伴有中脑和后脑畸形的神经发育障碍; RHO鸟嘌呤核苷酸交换因子2

ARHGEF2 基因编码 Rho 鸟嘌呤核苷酸交换因子 2，它是催化 GDP 替换为与 Rho 相关蛋白结合的 GTP 的蛋白质家族的一部分，从而控制 Rho GTPases 的时空激活。AHGEF2 连接微管和肌节蛋白细胞骨架动力学，是有丝分裂纺锤体形成和定向所必需的（Ravindran 等人总结，2017）。

▼ 克隆与表达

通过对从大小分级的人脑 cDNA 文库中获得的克隆进行测序，Ishikawa 等人（1998）克隆了 ARHGEF2，他们将其命名为 KIAA0651。推导出的蛋白质含有 910 个氨基酸。RT-PCR 在所有检查的组织中检测到 ARHGEF2 的表达。

雷迪等人（1989）确定了 ARHGEF2 的部分克隆作为 Hep-2 细胞增殖的调节剂。通过用这个克隆筛选一个 HeLa 细胞 cDNA 文库，然后是 5-prime RACE，Ren 等人（1998）获得了编码 ARHGEF2 的全长 cDNA，他们将其命名为 GEFH1。推导出的蛋白质含有 894 个氨基酸，计算分子量为 100 kD。AHGEF2 具有 N 端锌指样基序，随后是 DBL 同源域、血小板-白细胞C 激酶底物 同源域和 C 端卷曲螺旋域。Northern 印迹分析在所有测试的组织中检测到一个 4.4-kb 的转录本，在胸腺、睾丸和白细胞中表达最高。

克伦德尔等人（2002）确定全长 ARHGEF2 蛋白含有 985 个氨基酸。他们得出结论，KIAA0651 可能代表一种剪接变体，它与全长序列的不同之处在于缺少 N 端锌指基序。

在小鼠胚胎中，Ravindran 等人（2017）发现 Arhgef2 转录物在端脑、间脑和菱脑的神经上皮中强烈表达。出生时，Arhgef2 被维持在新皮质和小脑的生发区，以及脑桥灰核（PGN）。

▼ 基因功能

任等人（1998）确定重组 GEFH1 可以刺激放射性标记的 GDP 从 RhoA 中解离。通过筛选一组小 G 蛋白，他们发现 GEFH1 是 RhoA、RhoB（ 165370 ）、RhoC（ 165380 ） 和 RAC1（ 602048 ） 的 GEF。进一步的表征表明，当这些 G 蛋白处于 GDP 或 GTP 结合状态时，GEFH1 结合 Rho 和 Rac。转染到 COS-7 或 NIH 3T3 细胞中的 GEFH1 显示出与微管蛋白共定位的丝状分布（见191130）。C 末端卷曲螺旋区域的突变导致 GEFH1 重新分布到细胞质点状分布。GEFH1 在 COS-7 细胞中的过表达导致大膜褶皱的诱导，类似于在表达组成型活性形式的 Rac 时观察到的效果。

克伦德尔等人（2002 年）确定 KIAA0651 是 GEFH1 的一种剪接变体，缺乏 N 端锌指基序，不定位于微管。在锌指中包含点突变（cys53 到 arg）的全长蛋白以及 N 和 C 末端截短的 GEFH1 蛋白也失去了微管定位。然而，这些变体都没有影响微管的稳定性。然而，这些变体确实显示出比微管结合形式更高的 GEF 活性，并且它们诱导了细胞形态和肌节蛋白组织的 Rho 依赖性变化。克伦德尔等人（2002）得出结论，N 端和 C 端基序都介导 GEFH1 的微管定位，并且 GEFH1 将微管完整性的变化与肌节蛋白细胞骨架的 Rho 依赖性调节联系起来。

曾克等人（2004 年）确定了 GEFH1 C 末端的一个区域，该区域对于抑制微管的鸟嘌呤核苷酸交换活性很重要。该区域具有卷曲螺旋基序、可与含 SH3 结构域的蛋白质相互作用的富含脯氨酸的基序，以及 14-3-3 蛋白质的潜在结合位点（参见 YWHAH；113508）。曾克等人（2004）还表明 14-3-3 结合位点内的 ser885 是 PAK1（ 602590 ） 的磷酸化位点，它是 RAC 和 CDC42（ 116952 ） GTPase 的效应器。GEFH1 在 ser885 处的 PAK1 磷酸化诱导 14-3-3 与 GEFH1 对接和 14-3-3 重新定位到微管。曾克等人（2004）得出结论，PAK 和 14-3-3 参与 GEFH1 活性的调节，并且 PAK 对 GEFH1 的磷酸化可能协调 RAC/CDC42 和 Rho 依赖性信号通路。

当上皮细胞汇合时，RhoA 被下调，从而抑制刺激增殖的信号通路。通过免疫共沉淀，Aijaz 等人（2005）发现内源性 Gefh1 与 Madin-Darby 犬肾（MDCK） 细胞中的紧密连接衔接蛋白 cingulin 相互作用。Cingulin 结合抑制了 RhoA 的激活和信号传导，表明融合细胞中 cingulin 表达的增加抑制了 Gefh1，从而下调了 RhoA。一致地，Gefh1 的 RNA 干扰或无法结合 cingulin 的突变 Gefh1 的转染抑制了 MDCK 细胞中的 G1/S 期转变。通过调节 RNA 干扰消耗 cingulin 导致 RhoA 激活和不规则细胞单层的发展。艾贾兹等人（2005）得出的结论是，上皮紧密连接的形成通过以 cingulin 依赖的方式使 Gefh1 失活而有助于 RhoA 的下调。

▼ 测绘

通过辐射混合分析，Ishikawa 等人（1998）将 ARHGEF2 基因对应到 1 号染色体。

▼ 分子遗传学

Ravindran 等人在 2 个兄弟中，由库尔德土耳其血统的近亲所生，患有神经发育障碍伴中脑和后脑畸形（NEDMHM; 617523 ）（2017）鉴定了 ARHGEF2 基因中的纯合移码突变（ 607560.0001）。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变与家族中的疾病分离。患者细胞显示突变 mRNA 水平降低，这与部分无义介导的 mRNA 衰变和 ARHGEF2 蛋白完全丧失一致。敲除小鼠新皮质前体细胞和小鼠胚胎中的 Arhgef2 导致皮质前体细胞的循环增加和最终凋亡，以及随着皮质板中神经元比例的减少，神经发生减少。野生型，但不是突变型，ARHGEF2 能够挽救表型，与导致功能丧失的突变一致。突变小鼠的异常与纺锤体方向向更水平方向的转变有关，这有利于新皮质祖细胞的更对称的分裂。在没有细胞周期缺陷的情况下，患者的类淋巴母细胞表现出有丝分裂纺锤体形态异常、纺锤极距缩短和细胞大小减小。患者细胞还表现出活性 RhoA 及其下游信号通路的减少，这与神经发生和平面细胞分裂的调节有关。

▼ 动物模型

拉文德兰等人（2017 年）发现，小鼠中 Arhgef2 的敲低导致总大脑体积、小脑和脑干的体积减少，以及脑桥核的缺失。新皮质层中神经元的分布或中脑和小脑结构的发育没有重大改变。然而，某些小脑前细胞核不存在或严重减少，并且与对照组相比，某些小脑前神经元表现出异常的迁移模式。这些发现表明后脑神经元迁移的分子控制具有显着的特异性。

▼ 等位基因变体（ 1 示例）：

.0001 伴有中脑和后脑畸形的神经发育障碍（1 个家族）
AHGEF2，1-BP DEL，1461G
Ravindran 等人在 2 个兄弟中，由库尔德土耳其血统的近亲所生，患有神经发育障碍伴中脑和后脑畸形（NEDMHM; 617523 ）（2017）在 ARHGEF2 基因的外显子 12/内含子 12 边界处鉴定出纯合 1-bp 缺失（c.1461delG，NM_004723.3），导致移码和过早终止（Asp488ThrfsTer11）。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变与家族中的疾病分离，并且未在 dbSNP（build 138）、1000 Genomes Project 或 Exome Sequencing Project 数据库中发现，也未在 in - 包含 721 个人的外显子组数据库。患者细胞显示突变 mRNA 水平降低，这与部分无义介导的 mRNA 衰变和 ARHGEF2 蛋白完全丧失一致。