑中的Cux2表达。成年小鼠大脑的原位杂交显示丘脑和边缘系统神经元细胞质中主要表达Cux2 mRNA。在胚胎中，Cux2 在发育中的中枢和外周神经系统中表达，包括三叉神经和舌咽神经的端脑和外周神经节。

金格拉斯等人（2005）指出人类 CUTL2 蛋白包含 4 个 DNA 结合结构域：3 个切割重复和一个同源结构域。RT-PCR 检测到人脑、SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞和 DAOY 髓母细胞瘤细胞中的 CUTL2 mRNA 表达。人神经元细胞系的蛋白质印迹分析显示 CUTL2 蛋白仅在 SH-SY5 细胞中表达。免疫组织化学分析将 CUTL2 定位在人乳腺肿瘤细胞和转染的小鼠成纤维细胞的细胞核中。

▼ 测绘

金格拉斯等人（2005）指出 CUTL2 基因对应到染色体 12q23.13。夸金等人（1996）将小鼠 Cutl2 基因定位到远端 5 号染色体。

▼ 基因功能

Quaggin 等人使用电泳迁移率变动分析（1996）发现小鼠 Cux2 的 C 末端切割重复和同源域以浓度依赖性方式结合源自 Ncam 基因（NCAM1; 116930 ）启动子区域的寡核苷酸。

金格拉斯等人（2005）发现小鼠 Cutl2 的 DNA 结合结构域成对起作用以结合特定的 DNA 序列。全长小鼠和人类 CUTL2，以及包含至少 1 个切割重复和同源域的截短 CUTL2 蛋白，与 DNA 形成复合物并迅速解离。小鼠和人类 CUTL2 均抑制由 p21（WAF1）（CDKN1A; 116899 ）启动子驱动的报告基因活性。

帕尔等人（2015）发现敲除大鼠胚胎皮层神经元中的 Cux2 会导致 DNA 损伤显着增加。与野生型 MEF 相比，Cux2 -/- 小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）的 DNA 修复效率降低。体外试验表明，CUX2 的切割重复结构域刺激了 OGG1 的糖基化酶和 AP 裂解酶活性（ 601982）。转染的 HEK293T 细胞中的下拉试验确定 CUX2 直接与 OGG1 相互作用并在体外刺激其与含 7,8-二氢-8-氧鸟嘌呤的 DNA 结合。彗星试验表明，CUX2 的异位表达在体内挽救了 Cux2 -/- MEFs 的 DNA 修复缺陷。人类 HCC38 乳腺肿瘤细胞中的 CUX2 敲低降低了细胞增殖并增加了凋亡细胞死亡。对 CUX2 敲低 HCC38 细胞的进一步检查显示，氧化性 DNA 损伤的修复显着延迟，而 HCC38 细胞中 CUX2 的异位表达加速了 DNA 修复并减少了 DNA 损伤。

▼ 分子遗传学

在 9 名发育性和癫痫性脑病 67（DEE67; 618141 ）无关的患者中， Chatron 等人（2018）在 CUX2 基因（ 610648.0001 ）中发现了相同的从头杂合 E590K 突变。Rauch 等人之前曾报道过其中三名患者（2012）（患者 1）、Epi4K 联盟和癫痫表型组/基因组计划（2013）（患者 6）和Geisheker 等人（2017 年）（患者 9）。该突变是通过外显子组测序发现的，在 ExAC/gnomAD 数据库中没有发现。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

在 DEE67 的丹麦女孩中，Barington 等人（2018）在 CUX2 基因中发现了一个从头杂合的 E590K 突变。该突变是通过外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序确认。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

▼ 动物模型

Cubelos 等人（2010）分析了野生型小鼠体感皮层中单个 II-III 层神经元的树突形态，Cux1（ 116896）） -/- 小鼠和 Cux2 -/- 小鼠，发现 Cux1 和 Cux2 控制上皮质层锥体神经元中的树突分支和树突棘的数量。敲除 II-III 层离散神经元群中的 Cux1 和 Cux2 表明，Cux1 和 Cux2 在指导早期树突发育方面具有相关和相加功能，并且上层神经元中树突复杂性的最终模式取决于 Cux1 的组合表达和 Cux2。电子显微镜显示 Cux2 -/- 小鼠上层皮质神经元中突触形成的改变，这些突触缺陷与脊柱形态的变化相关。在 Cux 缺陷的上层神经元中观察到的形态学变化与 Cux2 -/- 小鼠上层锥体神经元的突触功能降低相关。使用 RNA 阵列对 Cux2 -/- 小鼠皮层的基因表达分析显示 Xlr3b 和 Xlr4b 上调，它们编码染色质重塑蛋白。计算机分析和敲低和过表达实验证实 Xlr3b 和 Xlr4b 是 Cux1 和 Cux2 的下游效应子，参与控制树突棘的发育，并表明 Cux1 和 Cux2 通过直接转录调控抑制它们的表达。Cux2 -/- 小鼠的工作记忆严重受损，Cux2 -/- 小鼠的树突和突触改变与工作记忆缺陷相关。计算机分析和敲低和过表达实验证实 Xlr3b 和 Xlr4b 是 Cux1 和 Cux2 的下游效应子，参与控制树突棘的发育，并表明 Cux1 和 Cux2 通过直接转录调控抑制它们的表达。Cux2 -/- 小鼠的工作记忆严重受损，Cux2 -/- 小鼠的树突和突触改变与工作记忆缺陷相关。计算机分析和敲低和过表达实验证实 Xlr3b 和 Xlr4b 是 Cux1 和 Cux2 的下游效应子，参与控制树突棘的发育，并表明 Cux1 和 Cux2 通过直接转录调控抑制它们的表达。Cux2 -/- 小鼠的工作记忆严重受损，Cux2 -/- 小鼠的树突和突触改变与工作记忆缺陷相关。Cubelos 等人（2010）得出结论，CUX1 和 CUX2 调节树突分支、脊柱形态和皮层上层神经元的突触。

▼ 等位基因变体（ 1 示例）：

.0001 发展性和癫痫性脑病 67
CUX2、GLU590LYS
在 9 名发育性和癫痫性脑病 67（DEE67; 618141 ）无关的患者中， Chatron 等人（2018 年）在 CUX2 基因中鉴定了相同的从头杂合 c.1768G-A 转换（c.1768G-A，NM_015267.3），导致在高度保守的残基处发生 glu590 到赖氨酸（E590K）的取代。第一个 DNA 结合 CUT 结构域的第三个 α 螺旋。通过外显子组测序发现的突变在 ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现。此前曾报道过其中三名患者。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。患者在出生后的头几个月出现难治性婴儿痉挛或肌阵挛或失神发作。

在一个 17 岁的丹麦女孩 DEE67 中，Barington 等人（2018）在 CUX2 基因中发现了一个从头杂合的 E590K 突变。该突变是通过外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序确认。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。患者从婴儿期开始就出现整体发育迟缓，并在 12 个月大时出现肌阵挛和全身性癫痫发作。