节点生长分化因子; NODAL

• 节点，小鼠，同系物

HGNC 批准的基因符号：NODAL

细胞遗传学位置：10q22.1 基因组坐标（GRCh38）：10:70,431,936-70,447,951（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

NODAL 是 TGF-β 基因家族的成员，在小鼠原肠胚形成过程中表达（Zhou 等，1993）。Nodal 的左侧表达模式在 LR 轴发育的小鼠模型中被破坏（参见 Lowe 等人（1996））。

杰比亚等人（1997） 指出，他们已经对小鼠 Nodal 的人类同源物进行了表征，以寻找 LR 轴畸形个体的突变。

▼ 基因功能

科利尼翁等人（1996） 表明，当 Nodal 和转录因子 Hnf3b（600288） 的无效突变双杂合时，一些小鼠表现出 LR 轴畸形。

Olson 和 Srivastava（1996） 回顾了形态发生素 Nodal 在控制小鸡和小鼠心脏循环方向以及左右不对称发展中的作用。

布伦南等人（2001） 证明来自外胚层的信号负责小鼠胚胎中近远端极性的启动。节点的作用是促进外胚层后部细胞的命运，并维持相邻胚胎外外胚层的分子模式。这两个功能均孤立于 SMAD2（601366）。此外，来自外胚层的Nodal信号还通过激活上层外胚层细胞中前部身份规范所需的SMAD2依赖性途径来形成内脏内胚层的模式。布伦南等人（2001） 得出的结论是，原肠胚形成前胚胎的近端-远端和随后的前后极性是由外胚层和 2 个胚外组织之间相互的细胞-细胞相互作用造成的。

通过分析缺乏 Lefty2（601877） 左侧表达的小鼠突变体，Meno 等人（2001） 观察到，在没有 Lefty2 的情况下，Nodal 能够扩散很长的距离。他们得出的结论是，Nodal 是一种长程信号分子，但其作用范围通常受到反馈抑制剂 Lefty2 的限制。

伊拉特尼等人（2002） 证明转录辅阻遏物 DRAP1（602289） 在小鼠胚胎发生过程中对 Nodal 活性的调节中具有非常特殊的作用。伊拉特尼等人（2002） 发现 DRAP1 的缺失会导致严重的原肠胚形成缺陷，这与 Nodal 表达的增加一致，并且可以通过 Nodal 杂合性部分抑制。生化研究表明，DRAP1 与翼状螺旋转录因子 FOXH1（FAST1；603621）相互作用并抑制 DNA 结合，FOXH1 是 Nodal 活性正反馈环的关键组成部分。伊拉特尼等人（2002） 提出 DRAP1 通过下调对节点自动调节环路的响应来限制形态发生信号的遗传。

▼ 基因结构

莫哈帕特拉等人（2009） 指出 NODAL 基因包含 3 个外显子。

▼ 测绘

Gross（2022） 根据 NODAL 序列（GenBank BC104976） 与基因组序列（GRCh38） 的比对，将 NODAL 基因对应到染色体 10q22.1。

小鼠 Nodal 基因定位于 10 号染色体（Zhou et al., 1993）。

▼ 分子遗传学

在一个有多名成员因 ZIC3 基因（300265） 突变而出现位置模糊的家庭中，Gebbia 等人（1997） 发现一名正常男性有一个位置模糊的女儿；父亲和女儿的 ZIC3 编码区均未携带任何突变，父母双方在解剖学上均正常。亲子关系已确认，母亲与其他家庭成员没有血缘关系，女儿的核型为 46,XX。由于对小鼠的观察表明，人类 NODAL 的杂合突变可能与人类部位异常有关，Gebbia 等人（1997） 寻找 NODAL 基因的突变。在受影响的女儿和她未受影响的母亲中，他们在 NODAL 的前结构域中发现了 arg183 到 gln 的取代（R183Q；601265.0001）。超过 200 条对照染色体中没有一条携带这种取代，

Mohapatra 等人在 269 名患有经典异位或环状心血管畸形（CVM） 的患者中，有 14 名患者进行了研究（2009）在NODAL基因中鉴定了4个不同的错义变体（参见例如601265.0002）、1个框内插入/缺失（601265.0003）和2个保守剪接位点变体（参见例如601265.0004）。尽管与其他相关缺陷相似，但与没有可检测到的 NODAL 突变的个体相比，具有 NODAL 突变的个体肺动脉瓣闭锁的发生率显着更高（p = 0.001）。功能分析表明，NODAL 的错义变体形式表现出显着的信号传导损伤，通过 Cripto（TDGF1; 187395） 辅助受体介导的人工报告基因激活减少来测量。这些 NODAL 蛋白的表达还导致 SMAD2 磷酸化的诱导减少和 SMAD2 核输入受损。莫哈帕特拉等人（2009） 提出 NODAL 中的突变和罕见有害变异是导致散发性人类左右图案缺陷的原因。

▼ 动物模型

克雷布斯等人（2003） 表明，Notch 配体 Dll1（606582） 的小鼠胚胎突变体或 Notch1（190198） 和 Notch2（600275） 的双突变体表现出左右不对称的多个缺陷。Dll1 -/- 胚胎在节点周围区域不表达 Nodal。对调节节点特异性 Nodal 表达的增强子的分析揭示了 Rbpj 的结合位点（RBPSUH；147183）。这些位点的突变破坏了增强子在转基因小鼠中指导节点特异性基因表达的能力。克雷布斯等人（2003） 得出结论，Dll1 介导的 Notch 信号传导对于左右不对称的产生至关重要，并且 Nodal 的节周表达是小鼠左右不对称测定的重要组成部分。

Raya 等人在斑马鱼和小鼠身上进行了功能获得和丧失的实验（2003）表明Notch通路的活性对于节点周围的Nodal表达和正确的左右确定是必要且充分的。他们还鉴定了 Nodal 启动子中关键的 Rbpj 结合序列。

韦尔等人（2006） 发现，与 Zic3 缺失小鼠相比，Zic3 和 Nodal 突变复合杂合小鼠的致死率显着增加。没有雄性存活，雌性数量也有所减少。因此，在复合杂合子小鼠中观察到的偏侧性缺陷比单独具有任一突变体的小鼠更严重。研究结果表明，这两个基因在同一途径中相互作用。进一步的研究表明 Zic3 激活 Nodal 的上游增强子。

杨等人（2010） 报道小鼠前脑无裂畸形（参见 HPE, 236100）可能是由于 Nodal（601265） 信号传导和 Bmp 拮抗剂弦蛋白（CHRD; 603475） 或 Noggin（NOG; 602991） 表达水平同时降低所致。HPE 缺陷是促进前脑和颅面发育的组织生成减少的结果。Nodal 促进前原条中对这些组织发育重要的基因的表达，而 Bmp 抑制它们的表达。这些信号传导途径的药理学和转基因操作表明，Bmp 和 Nodal 途径在细胞内信号转导之前相互拮抗。体外实验表明，分泌的 Bmp2（112261） 和 Nodal 可以形成细胞外复合物，可能干扰受体激活。杨等人。

反应扩散模型假设信号传导范围的差异是由抑制剂和激活剂的不同扩散率引起的。其他模型表明差异间隙是不同信号范围的基础。为了测试这些模型，Muller 等人（2012） 测量了斑马鱼胚胎发生过程中 Nodal/Lefty（见 603037）激活剂/抑制剂系统的生物物理特性。对 Nodal 和 Lefty 梯度的分析表明，Nodal 的范围比 Lefty 蛋白更短。脉冲标记分析表明，Nodals 和 Leftys 具有相似的清除动力学，而荧光恢复分析表明，Leftys 比 Nodals 具有更高的有效扩散系数。穆勒等人。

蒙塔古等人（2018） 发现，spaw（Nodal 的斑马鱼直系同源物）、dand5（609068） 和 lefty1（603037） 中单移码和双移码无效突变的斑马鱼纯合子是可行的，并且缺乏总体表型。然而，所有突变体组合都表现出随机或对称的心脏循环和慢跑，类似于它们各自的小鼠突变体。进一步分析表明，spaw 在侧板中胚层中诱导其表达，并且是斑马鱼适当心脏不对称性所必需的，而 dand5 和 lefty1 是 spaw 的抑制剂，并调节 spaw 遗传的时间和速度。

▼ 等位基因变异体（4 个选定示例）：

.0001 异序，内脏，5，常染色体
节点，ARG183GLN

在一个亲属中，由于 ZIC3 基因（300265） 突变，数名成员患有 X 连锁左右身体轴形成异常（306955），Gebbia 等人（1997） 发现一名正常男性生下了一个位置不明的女儿（HTX5; 270100）。她和父亲均未携带任何 ZIC3 突变，而且父母双方的解剖结构均正常。女儿和她未受影响的母亲（与父亲无关）被发现为 NODAL 基因前结构域中 arg182 至 gln（R183Q） 突变的杂合子。

.0002 异序，内脏，5，常染色体
节点，GLY260ARG

Mohapatra 等人在 82 名不相关的西班牙裔异位症患者（HTX5; 270100） 中的 8 名中进行了研究（2009） 鉴定了 NODAL 基因外显子 2 中的杂合 778G-A 转变，导致高度保守残基中的 gly260 到 arg（G260R） 取代。大多数患者除其他心脏异常外，还存在大动脉d 型转位，3 例有腹内反位，2 例有无脾。在 1 名患者的未患病父亲和 108 名西班牙裔对照者中的 1 名中检测到这种变异，表明外显率不完全。接受检查的 190 名白人或非裔美国人对照者均未携带该变异。功能分析显示，通过 FOXH1 依赖和孤立途径的 NODAL 信号传导减少，以及 SMAD2 磷酸化减少和核输入受损。

.0003 异序，内脏，5，常染色体
节点，9-BP INS/24-BP DEL，NT700

Mohapatra 等人在一名患有异质性（HTX5; 270100） 的西班牙裔男性患者中（2009） 在 NODAL 基因的外显子 2 中发现了符合读框的 9 bp 插入（700insTTGACTTCC） 和 24 bp 缺失（核苷酸 700-723）。患者患有大动脉D转位、肺动脉闭锁和左心室双入口。父母 DNA 无法用于测试，并且在 298 名对照中未检测到突变。功能分析显示，通过 FOXH1 依赖和孤立途径的 NODAL 信号传导减少，以及 SMAD2 磷酸化减少和核输入受损。

.0004 异序，内脏，5，常染色体
节点，IVS2DS，GA，+1

Mohapatra 等人在一名患有异质性（HTX5; 270100） 的西班牙裔男性患者中（2009） 在 NODAL 基因内含子 2 的供体剪接位点中鉴定出 G 到 A 的转变（891+1G-A），预计会导致剪接活性的改变。患者患有右位心、大动脉左转、右心室双出口、肺动脉瓣狭窄和室间隔缺损。在 298 名对照中未检测到该突变。