无脑畸形 3; 微管蛋白，α，大脑特异性

微管往往在功能上不同，并参与有丝分裂、细胞运动、细胞内运动和其他生物过程。微管的主要成分是不同的 α 和 β 微管蛋白异构体，它们通常是细胞类型特异性的。

Lewis 和 Cowan（1990）回顾了 α-微管蛋白基因家族。在人类中，这个家族由 15 到 20 个分散的基因组成，其中许多是经过加工的假基因。人和大鼠基因家族成员的前 3 个内含子位置相同；此外，一些人类α-微管蛋白基因有第四个内含子，也在相同的位置。在脊椎动物物种中，基因可以通过它们的 3 素非翻译区（UTR）来区分。由于α-微管蛋白的大部分多样性聚集在 C 端区域并且在物种间是保守的，α-微管蛋白基因可以根据其编码的 C 端基序与小鼠 α-微管蛋白基因的同源性进行分类.

▼ 命名法

见Khodiyar 等人（2007 年）修订了 α-微管蛋白基因家族的命名法。

▼ 克隆与表达

b-α-1 基因，由Cowan 等人从人胎脑 cDNA 文库中克隆（1983），是小鼠 M-α-1 的人类对应物。通过 Northern 印迹分析，Cowan 等人（1983）表明 b-α-1 mRNA 仅在大脑中表达。他们发现 b-α-1 的 3 素 UTR 与大鼠脑 α-微管蛋白基因 IL-α-T1 的 UTR 同源性超过 80%。

Hall 和 Cowan（1985）筛选了具有 b-α-1 的 3 素 UTR 的人类基因组文库，并分离了 b-α-1 基因和假基因。B-α-1 编码预测的 451 个氨基酸蛋白质，该蛋白质与大鼠同源物 100% 相同，与猪和鸡同源物分别仅相差 2 和 3 个氨基酸。此外，他们观察到 b-α-1 基因的第一个也是最大的内含子与大鼠基因的内含子同源。Northern印迹显示b-α-1 表达仅限于形态分化的神经细胞。

通过 Northern 印迹分析和原位杂交，Miller 等人（1987 年）发现，他们称为 T-α-1 的大鼠 b-α-1 同源物在神经元过程的延伸过程中以高水平表达。

克拉布特里等人（2001）从人类视网膜 cDNA 文库中克隆了 α-微管蛋白变体。一种变体与Cowan 等人分离的克隆具有相同的序列（1983）来自胎儿大脑，另一个与Hall 和 Cowan（1985）分离的大脑特异性 α-微管蛋白克隆具有相同的序列，表明该 α-微管蛋白基因在大脑和视网膜中均有表达。

Poirier 等人（2007）检测到人类胎儿大脑中 TUBA1A 基因的高表达。对小鼠胚胎的详细研究表明，在皮层、海马、小脑、脑干和喙部迁移流中都有表达。Tuba1a 在出生后后期和成年期的大多数神经元中的表达降低。

▼ 基因结构

Hall 和 Cowan（1985）确定 b-α-1 基因包含 4 个外显子并且跨度小于 4 kb。

▼ 测绘

Scott（2001）基于 TUBA1A 序列（GenBank AF141347 ）与染色体 12 克隆 RP11-234P5 和 RP11-977B10（GenBank AC016125和 GenBank AC010173 ）之间的序列相似性，将 TUBA1A 基因对应到人类染色体 12 。

科迪亚尔等人（2007）指出，TUBA1A 基因对应到人类染色体 12q13.12 和小鼠染色体 15F1。

▼ 分子遗传学

Keays 等人在 2 名无关联的无脑畸形患者（LIS3; 611603 ）中（2007）和Poirier 等人（2007）鉴定了 TUBA1A 基因中的 2 个不同的从头杂合突变（ 602529.0001 ; 602529.0002 ）。Poirier 等人（2007）鉴定了从头杂合的 TUBA1A 突变（参见，例如，602529.0003 - 602529.0005）在另外 6 名患有广泛脑发育不全的患者中，从 agyria 到层状异位。脑部 MRI 回顾性检查显示小脑、海马、胼胝体和脑干有缺陷。幸存的患者表现出智力低下、癫痫发作、运动迟缓和小头畸形。一般来说，脑后脑区的脑回畸形比前脑区更严重。

Bahi-Buisson 等人（2008 年）在 100 名无脑畸形患者中的 6 名TUBA1A 基因中发现了 6 个从头突变（参见，例如，602529.0006；602529.0007），这些患者对其他已知的无脑畸形相关基因的突变呈阴性。表型范围从不太严重的外侧裂周围厚脑回到更严重的后侧为主的脑回，这与内囊前肢发育不全和轻度至重度小脑发育不全有关。具有 TUBA1A 突变的患者具有共同的临床表型，包括先天性小头畸形、智力迟钝和双瘫/四肢瘫痪。

莫里斯-罗森达尔等人（2008 年）在 46 名患者中的 5 名中发现了 4 种不同的 TUBA1A 突变（参见，例如，602529.0008 ），在脑 MRI 上具有不同模式的无脑畸形并且没有 DCX（ 300121 ）或 PAFAH1B1（ 601545 ）突变。5 例患者中有 4 例为先天性小头畸形，均存在胼胝体发育不全、小脑发育不全和多变的皮质畸形，包括轻微的皮质下束带异位和内囊前肢缺失或发育不全。

库马尔等人（2010 年）筛选了 125 名无脑畸形患者的队列，其中 DCX 和 PAFAH1B1 的突变已被排除，并在 1% 的经典无脑畸形儿童和 30% 的小脑发育不全儿童中发现了新的和复发性 TUBA1A 突变。在 1 名胼胝体发育不全和小脑发育不全但无无脑畸形的儿童中也发现了 TUBA1A 突变。作者展示了比已报道的更广泛的表型，并表明与无脑畸形相关的 TUBA1A 突变可能通过多种机制起作用，包括破坏微管相关蛋白的结合位点。

田等人（2010）研究了 9 种疾病相关的 TUBA1A 突变对微管蛋白折叠、异二聚体组装、微管动力学和稳定性的影响。每个突变蛋白的翻译产量在一个连续统一体中变化，从类似于野生型突变体 L286F 的量到突变体 I188L（ 602529.0003 ）、I238V、P263T（ 602529.0004 ）、R402H（ 602529.0002 ）和 S419L（ 602529.0005 ）的形成略有减少），显着减少突变体 V303G、L397P 和 R402C 的数量。对 GTP 依赖性聚合和解聚的研究表明，所有引起疾病的 TUBA1A 突变都能在体外组装成微管。然而，一些突变蛋白在微管蛋白异二聚体组装途径中表现出缺陷，在中间体的产生方面存在缺陷。与对照 TUBA1A 相比，突变体 I188L、I238V、L397P 和 R402C 的中间体产率均较低；此外，R402C 显示出与时间相关的中间体衰减，表明不稳定。一些突变蛋白（R264C、V303G 和 L397P）也显示出与组装伴侣蛋白 TBCB 的相互作用有缺陷（参见，例如，TBCA，610058）。异二聚体稳定性测试表明 P263T 和 V303G 稳定性降低，而 L397P 和 R402C 高度不稳定。P263T 表达导致异二聚体组装，对微管动力学产生有害影响，而其他突变蛋白未显示微管生长缺陷。研究结果表明，不同的 TUBA1A 突变会导致各种微管蛋白缺陷，但也表明这些突变可能会导致与其他对正常神经元迁移必不可少的相互作用蛋白的相互作用受损。

艾肯等人（2019）发现人类 TUBA1A R402C 或 R402H 突变体在小鼠大脑中的表达破坏了皮质神经元的迁移。酵母中的类似 R402 突变体 α-微管蛋白组装成微管，但微管聚合率较低且动力蛋白功能受到干扰。动力蛋白活性的损害与酵母中突变体α-微管蛋白的表达水平成正比，表明一种主要的“中毒”机制。

▼ 动物模型

凯斯等人（2007）报道了一种过度活跃的 N-乙基-N-亚硝基脲（ENU）诱导的小鼠突变体，海马和皮质的层状结构异常，伴有神经元迁移受损。精细定位和基因组筛选确定了 Tuba1a 基因中的 S140G 突变。功能研究表明，该突变导致 GTP 结合减少和微管蛋白异二聚体形成受损。然而，确实形成的异二聚体能够聚合并并入培养细胞的微管网络中。异常的神经元迁移表现为视觉、听觉和体感皮层 II/III 和 IV 层的扰动，以及海马中的锥体细胞层断裂。行为研究表明，突变小鼠的空间工作记忆受损，焦虑减少，筑巢异常，凯斯等人（2007）得出结论，TUBA1A 基因的致病突变会干扰微管功能，从而损害神经元迁移。

▼ 等位基因变体（ 9个精选示例）：

.0001 无脑 3
TUBA1A，ARG264CYS
Keays 等人在患有无脑回（LIS3; 611603 ）的患者中（2007）和Poirier 等人（2007）在 TUBA1A 基因的外显子 4 中发现了一个杂合的从头 790C-T 转换，导致 H8 和 S7 之间的环中的 arg264 到 cys（R264C）取代。患者有小头畸形、脑回肿、胼胝体形状异常以及小脑蚓部和脑干发育不全。临床特征包括严重精神发育迟滞、轻度运动迟缓和无癫痫发作。Poirier 等人（2007）报道了另一名携带 R264C 突变的具有相似表型的无关患者。

Bahi-Buisson 等人（2008 年）在另外 2 名 LIS3 无关患者中发现了 R264C 突变。

.0002 无脑 3
TUBA1A, ARG402HIS
Keays 等人在患有无脑回（LIS3; 611603 ）的患者中（2007）和Poirier 等人（2007 年）在 TUBA1A 基因的外显子 4 中发现了一个杂合的从头 1205G-A 转换，导致在与 β-微管蛋白（ 191130）。患者有小头畸形、脑回、胼胝体薄、海马异常、小脑蚓部和脑干发育不全，脑室严重扩张。临床特征包括严重的精神发育迟滞、痉挛性四肢瘫痪和顽固性强直阵挛性癫痫发作。

通过广泛的体外功能表达测定，Tian 等人（2010）发现突变体 R402H 的表现与野生型相似，尽管翻译的蛋白质量略有减少，微管蛋白组装中间体的形成也略有减少。对从头异二聚体组装或微管动力学没有明显影响，表明疾病表型可能是由对其他微管依赖性过程（例如相关蛋白的结合）的影响引起的。

.0003 无脑 3
TUBA1A, ILE188LEU
Poirier 等人在患有无脑回-3（LIS3; 611603 ）的女性患者中（2007）鉴定了 TUBA1A 基因中的杂合从头 562A-C 颠换，导致 ile188-to-leu（I188L）取代。她有小头畸形、层状异位、薄胼胝体部分发育不全，以及脑干和小脑蚓部发育不全。

通过广泛的体外功能表达测定，Tian 等人（2010）发现突变体 I188L 的表现与野生型相似，尽管翻译的蛋白质量略有减少，微管蛋白组装中间体的形成也略有减少。对从头异二聚体组装或微管动力学没有明显影响，表明疾病表型可能是由对其他微管依赖性过程（例如相关蛋白的结合）的影响引起的。

.0004 无脑 3
TUBA1A, PRO263THR
在 26 周大的无脑回-3（LIS3; 611603 ）胎儿中，Poirier 等人（2007）鉴定了 TUBA1A 基因中的从头杂合 787C-A 颠换，导致 pro263 到 thr（P263T）取代。尸检显示脑回不全，胼胝体发育不全，海马异常，小脑蚓部和脑干发育不全，脑室严重扩张。

通过广泛的体外功能表达测定，Tian 等人（2010）发现突变体 P263T 显示出稳定性降低，并导致异二聚体组装，对微管动力学产生有害影响，并抑制微管生长速率。

.0005 无脑 3
TUBA1A, SER419LEU
在一名患有无脑回-3（LIS3; 611603 ）的 18 岁男性中， Poirier 等人（2007）鉴定了 TUBA1A 基因中的从头杂合 1256C-T 转换，导致 ser419-to-leu（S419L）取代。他有严重的精神发育迟滞、痉挛性四肢瘫痪、顽固性癫痫发作和脑回肿。

通过广泛的体外功能表达测定，Tian 等人（2010）发现突变体 S419L 的表现与野生型相似，尽管翻译的蛋白质量略有减少，微管蛋白组装中间体的形成也略有减少。对从头异二聚体组装或微管动力学没有明显影响，表明疾病表型可能是由对其他微管依赖性过程（例如相关蛋白的结合）的影响引起的。

.0006 无脑 3
TUBA1A、LEU397PRO
Bahi -Buisson 等人对一名患有无脑回-3（LIS3; 611603 ）的 5.5 岁男孩进行了研究（2008）鉴定了 TUBA1A 基因中的从头杂合 1190T-C 转换，导致 leu397 到 pro（L397P）取代。患者有小头畸形、痉挛性双瘫和认知迟缓，几乎没有学会什么字。MRI 扫描显示外侧裂周围厚脑回伴内囊发育不全和胼胝体后部发育不全。小脑也有严重的蠕虫发育不良。在 360 名对照个体中未发现该突变。

.0007 无脑 3
TUBA1A，ARG422CYS
Bahi -Buisson 等人在一名患有无脑回-3（LIS3; 611603 ）的 4.5 岁女孩中（2008）鉴定了 TUBA1A 基因中的从头杂合 1264C-T 转换，导致 arg422-to-cys（R422C）取代。患者有小头畸形、痉挛性双瘫，只能说短句。MRI 扫描显示外侧裂周围厚脑回伴内囊发育不全和胼胝体轻度发育不全。小脑也有轻度蠕虫发育不全。在 360 名对照个体中未发现该突变。

.0008 无脑 3
TUBA1A, ARG422HIS
在 2 名无脑回-3（LIS3; 611603 ）无关患者中， Morris-Rosendahl 等人（2008）鉴定了 TUBA1A 基因外显子 4 中的杂合 1265G-A 转换，导致 arg422 到他的（R422H）取代。除了小头畸形、癫痫发作、脑回肿以及胼胝体和小脑发育不全的典型特征外，两名患者都有皮层下束带异位的细微证据。

.0009 无脑 3
TUBA1A, ILE5LEU
Jansen 等人在 2 个姐妹中，由近亲摩洛哥父母所生，患有无脑回-3（LIS3; 611603 ）（2011）鉴定了 TUBA1A 基因外显子 2 中的杂合 13A-C 颠换，导致 ile5 到 leu（I5L）取代。女孩有发育迟缓、痉挛性瘫痪和共济失调；一个有癫痫发作。脑部 MRI 显示外侧裂多小脑回、灰质异位、由于基底节形状异常导致右侧额角呈钩状的侧脑室扩大、胼胝体薄和脑桥发育不全。一名女孩患有视神经发育不全和轻度蠕虫发育不全。发现临床无症状的母亲存在体细胞嵌合体突变，在外周血中 5.6% 的 DNA 中检测到这种突变。她的脑部 MRI 显示胼胝体薄，上蚓部发育不全，髓质薄。该报告表明，LIS3 可能会发生罕见的家族性复发。