语言障碍和行为异常的神经发育障碍

对α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸酯（AMPA）敏感的谷氨酸受体是配体激活的阳离子通道，可介导中枢神经系统神经元兴奋性突触后电流的快速成分。这些通道是由4个相关的亚基组装而成的，其中GLURA（GRIA1; 138248），GLURB（GRIA2），GLURC（GRIA3; 305915），GLUDR（GRIA4; 138246），而GLURB亚基使通道几乎不渗透Ca（2+）（Hollmann等，1991）。

细胞遗传学位置：4q32.1
基因座标（GRCh38）：4：157,220,119-157,370,582

▼ 克隆和表达
------
通过使用基于大鼠谷氨酸受体的引物对人脑cDNA文库进行PCR，Sun等人（1992）获得了部分cDNA，其对应于与大鼠脑Glur2同源的受体的编码区的大约三分之二。

GLUR通道的C末端一半包含4个跨膜区域。Sommer等（1990）确定每个GLUR通道亚基中第四个跨膜区之前的小段以两种形式存在，具有不同的氨基酸序列。这些模块分别称为“翻转”和“翻转”，由相邻的外显子编码。从大鼠脑库中分离出的GLUR cDNA大约一半指定了翻转序列，另一半指定了翻转序列。在大鼠大脑中，在海马CA3神经元中检测到GLURA，GLULB和GLURC的翻转形式，而在CA1神经元中发现了两种受体和GLURD的翻转形式。其他中枢神经系统区域显示每个GLUR基因的触发器和触发器模块的差异表达。

使用原位杂交，McLaughlin等（1993）发现人海马中GLURA和GLURB的表达不同于大鼠海马中的表达。在人类中，这两个基因均优先在齿状回和CA1区表达，而在CA3中表达较低。GLURB flop是一个例外，它在CA3中的表达低于在齿状回中的表达。

▼ 基因功能
------
Sommer等（1990）确定大鼠GLUR基因的翻转和翻转形式对L-谷氨酸或AMPA引起的电流具有不同的药理和动力学特性，但它们对红藻氨酸的反应没有差异。作者得出结论，外显子切换可能是神经元适应性变化的基础，例如突触可塑性。

Paschen等（1994）证明了人GLUR2和GLUR6（GRIK2；138244）中的RNA编辑，在mRNA水平上的转录后序列变化，如先前在大鼠中所证明的。将在假定的GLUR2的第二个跨膜结构域内编码谷氨酰胺的CAG更改为在mRNA序列中编码精氨酸的CGG。和大鼠一样，GLUR2亚基mRNA在人脑中也被完全编辑。但是，GLUR6在胼胝体中仅编辑了10％，在灰质中仅编辑了90％。

在大鼠海马锥体神经元中，Daw等（2000）证明，C末端Glur2和含PDZ结构域的蛋白质，例如GRIP（603597）和PICK1（605926）之间的相互作用的中断，导致AMPA受体介导的兴奋性传递增加，并阻止了长期抑郁。抑制蛋白激酶C（PKC;参见176960）可以防止这些作用。Daw等（2000年）提出了一个模型，其中长期抑郁症的维持涉及AMPA受体通过Glur2亚基与PDZ蛋白的结合以防止其重新插入，并且蛋白激酶C在受体插入中起作用。

通过分析亚细胞分布和内质网（ER）出口动力学，Greger等人（2002年）表明，与GluR1不同，GluR2部分保留在ER的细胞内池中，并在大鼠脑中与GluR3广泛复合。使用诱变，Greger等（2002年）表明，GluR2的C末端中的元素（包括PDZ基序）是从ER向前转运GluR2所需的。作者发现，Q / R编辑位点的arg607（R607）控制了GluR2的ER保留。如在GluR1中发现的，该残基还原为gln（R607Q），导致从ER池快速释放出类似GluR1的物质，并导致神经元中GluR2的表面表达升高。Greger等（2002年） 得出的结论是，GluR2的arg607残基控制着从ER的出口，从而可以确保GluR2可用于组装成AMPA受体。

小脑长期抑郁是需要蛋白质激酶C（PKC）激活的突触记忆模型，并表示为突触后AMPA受体（AMPAR）数量减少。Chung等（2003年）发现从缺少AMPAR GluR2亚基的突变小鼠培养的小脑Purkinje细胞中不存在长期的抑郁症，并且可以通过野生型GluR2亚基的瞬时转染来挽救。用带有点突变的GluR2转染，该突变消除了GluR2羧基末端PDZ配体中ser880的PKC磷酸化，无法恢复长期抑郁。相比之下，用带有点突变的GluR2转染可模仿ser880的磷酸化，从而掩盖了随后的长期抑郁症。因此，ser880上GluR2的PKC磷酸化是诱导小脑长期抑郁的关键事件。

突触后AMPAR的丰度与突触的大小和树突棘头部的大小相关。而且，长期增强与树突棘的形成以及AMPAR的突触传递有关。Passafaro等（2003）证明GLUR2的过表达增加海马神经元的树突棘大小和密度，并且更加明显地，诱导释放通常缺乏脊椎的GABA释放的中间神经元的脊柱形成。GLUR2的细胞外N末端结构域负责此作用，并且GLUR2的N末端结构域的异源融合蛋白抑制了脊柱形态发生。Passafaro等（2003年） 提出GLUR2的N末端结构域在细胞表面上作为受体-配体相互作用的一部分起作用，这对于脊柱的生长和/或稳定性很重要。

萨顿等（2003）证明了在大鼠从慢性可卡因自我给药中退出期间的灭绝训练在伏隔核壳（大脑区域中重要涉及可卡因）的AMPA谷氨酸受体的GLUR1和GLUR2 / 3亚基中诱导了经验依赖性的增加奖励。GLUR1亚基的增加与训练过程中的灭绝水平呈正相关，这表明GLUR1可能促进可卡因搜寻的灭绝。萨顿等（2003年）研究表明伏隔核壳神经元中病毒介导的GLUR1和GLUR2的过表达促进了可卡因-寻求蔗糖反应的灭绝。在GLUR亚基过表达期间进行的一次灭绝训练，即使在GLUR过表达减少后，也可减轻因压力引起的可卡因寻求复发。萨顿等（2003年）得出结论，AMPARs的灭绝诱导可塑性可以通过恢复伏隔核中的谷氨酸能基调来促进对可卡因的控制，并且可以减少长期禁欲时应激状态下的复发倾向。

川原等（2004年）从单个运动神经元中提取的RNA，该神经元是由5名散发性肌萎缩性侧索硬化症患者（ALS1; 105400）和5名正常对照组的激光显微解剖仪分离得到的。在对照样品中，GluR2 RNA编辑的效率为100％，但每个患有ALS的个体的运动神经元的编辑效率在0％至100％之间变化，其中有44个（56％）不完全。转为GluR2的人工转导钙离子的小鼠在生命后期发展为运动神经元疾病（Feldmeyer等，1999），表明运动神经元可能特别容易受到有缺陷的RNA编辑的影响。川原等（2004年） 提示Q / R位点的GluR2 RNA编辑缺陷可能与ALS病因有关。

CaMKII 对GluR1（GRIA1; 138248）的磷酸化作用（参见CAMK2A; 114078）增加了同型二聚体GluR1通道的电导。在大鼠中，Oh和Derkach（2005）发现，在GluR1 / GluR2异二聚体中掺入GluR2会破坏GluR1磷酸化与通道电导之间的偶联，从而使GluR1 / GluR2异聚体保持低电导状态，而与GluR1磷酸化无关。

在大鼠小脑平行纤维星状细胞突触，Ca（2+）通过缺乏Glur2的AMPAR流入驱动Ca（2 +）-不渗透的Glur2含AMPAR的结合，在兴奋性突触后电流特性中产生快速变化。Liu和Cull-Candy（2005）发现，重复的突触活动通过破坏缺乏Glur2的AMPAR而破坏了与Grip的相互作用（GRIP1; 604597）。Pick（PICK1; 605926）驱动了依赖活性的含Glur2的AMPAR传递到突触膜中。Liu和Cull-Candy（2005）得出结论，GRIP和PICK对AMPAR的动态调节为控制突触受体的Ca（2+）渗透性提供了一种机制。

腹侧被盖区中代谢型谷氨酸受体（见604099）依赖性长期抑制可有效逆转可卡因引起的对多巴胺神经元兴奋性输入的增强。Mameli等（2007年）表明代谢型谷氨酸受体长期抑制是通过将缺少GluR2的AMPA受体交换为具有较低单通道电导的含GluR2的受体来表达的。GluR2的突触插入取决于通过GluR2的快速mRNA翻译从头进行蛋白质合成。Mameli等（2007年）得出结论，需要调节腹侧被盖区GluR2的合成来逆转可卡因诱导的突触可塑性。

Panicker等（2008）发现小鼠Glur2的C末端不是Glur2突触插入所必需的。

Biou等（2008年）发现缺乏Glur2和Glur3的AMPA受体对钙具有通透性，并且这种通透性影响了培养的小鼠海马神经元中发生依赖于活性的AMPA受体内吞作用的亚细胞部位。

Panicker等（2008）和Biou等（2008）指出，RNA编辑可导致GLUR2中的Q607转换为R607，从而控制了含GLUR2的AMPA受体的装配，并使它们不透钙，并能抵抗多胺的阻滞。

康拉德等（2008年）表明，通过添加缺乏GluR2的新AMPA受体长时间退出可卡因自我给药后，伏隔中突触AMPA受体的数量增加。此外，他们表明这些新受体介导了可卡因渴望的孵化。结果表明，缺乏GluR2的AMPA受体可能成为可卡因成瘾治疗药物开发的新目标。康拉德等（2008年）提出，长时间退出可卡因后，突触AMPA受体数量增加，而缺少GluR2的AMPA受体具有更高的电导率，导致伏隔神经元对可卡因相关线索的反应性增加，从而导致对药物的渴望和复发加剧。

▼ 生化特征
------
晶体结构

阿姆斯特朗（Armstrong）和古瓦（Gouaux）（2000）确定了载脂蛋白状态和拮抗剂DNQX，部分激动剂红藻氨酸盐和完全激动剂AMPA和谷氨酸的存在下，GLUR2配体结合核心的晶体结构。

Sobolevsky等（2009）报道了与竞争性拮抗剂复合的大鼠GluA2受体的晶体结构，分辨率为3.6埃。受体具有2倍对称的整体轴，其中胞外域以局部二聚体对的形式组织，而离子通道域则表现出4倍的对称性。

Chen等（2014年）确定了GluA2 AMPA受体的多个X射线晶体结构，其与圆锥形蜗牛螺毒素，正构构调节剂和正构激动剂的复合物的分辨力为3.8至4.1埃。这组作者展示了毒素如何像配体结合域（LBD）的“门环”上的束缚一样，通过二聚体间和二聚体间的交联来限制域，从而使激动剂诱导的LBD蛤壳的闭合被转导为门环的虹膜状膨胀。通过激活增强突变体的结构分析，Chen等（2014年）显示了LBD门控环的膨胀如何导致对M3螺旋的拉力，而M3螺旋又与离子通道门控耦合。

Yelshanskaya等（2014）报道了同四聚体大鼠GluA2受体与部分激动剂（S）-5-硝基willardiine复合的结构。与竞争性拮抗剂ZK 200775配合使用时，该结构与封闭状态结构的比较表明，在离子型谷氨酸受体（iGluR）门控期间会发生构象变化。由结构指导，Yelshanskaya等（2014年）设计了二硫键交联键来探测对于iGluR门控事件很重要的域相互作用。

Sun等（2002）证明了AMPA谷氨酸受体脱敏的机制。Sun等人使用GluR2 AMPA敏感的谷氨酸受体（2002年）表明，配体结合核心形成二聚体，并通过突变或变构调节剂稳定二聚体界面，减少了脱敏。使界面不稳定的扰动会增强脱敏性。受体活化涉及每个亚基内的构象变化，其导致与离子通道相连的受体部分的分离增加。Sun等（2002年）得出的结论是，他们的分析定义了处于静止和激活状态的二聚体界面，表明配体结合是如何与门耦合的，并提出了组装四聚体中二聚体-二聚体相互作用的方式。脱敏通过二聚体界面的重排而发生，这使激动剂诱导的配体结合核的构象变化与离子通道门脱离。

低温电子显微镜

Herguedas等（2019）介绍了与2个跨膜AMPAR调节蛋白（TARP）γ-8（606900）辅助亚基相关的异聚GluA1（138248）/ GluA2受体的冷冻电子显微镜结构，这是海马突触的主要AMPAR复合物。在受体内，核心亚基安排给予GluA2亚基显性控制门控。这种结构揭示了控制钙通量的Q / R位点的几何形状，暗示了TARP稳定的脂质的缔合，并证明了γ-8的细胞外环通过与GluA2配体结合域选择性相互作用来调节选通。

赵等（2019）通过单粒子冷冻电子显微镜阐明了10种不同的天然AMPA受体复合物的结构，发现受体亚基非随机排列，GluA2亚基优先占据四聚体的B和D位置，并且三聚体组装构成主要人群天然AMPA受体。GluA1主要访问A或C位置。低温电磁图定义了配体结合和跨膜结构域之间的S2-M4接头结构，表明神经递质结合是如何与离子通道门控耦合的。

▼ 测绘
------
通过PCR对体细胞杂交细胞系的分析，Sun等（1992）将GLUR2基因分配给4号染色体。使用一组7个其他细胞杂交体，其中包含4号染色体的各种缺失，允许亚定位到4q25-q34.3。假基因或相关基因似乎位于第8号染色体上（1992）通过荧光原位抑制杂交将分配范围缩小到4q32-q33。

Stumpf（2020）基于GRIA2序列（GenBank BC010574）与基因组序列（GRCh38）的比对，将GRIA2基因定位于4q32.1染色体。

Gregor等人将PCR与来自种间回交的一组DNA结合使用，并通过RFLV和单倍型分析进行分析（1993）将小鼠中的Glur2基因定位到3号染色体上含有“痉挛”突变的区域。

▼ 分子遗传学
------
Salpietro等在25名与语言发育和行为异常有关的神经发育障碍的不相关患者中（NEDLIB; 618917）（2019）确定从头杂合突变在基因GRIA2（见例如138247.0001 - 138247.0006）。有15个错义，2个剪接位点，1个无义突变，1个框内缺失和2个移码变体。整个基因发生突变。通过全基因组，全外显子组或靶向测序发现并经Sanger测序确认的突变未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变具有可变的作用。与野生型相比，11种突变中的7种引起激动剂诱导的电流降低，3种突变具有正常的电流幅度，1种导致电流幅度增加。当与GRIA1共表达时（138248），与野生型相比，大多数突变蛋白的电流幅值均降低，并且某些整流作用受到影响。一些突变降低了GRIA2的表面表达，表明杂聚化或细胞表面转移中的缺陷可能是另一个重要的致病机制。总体而言，大多数突变似乎导致功能丧失。尽管有2名死于婴儿期的患者都携带相同的变异体，但没有明确的基因型/表型相关性出现（A639S; 138247.0005）。Salpietro等（2019）强调了所测试突变体的生物学多样性，并提出表型差异可能源于独特突变的不同作用。该报告牵涉到神经发育障碍中的GRIA2功能障碍和谷氨酸能突触传递的破坏。

▼ 动物模型
------
GLURB亚基在使AMPA敏感通道不渗透钙方面占主导地位的分子决定因素可以追溯到位于成熟亚基586位的精氨酸残基，该位点位于成孔片段M2内。该精氨酸不是基因编码的，而是通过位点选择性腺苷脱氨后转录后导入GLURB前mRNA，导致CAA谷氨酰胺（Q）密码子变为精氨酸（R）的密码子，其mRNA含量超过99％分子。被称为Q / R位点编辑，此核过程取决于外显子11中的编辑位点和内含子11中的编辑位点互补序列（ECS）在前mRNA中形成的双链RNA结构（Kohler等，1994））。为了研究动物模型中这一过程与中枢神经系统生理学的相关性，Brusa等人（1995年）针对小鼠ES细胞中Glur2基因的内含子11替换ECS元件，然后将正确改造的细胞注射到C57BL / 6胚泡中。几只最终的嵌合动物中的一只以孟德尔方式显示了敲除的等位基因的垂直遗传，这表明等位基因并未对胚胎发育产生不利影响。杂合子小鼠合成未编辑的GLURB亚基，并且在主要神经元和中间神经元中表达具有增加的钙渗透性的AMPA受体。这些小鼠发生癫痫发作，并在3周龄时死亡，对Brusa等人暗示（1995） GLURB mRNA的编辑对于大脑功能至关重要。

肌萎缩性侧索硬化症（ALS;参见105400）是一种神经退行性疾病，其特征在于大脑，脑干和脊髓中运动神经元的细胞死亡，导致致命性瘫痪。家族性ALS病例中约有15％至20％与超氧化物歧化酶-1基因SOD1的突变有关（147450）。若要评估mourouronal Ca（2+）渗透性（缺乏GluR2亚基）的α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）型谷氨酸受体对SOD1相关的mourouronal死亡的贡献，Tateno等（2004）生成胆碱乙酰基转移酶（ChAT; 118490）-GluR2转基因小鼠，这些受体在脊髓运动神经元中的Ca（2）+渗透性显着降低。与ChAT-GluR2小鼠进行ALS的Sod1（G93A）转基因小鼠模型的杂交育种，显着延迟了疾病的发作，死亡率和病理特征，例如线粒体中细胞色素c的释放，cox2的诱导（600262）和星形胶质瘤。亚细胞分级分析显示，不寻常的SOD1物种聚集在2个级分（P1，由核和某些类型的细胞骨架，如神经丝和神经胶质纤维酸性蛋白（GFAP；137780）组成）中。）和P2（由线粒体组成）早于疾病发作，然后在疾病发作之前大量积累在P1组分中。所有这些异常SOD1积累的过程都由于GluR2过表达而大大延迟。Ca（2+）通过非典型的mourouronal AMPA受体流入因此促进突变的SOD1蛋白的错误折叠和这些神经元的最终死亡。

Steinberg等（2006）生成了两系转基因小鼠：Pick1（605926）-无效小鼠和靶向破坏GluR2的C端PDZ配体的小鼠，GluR2是GluR2与Pick1的结合位点。两组突变小鼠的浦肯野细胞和小脑切片均显示不存在小脑长期抑郁症（LTD）。救援研究表明，Pick1的PDZ和BAR域对LTD是必需的。小脑LTD以及适当的GluR2转运也需要在ser880的GluR2磷酸化。总的来说，结果表明，基于Pick1-GluR2 PDZ的相互作用和GluR2磷酸化是小鼠小脑LTD表达所必需的。

突触后AMPA受体脱敏在突触的抑郁中起主要作用，在正常的突触操作过程中，谷氨酸长时间停留在突触间隙中。克里斯蒂（Christie）等（2010年）发现小鼠Gria2受体亚基中非脱敏点突变leu483 to tyr（L483Y）的纯合表达具有胚胎致死性。杂合突变小鼠最初是可行的，但它们出现了严重的神经和发育表型，包括明显的矮小，步态异常，逐渐严重的癫痫发作和出生后第三周的死亡率。Western印迹和免疫组织化学分析显示突变小鼠的谷氨酸受体表达发生明显的代偿性变化，并降低突触外AMPA受体密度。克里斯蒂（Christie）等（2010年）得出结论，AMPA受体脱敏对于中枢神经系统的生存能力和功能至关重要。

▼ 等位基因变异体（6个示例）：
------

.0001具有语言障碍和行为异常的神经发育障碍
GRIA2，ASP611ASN

Salpietro等在一名19岁的男性（患者3）患有神经发育障碍，伴有语言障碍和行为异常（NEDLIB；618917），该疾病从童年后期开始就出现了发育衰退（2019）在GRIA2基因的第11外显子中发现了一个从头杂合的c.1831G-A过渡（c.1831G-A，NM_000826.3），导致asp611到asn（D611N）的一个保守残基被取代。跨膜结构域。通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变并未显着影响电流幅度。

.0002具有语言障碍和行为异常的神经发育障碍
GRIA2，GLY609ARG

Salpietro等在一名19岁的女性（患者4）患有神经发育障碍，伴有语言障碍和行为异常（NEDLIB；618917）（2019）在GRIA2基因的第11外显子中发现了一个从头杂合的c.1825G-A过渡（c.1825G-A，NM_000826.3），导致gly609到arg（G609R）的一个保守残基被取代。跨膜结构域。通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变几乎消除了激动剂诱导的电流。

.0003神经发育障碍伴有语言障碍和行为异常
GRIA2，ASP302GLY

Salpietro等在一个10岁的男孩（患者5）患有神经发育障碍，其中有语言障碍和行为异常（NEDLIB；618917），在12个月大时出现高热惊厥（2019）在GRIA2基因的第7外显子中发现了一个从头杂合的c.905A-G过渡（c.905A-G，NM_000826.3），导致asp302到gly（D302G）的一个保守残基被取代。 N末端域。通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变几乎消除了激动剂诱导的电流。

.0004神经发育障碍伴有语言障碍和行为异常
GRIA2，PRO528THR

Salpietro等在一个9岁男孩（9名患者）患有神经发育障碍并伴有言语障碍和行为异常（NEDLIB；618917）（2019）在GRIA2基因的第11外显子中发现了从头杂合的c.1582C-A转化（c.1582C-A，NM_000826.3），导致在保守残基处由pro528-thr（P528T）取代。通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变并未显着影响电流幅度。

.0005神经发育障碍伴有语言障碍和行为异常
GRIA2，ASN639SER

Salpietro等在2名分别在3个月和5个月大时死亡的无关婴儿（患者17和20）中（NEDLIB；618917）（2019）在GRIA2基因的第12外显子中发现了一个从头杂合的c.1915G-T逆转（c.1915G-T，NM_000826.3），在跨膜附近的保守残基处产生了ala639-to-ser（A639S）取代域。通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变降低了激动剂诱导的电流幅度，并导致GRIA2的细胞表面表达降低。两名婴儿从出生的第一天开始就没有癫痫发作，也从未达到任何运动或发育里程碑。

.0006具有语言障碍和行为异常的神经发育障碍
GRIA2，VAL647LEU

Salpietro等在4名患有语言发育和行为异常（NEDLIB; 618917）的神经发育障碍患者（16、18、21和24）中进行了研究（2019）在GRIA2基因的第12外显子中发现了从头杂合的c.1939G-C逆转（c.1939G-C，NM_000826.3），导致在val647-leu（V647L）取代中的保守残基M3-S2链接器域。通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。在转染的HEK293T细胞中进行的体外功能表达研究表明，该突变并未显着影响电流幅度。所有这些患者都有各种类型的癫痫发作，并且被认为是非语言性的。