Baker-Gordon综合征

synaptotagmins是被认为在水泡转移和胞吐过程中充当Ca（2+）传感器的突触小泡的整合膜蛋白。钙与突触素-1的结合参与触发突触中神经递质的释放（Fernandez-Chacon等，2001）。

细胞遗传学位置：12q21.2
基因座标（GRCh38）：12：78,863,981-79,452,007

Gene-Phenotype Relationships
Location Phenotype Phenotype
MIM number		 Inheritance Phenotype
mapping key
12q21.2 Baker-Gordon syndrome 618218 AD 3

▼ 克隆和表达
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Perin等（1991）表征了编码人和果蝇突触素的全长cDNA。大鼠，人和果蝇突触标签蛋白胞质结构域的磷脂结合特性的相似性以及与蛋白激酶C同源的序列的选择性保守性（见176960）表明这些可能与磷脂结合有关。

分子克隆鉴定了哺乳动物中的2个突触结合蛋白基因（Perin等，1990；Geppert等，1991）；以及在小鼠中的表达。这些被称为SYT1和SYT2（600104）。Hilbush和Morgan（1994）在小鼠中鉴定出另一个突触结合素基因，称为Syt4（600103）。

▼ 基因功能
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神经元通过钙依赖性突触小泡的胞吐作用释放神经递质。Brose等（1992）报道，突触小蛋白，一种高度保守的突触小泡蛋白，在生理浓度下与带负电荷的磷脂结合，从而结合钙。这种结合对钙是特异性的，并且涉及突触结合蛋白的胞质结构域。钙结合依赖于突触结合蛋白的完整寡聚结构。它通过在单个位点的蛋白水解切割而被取消。Brose等（1992）解释结果暗示突触结合蛋白在胞吐作用中充当合作钙受体。Synaptotagmin包含2个拷贝的序列，该序列与蛋白激酶C的调节区同源（176960）。

通过体外表征重组大鼠Syt1，Li等人（1995）确定Syt1显示Ca（2+）依赖绑定到磷脂，Ca（2+）依赖绑定到突触融合蛋白s（请参阅186590）和Ca（2+）孤立绑定到衔接蛋白2（请参阅601026）。

在所有突触中，钙触发神经递质释放以启动信号传递。钙可能是通过激活突触钙传感器起作用的，但是这些传感器的本质（它们是神经传递的守门员）仍然不清楚。释放中的候选钙传感器之一是突触钙结合蛋白synaptotagmin-1。Fernandez-Chacon等（2001年）研究了突触标记素1中的点突变R233Q，该突变导致总体钙亲和力下降2倍，而不会引起结构或构象变化。当通过同源重组引入小鼠内源性突触标签素1基因中时，此点突变使神经递质释放的钙敏感性降低了2倍，但不会改变自发释放或易于释放的神经递质池的大小。因此，与突触标记素-1结合的钙参与触发突触释放神经递质。

使用安培法监测单个致密囊泡的胞吐作用，Wang等（2001）研究了突触结合蛋白调节融合孔的可能性。synaptotagmin-1的过表达延长了从融合孔开放到扩张的时间，而synaptotagmin-4（600103）缩短了这一时间。两种突触结合素亚型均通过开放的融合孔降低了去甲肾上腺素的通量。因此，王等（2001）得出结论，突触结合蛋白可能通过与膜蛋白和/或脂质的核心复合物缔合而与融合孔相互作用。

Shin等（2002）使用突触标记素-1的功能获得性C2结构域突变体和突触标记素7的丧失功能的C2结构域突变体（SYT7；604146）来检查突触标记蛋白在致密囊泡胞吐中的功能。他们的数据表明，质膜突触结合蛋白的磷脂而不是SNARE结合是钙触发的密集核小泡胞吐作用的主要决定因素。Shin等（2002年）得出结论，他们的研究结果支持突触标记素在胞吐作用中基于脂质的一般作用机制，各种突触标记素对不同类型融合的特异性受其差异性定位和钙亲和力支配。

罗宾逊等（2002）突变突触标记素-1-C2A域的Ca（2+）结合位点的必需天冬氨酸，并在缺乏突触标记素-1的果蝇中表达它。尽管绑定的位置被破坏，传输的Ca（2+）依赖属性没有改变。类似地，突触标记素-4不能代替突触标记素I。Robinson 等（2002）得出结论，对于Ca（2+）依赖性突触传递来说，突触标记素的C2A域不是必需的，而突触标记素4可以促进而不是抑制传递。

Mackler等（2002）证明果蝇中突触标记素-1的C2B结构域中的2个Ca（2+）结合天冬氨酸残基的突变使诱发的递质释放降低了95％以上，并降低了诱发的表观Ca（2+）亲和力发射器释放。Mackler等（2002年）得出结论，突触结合蛋白C2B域的钙结合基序对于突触传递至关重要。

Poskanzer等（2003）直接测试了突触标记素-1在体内吞噬过程中的作用。他们使用定量的实时成像技术，将对pH敏感的绿色荧光蛋白与突触小泡蛋白（突触-pHluorin）融合在一起，以测量无sytI的果蝇内吞作用的动力学。然后，他们在正常SytI介导的囊泡胞吐作用后，通过荧光素辅助的光灭活，将突触pHluorin的实时成像与SytI的光灭活相结合。通过仅在胞吞作用期间使Syt1失活，Poskanzer等人（英文）（2003）证明Syt1对于使用功能性Syt1蛋白已经经历胞吐作用的突触小泡的内吞作用是必要的。

塔克等（2004）研究了Syt1对神经元SNARE蛋白SNAP25（600322），突触融合蛋白（参见186590）和synaptobrevin（参见185880）介导的膜融合的影响。），然后重组为囊泡。在钙的存在下，当突触素的密度与天然突触小泡中的密度相似时，Syt1的胞质域会强烈刺激膜融合。SytI刺激的融合的钙依赖性是通过改变囊泡的脂质组成和模拟肉毒杆菌神经元表面蛋白A切割SNAP25的截短来调节的。融合的刺激因破坏钙结合活性或切断串联而被取消。 SytI的C2域。因此，Syt1和SNAREs可能代表钙触发的胞吐作用的最小蛋白质补体。

Giraudo等（2006）描述了可能代表突触囊泡融合与钙之间的耦合机制的基本原理：一种可逆的夹持蛋白（复合蛋白;参见CPLX1，605032），它可以使SNAREpin冻结，SNAREpin是一种在融合过程中具有融合能力的中间产物。当钙与钙传感器突触结合素结合时，夹具将被释放。SNARE蛋白和关键调节剂（如突触结合蛋白和复合蛋白）可以在细胞表面异位表达。表达这种“翻转的”突触SNARE的细胞组成性融合，但是当复合蛋白被共表达时，融合被阻断。在突触结合蛋白存在下，从该中间体中添加回钙引发了融合。

使用生化方法，唐等（2006年）表明，SYT1与CPLX1竞争SNARE复合物的Ca（2+）依赖方式。过多的CPLX1阻止快速Ca（2+）触发的释放和胞吐作用，但不慢的异步释放。Tang等（2006年）提出，引发的亚稳态囊泡形成SYT1的底物，它通过结合到SNARE复合物，置换CPLX1以及将SNARE复合物与磷脂结合而触发Ca（2+）流入时快速同步释放。

突触前去极化诱导钙离子流入后，以可溶性SNARE依赖性方式将装有神经递质的突触小泡胞吐。快速融合所需的钙离子传感器为SYT1。双层-双层融合的活化能非常高。Martens等（2007年）发现，响应钙离子结合，SYT1可以通过在C2域膜插入时在靶膜中诱导高正曲率来降低此激活屏障，从而促进SNARE介导的融合。因此，马滕斯等（2007年）得出结论，SYT1通过质膜的局部钙离子依赖性屈曲以及SNARE的拉链触发对接囊泡的融合。作者推测该机制可能在膜融合中得到广泛应用。

使用体外单囊泡融合测定，李等人（2010）发现膜锚定的synaptotagmin-1增强了Ca（2+）的敏感性和融合速度。随着Ca（2+）水平上升超过生理水平，膜锚定SYT1的这种刺激活性下降。因此，李等（2010）得出结论，SYT1要求膜锚在生理Ca（2+）水平上刺激囊泡融合，并可能充当动态突触前Ca（2+）传感器来控制神经递质释放的可能性。

Wu等（2017）表明，在小鼠海马CA1区的锥体神经元中，阻断Syt1和Syt7的突触后表达（604146），而不是单独阻止两者的突触后表达，消除了长期增强（LTP）。LTP恢复表达的野生型Syt7，但不是Ca（2+）结合缺陷型突变Syt7。阻断Syt1和Syt7的突触后表达不会损害基础突触传递，降低突触或突触外AMPA受体的水平或改变其他AMPA受体的转运事件。此外，显性负突变体Syt1的表达，抑制Ca（2+）依赖的突触前囊泡胞吐作用，也阻止Ca（2+）依赖的突触后AMPA受体胞吐作用，从而废除LTP。Wu等（2017） 结论表明，他们的结果表明，突触后Syt1和Syt7充当LTP期间AMPA受体的Ca（2+）依赖性胞吐作用的冗余Ca（2+）传感器，从而描绘了介导LTP的AMPA受体募集的简单机制。

▼ 生化特征
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晶体结构

周等（2015）报告了在突触小分子-1和神经元SNARE复合物之间的Ca（2+）和Mg（2+）结合的复合物的原子分辨率晶体结构，其中之一是根据来自X射线自由电子的衍射数据确定的激光，产生原子分辨率的结构，并为许多侧链分配了精确的旋转异构体。结构揭示了几个接口，包括一个大的，特定的，Ca（2+）孤立和保守的接口。该接口对于小鼠海马神经突触中的Ca（2+）触发的神经递质释放以及重组系统中Ca（2+）触发的囊泡融合至关重要。周等（2015年） 提出该界面在Ca（2+）触发之前形成，随着Ca（2+）流入促进突触结合蛋白1与质膜之间的相互作用而整体移动，并因此重塑膜以促进融合，可能与其他界面结合。

▼ 测绘
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Perin等（1991）通过对来自体细胞杂种的DNA进行Southern印迹分析，将人SYT1基因定位于12号染色体的cen-q21区域。Jones等使用种间回交作图面板（1995年）将Syt1基因定位到小鼠染色体10的与人12cen-q21具有同源性的区域中。Kwon等（1995年）同样将Syt1基因定位到小鼠10号染色体。

▼ 分子遗传学
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Baker等在11位无关的Baker-Gordon综合征患者中（BAGOS; 618218）（2018）确定了SYT1基因（5个从头杂合错义突变185605.0001 - 185605.0005）。通过外显子组测序发现并通过Sanger测序证实的突变，未在gnomAD数据库中找到。所有突变都发生在C2B钙结合结构域中高度保守的残基上。对SYT1功能有突变特异性影响。将该突变体转染到啮齿类动物海马神经元中，发现除1以外的所有其他基因均以正常水平表达，并在突触中正确定位。M303K变型（185605.0004相比于野生型，其表达水平较低，也未能定位于神经末梢。功能研究表明，其他变体在动作电位刺激后引起内吞或外吞率的可变减慢。在内吞过程中，与野生型相比，两个变体I368T（185605.0001）和N371K（185605.0003）在神经末梢重新富集，而影响天冬氨酸残基的另外两个变体D304G（185605.0005）和D366E（185605.0002）），未能在刺激后重新定位到神经末梢，这表明这些突变形式的SYT1的内吞恢复和转移受损。D304G显示出更严重的缺陷。进一步的动力学研究表明，与野生型相比，所有变体均减慢了胞吐作用，但可以通过改变细胞外钙浓度来改变。这些发现表明，SYT1基因的突变导致突触前囊泡动力学的缺陷，从而导致神经发育障碍。

▼ 等位基因变异体（5个示例）：
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.0001 BAKER-GORDON综合征
SYT1，ILE368THR
Baker等在4名无关的患者（患者1、2、10和11）中患有Baker-Gordon综合征（BA​​GOS; 618218）（2018）在SYT1基因中发现了从头杂合的c.1103T-C过渡，导致在C2B钙结合域中高度保守的残基处发生ile368-thr（I368T）取代。通过外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变，未在gnomAD数据库中找到。Baker等人先前曾报道过其中一名患者（2015）。在啮齿类动物海马细胞中进行的体外功能表达研究表明，与野生型相比，该变体减慢了突触小泡融合动力学，特别是胞吐作用。贝克等人的结果（2015年） 提示具有显性负作用，并且与改变的突触神经传递相一致。

.0002 BAKER-GORDON综合征
SYT1，ASP366GLU
Baker等在2名无关的Baker-Gordon综合征（BA​​GOS; 618218）患者中（患者4和9）（2018）在SYT1基因中发现了一个从头杂合的c.1098C-A逆转，导致在C2B钙结合域中高度保守的残基处发生asp366-to-glu（D366E）取代。通过外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。将该突变体转染到啮齿动物海马神经元中表明，该突变体蛋白以正常水平表达，并在突触中正确定位。但是，功能研究表明，D366E变体在刺激后未能重新定位到神经末梢，表明内吞恢复和转移受损。与对照相比，胞吐作用也受损。

.0003贝克·戈登综合症
SYT1，ASN371LYS
Baker等在2名无关的患者（患者5和7）中患有Baker-Gordon综合征（BA​​GOS; 618218）（2018）在SYT1基因中发现了从头杂合的c.1113C-G逆转，导致在C2B钙结合结构域中高度保守的残基上从asn371到lys（N371K）取代。通过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。将该突变体转染到啮齿动物海马神经元中表明，该突变体蛋白以正常水平表达，并在突触中正确定位。然而，功能研究表明，该突变引起动作电位刺激后胞外速率的降低。

.0004贝克·戈登综合症
SYT1，MET303LYS
Baker等在一名7岁的Baker-Gordon综合征（BA​​GOS; 618218）的患者中（患者6）（2018）在SYT1基因中发现了从头杂合的c.908T-A转化，导致在C2B钙结合结构域中高度保守的残基处发生了303到lys（M303K）取代。该患者最初由Cafiero等报道（2015）（患者4）。通过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。将该突变体转染到啮齿类动物海马神经元中显示，与野生型相比，M303K变体表达水平较低，并且也未定位于神经末梢。

.0005贝克·戈登综合症
SYT1，ASP304GLY
Baker等在21岁的贝克-戈登综合征（BA​​GOS; 618218）的患者中（患者3）（2018）在SYT1基因中发现了从头杂合的c.911A-G过渡，导致在C2B钙结合结构域中高度保守的残基上发生asp304-gly（D304G）取代。通过外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变，未出现在gnomAD数据库中。将该突变体转染到啮齿动物海马神经元中表明，该突变体蛋白以正常水平表达，并在突触中正确定位。但是，D304G变体在刺激后未能重新定位到神经末梢，表明内吞恢复和转移受损。与对照相比，胞吐作用也减慢了。