VANGL 平面细胞极性蛋白 2； VANGL2

VANG-LIKE 2
环尾相关蛋白；LTAP
环尾蛋白 1；LPP1
梵高，果蝇，同源物，2
斜视，果蝇，同源物，1；STBM1；STB1
环尾，小鼠，
KIAA1215的同源物

HGNC 批准的基因符号：VANGL2

细胞遗传学位置：1q23.2 基因组坐标（GRCh38）：1:160,400,564-160,428,670（来自 NCBI）

▼ 说明

平面细胞极性（PCP）是指整体细胞极化的术语，例如哺乳动物体毛沿前后轴的排列或内耳静纤毛束的方向。VANGL2 是一种 PCP 蛋白，参与定向信号的传递，以对齐上皮片内的单个细胞或多细胞簇，这些细胞作为一个群体极化（Devenport 和 Fuchs，2008）。

▼ 克隆与表达

Nagase 等人通过对从大小分级的脑 cDNA 文库中获得的克隆进行测序（1999）克隆了 VANGL2，他们将其命名为 KIAA1215。RT-PCR ELISA 检测到脑、肺、卵巢、胎儿脑和所有受检查的特定成人脑区域中存在中等表达。在心脏、骨骼肌、肾脏、胰腺、睾丸和胎儿肝脏中检测到弱表达，在肝脏和脾脏中未检测到表达。

“环尾”（Lp）是一种半显性小鼠突变，在纯合突变体中，会导致一种严重的神经管缺陷，称为颅骨劈裂。杂合子小鼠表现出特征性的环状尾部，纯合子胚胎在后脑和脊髓区域显示出完全开放的神经管。通过计算机搜索，Kibar 等人（2001）在 Lp 区间内鉴定出与部分人类 cDNA 克隆 KIAA1215 同源的小鼠 EST。基于其与小鼠疾病的关系，Kibar 等人（2001）使用了临时名称“环尾相关蛋白”（Ltap）。Ltap 基因编码果蝇“斜视/梵高”（Stbm/Vang）的同源物，这是卷曲蓬乱组织极性途径的一个组成部分。Ltap 在神经发生早期的神经外胚层中广泛表达。这一事实以及该基因在 2 个孤立的 Lp 等位基因中发生改变的事实，将其确定为环尾的可能基础。作者认为，人类 Ltap 同源物值得寻找可能与人类散发性或家族性神经管缺陷病例相关的突变。

默多克等人（2001）孤立克隆了 Lp 小鼠中颅骨劈裂的致病基因，并将其命名为 Lpp1。单碱基转换 1841G-A 导致 ser464 到 asn（S464N）的取代。Lpp1 在发育中的神经管的腹侧部分表达，但不包括在 Sonic Hedgehog（Shh; 600725）表达的底板中。缺乏Shh的胚胎在整个腹侧神经管表达Lpp1，表明Shh对Lpp1的负调节。作者认为 Lpp1 和 Shh 之间的相互作用可能定义了底板分化的横向边界。他们假设Lpp1功能的丧失可能会通过允许Shh更广泛的底板诱导来破坏神经形成，从而在神经形成过程中抑制神经板的中线弯曲。Lpp1 的人类直系同源物，它对应到1号染色体，与小鼠基因在核苷酸水平上有89%的同一性，在氨基酸水平上有99%的同一性。小鼠和人类 LPP1 蛋白均含有 521 个氨基酸。LPP1 有 4 个预测的跨膜区域，随后是卷曲螺旋结构域和 C 端 PDZ 结合结构域。N 端和 C 端均被预测为细胞质。

Park 和 Moon（2002）使用简并 PCR 引物从斑马鱼和非洲爪蟾中克隆了 VANGL2 同源物 stbm。斑马鱼 stbm 与果蝇、非洲爪蟾、小鼠和人类直系同源物分别具有 41%、75%、61% 和 76% 的氨基酸同一性。序列分析预测在 N 末端附近有 4 个潜在的跨膜结构域，在 C 末端有一个推定的 PDZ 结构域结合基序。

▼ 基因结构

默多克等人（2001）确定VANGL2基因含有8个外显子。

▼ 测绘

通过辐射杂交分析，Nagase 等人（1999）将 VANGL2 基因定位到 1 号染色体。

通过连锁分析，斯坦尼尔等人（1995）将小鼠环尾突变对应到 1 号染色体的一个区域，该区域显示出与人类染色体 1q21-q23 的保守同源性。马利克等人（1995）将该基因定位到小鼠 1 号染色体的同一区域。

小鼠 Lp 基因座周围的区域与人类染色体 1q21-q25 同线，在哺乳动物染色体的进化过程中多次复制，产生旁系同源基因簇，这一点非常重要。杜德尼等人（2001）在“环尾”周围构建了大约 1 Mb 的比较物理和转录图谱。

▼ 基因功能

Park 和 Moon（2002）研究了斑马鱼和非洲爪蟾胚胎中 VANGL2 同源物 stbm 的表达、功能和信号活性。RT-PCR 和原位杂交检测到 stbm 在整个胚胎发生过程中的表达，在两个物种的神经系统中富集并在神经胚阶段达到峰值。斑马鱼胚胎的功能获得和功能丧失实验表明，stbm 调节原肠胚形成的形态发生运动。荧光素酶测定表明，stbm 抑制 Wnt 介导的 β-catenin（116806）依赖性转录激活，同时促进 c-Jun 和 AP1（165160）依赖性转录的磷酸化。根据免疫共沉淀实验、共聚焦显微镜分析和缺失突变体研究的结果，Park 和 Moon（2002）得出结论，stbm 与 Dsh 蛋白（DVL1; 601365）相互作用，该蛋白在果蝇的平面细胞极性和 β-连环蛋白途径中发挥作用。Park 和 Moon（2002）在一份勘误表中报告说，在斑马鱼胚胎中进行的重复功能获得和功能丧失实验表明，他们最初报告中观察到的前神经标记表达丧失可能是由细胞死亡引起的。

蒙库基奥尔等人（2003）表明，Vangl2 基因的突变会导致小鼠耳蜗中静纤毛束的极化显着破坏，这是由于每个毛细胞内动纤毛的运动和/或锚定方向存在缺陷。在 LAP 蛋白家族基因 Scrb1（607733）发生突变的动物中也观察到类似但不太严重的缺陷。Vangl2 和 Scrb1 杂合子动物的极化缺陷与 Vangl2 纯合子相当，证明这些基因在哺乳动物平面细胞极性调节中的遗传相互作用。

使用酵母 2-杂交检测，Yao 等人（2004）发现小鼠 Magi3（615943）的 PDZ 结构域 1 与 Fzd4（604579）和 Fzd7（603410）的 C 端 PDZ 结合基序相互作用，这些基序在 Wnt（参见 116806）和 PCP 信号传导途径中发挥作用，并与另一种 PCP 信号传导蛋白 Ltap 相互作用。Magi3、Fzd4 和 Ltap 孤立定位于上皮细胞中细胞与细胞接触的位点，并且这 3 种蛋白质在需要 Magi3 的复合物中相互作用。Magi3 通过 Fzd4 和 Ltap 强烈增强 Rac（参见 602048）依赖性 Jnk（参见 601158）激活。

Devenport 和 Fuchs（2008）发现，胚胎小鼠皮肤中细胞形状和细胞骨架极化发生了显着变化，因为新生毛囊变得前角、形态极化和沿前后轴分子分隔。他们利用 Vangl2 和 Celsr1（604523）点突变的胚胎小鼠，发现这些蛋白质在胚胎表皮基底层内不对称分布，其不对称分布相互依赖，并驱动毛囊沿前后轴的方向。Fzd6（603409）也是成人毛囊定向所必需的。Fzd6 不对称地定位于表皮并被 Celsr1 招募到细胞接触处。

通过去除果蝇核心平面细胞极性（PCP）基因 Van Gogh（Vang）的 2 个小鼠同源物 Vangl1（610132）和 Vangl2，Song 等人（2010）揭示了 PCP 在横向对称性初始破缺中的一种先前未被认识的功能。穿过后脊索的向左节点流是左右不对称从头形成的最早事件。宋等人（2010）表明 PCP 对于解释前后模式信息并将其与左右不对称联系起来至关重要。在缺乏 Vangl1 和 Vangl2 的情况下，纤毛随机定位在后脊索细胞的中心周围，并且结节流呈湍流，从而导致左右不对称性被破坏。与其他脊椎动物中所涉及的五氯苯酚不同，小鼠中的五氯苯酚对于纤毛发生、纤毛运动、声波刺猬（SHH; 600725）信号传导，或纤毛气管上皮细胞中基体的顶端对接。宋等人（2010）得出的结论是，他们的数据表明，在脊椎动物双侧对称性破缺过程中，PCP 比单向节点流更早起作用，并为了解 PCP 在组织发育中的脊椎动物组织中的功能机制提供了见解。

谢弗等人（2011）发现 Dvl1 和 Vangl2 都是 Wnt5a（164975）刺激的胚胎小鼠和大鼠连合轴突的生长和前后引导所必需的。Dvl1 通过增加 Frizzled-3（FZD3; 606143）的过度磷酸化来抑制 PCP 信号传导，从而阻止其内化。Vangl2拮抗Fzd3磷酸化并促进其内化。在大鼠连合轴突生长锥中，Vangl2 主要位于质膜上，并且在丝状伪足的尖端以及出现新丝状伪足的膜斑块中高度富集。谢弗等人（2011）提出 VANGL2 和 DVL3 对 FZD3 过度磷酸化和内吞作用的拮抗功能增强了丝状伪足尖端的 PCP 信号传导，以感知定向 Wnt 信号传导，从而导致生长锥的转动。

▼ 分子遗传学

雷等人（2010）在 163 个不相关的中国汉族死产或流产胎儿中，有 3 个患有神经管缺陷（包括无脑畸形）（182940），在 VANGL2 基因中发现了 3 个不同的杂合错义突变（参见例如 600533.0001 和 600533.0002）。作者推测，该基因的功能缺失缺陷在人类子宫发育过程中具有致命影响，并指出小鼠中 Vangl2 的缺失会导致神经管闭合缺陷（参见 Torban 等人（2008））。

基巴尔等人（2011）在一项基于人群的研究中对 VANGL2 基因进行了测序，该研究涉及 673 名患有各种形式神经管缺陷的患者。在 7 名患者中鉴定出 6 个潜在致病杂合错义突变，其中 3 个位于斑马鱼和果蝇中绝对保守的位置（R135W、R177H 和 R270H），以及 3 个位于高度保守的位置（L242V、T247M 和 R482H）。2 名患者患有开放性神经管缺陷（NTD）并伴有脊髓脊膜膨出，5 名患者患有闭合性 NTD，差异具有统计学意义（p = 0.027）。然而，2 个未受影响的父母携带其中 2 个突变，并且在 287 个对照中的 1 个中发现了另一个突变（R105C）。没有进行突变的功能研究。基巴尔等人（2011）表明 VANGL2 基因的变异可能导致神经管缺陷，

▼ 动物模型

卢等人（2004）证明，小鼠蛋白酪氨酸激酶 7（PTK7; 601890）基因（编码具有酪氨酸激酶同源性的进化上保守的跨膜蛋白）中的突变会破坏神经管闭合和静纤毛束方向，并显示与小鼠梵高同源物 Vangl2 中的突变存在遗传相互作用。卢等人（2004）还表明PTK7在毛细胞极化过程中动态定位，并且PTK7的非洲爪蟾同源物是神经会聚延伸和神经管闭合所必需的。卢等人（2004）得出的结论是，他们的结果确定 PTK7 是脊椎动物平面细胞极性的新型调节剂。

进化上保守的平面细胞极性（PCP）途径（或非经典 Wnt 途径）驱动几个重要的细胞过程，包括上皮细胞极化、细胞迁移和有丝分裂纺锤体方向。在脊椎动物中，PCP 基因在原肠胚形成和神经形成过程中的极化会聚伸展运动中起着至关重要的作用。罗斯等人（2005）表明，Bardet-Biedl 综合征（209900）（一种与纤毛功能障碍相关的疾病）基因突变的小鼠与 PCP 突变体具有相同的表型，包括眼睑张开、神经管缺陷和耳蜗静纤毛束破坏。此外，他们还发现了小鼠（Ltap，也称为 Vangl2）和斑马鱼（vangl2）中 BBS 基因和 PCP 基因之间的遗传相互作用。在斑马鱼中，增强的表型是由于增强的有缺陷的会聚延伸运动造成的。他们还表明，Vangl2 定位于纤毛细胞的基体和轴丝，这种模式让人想起 BBS 蛋白的模式。这些数据表明纤毛本质上参与平面细胞极性过程。

托尔班等人（2008）创造了 Vangl1 基因失活突变的小鼠（610132）。在神经管闭合时，Vangl1 在发育中的神经管和脊索中显示出动态表达模式。杂合子和纯合子 Vangl1 突变体都是可存活且可繁殖的，尽管纯合子突变体在耳蜗内毛细胞的极性方面表现出细微的改变。与健康的 Vangl1 杂合突变体和 Vangl2 Lp 突变杂合小鼠相比，Vangl1 和 Vangl2 突变杂合小鼠表现出严重的发育缺陷，包括严重的颅骨劈裂、内耳缺陷和心脏异常。托尔班等人（2008）得出结论，Vangl1 和 Vangl2 之间的遗传相互作用可导致神经管缺陷。

苏里本等人（2009）发现 Dact1（607861）缺失的小鼠以接近孟德尔的比例出生，但除了极少数例外，它们在出生一天内就因严重的后部畸形而死亡。缺陷包括缺乏肛门、尿出口和外生殖器、短尾以及涉及肾脏、膀胱、结肠和生殖器官的多种畸形。最早检测到发育畸形是在胚胎第 8.25 天，当时 Dact1 -/- 突变体在原条区域后部畸形。苏里本等人（2009）发现 Vangl2 的杂合突变挽救了隐性 Dact1 表型。相反，Dact1 的缺失挽救了半显性的 Vangl2 表型。免疫共沉淀分析表明 Dact1 与 Vangl2 形成复合物。在 Dact1 -/- 突变体中，Vangl2 在原条处增加，细胞通常经历上皮-间质转化，这与异常的 E-钙粘蛋白（CDH1; 192090）分布和 PCP 途径生化指标的变化有关。苏里本等人（2009）得出结论，DACT1 通过调节细胞粘附和 PCP 途径上游的 VANGL2 来促进原条的形态发生。

耶茨等人（2010）表明平面细胞极性基因 Celsr1（604523）和 Vangl2 的突变导致转基因小鼠的肺发育中断和肺结构缺陷。Celsr1（Crsh）和Vangl（2Lp）小鼠突变体的肺较小且畸形，分支较少，并且到妊娠后期表现出增厚的间质间质和有缺陷的囊状形成。抑制 Rho 激酶（601702）（PCP 信号通路的重要下游效应子）后，这些分支缺陷会重现。上皮完整性被破坏，细胞骨架重塑受到干扰，并且突变内胚层在化学引诱剂 FGF10（602115）的作用下无法正常分支。Celsr1 和 Vangl2 蛋白存在于肺上皮内的受限空间域中。

耶茨等人（2010）研究了 Lp 小鼠的后肾。尽管 Vangl2 Lp/Lp 胚胎中输尿管芽形成正常，但随后的体内和体外分支形态发生受损。无效突变体肾脏较短，与胚胎会聚延伸（CE）缺陷一致。分化肾小球上皮表达多种平面细胞极性（PCP）途径基因（Vangl1/2；Celsr1；Scrib，607733；Mpk1/2，参见 608500/608501；和 Fat4，612411），并且 Vangl2 Lp/Lp 胎儿中的肾小球比野生型同窝胎儿更小，包含的毛细血管袢也更少。Vangl2 Lp/+ 肾脏出生后肾小球数量适度减少，Vangl2 Lp/Lp 后肾偶尔含有扩张的肾小管，但没有明显的囊性表型。耶茨等人（2010）得出结论，PCP 基因（Vangl2）是输尿管芽和后肾间充质衍生结构正常形态发生所必需的。他们进一步建议，当人类神经管缺陷和肾脏畸形共存时，应寻找 PCP 通路突变。

尹等人（2012）发现复合 Vangl2 Lp/- 突变小鼠的内耳毛细胞极性缺陷比 Vangl2 -/- 小鼠更严重。在转染的 MDCK 细胞中，Vangl2 直接与 Vangl1 相互作用，Lp 突变（S464N）降低了共转染的野生型 Vangl1 或 Vangl2 的膜表达，并导致它们在内质网中滞留。Vangl2 的敲除或 Vangl2 Lp 突变体的表达也改变了内耳细胞中其他 PCP 蛋白的极化表达，但方式不同。单独敲除小鼠中的 Vangl2 不会改变突变内耳细胞中 Vangl1 的顶端表达。尹等人（2012）得出结论，Lp 是小鼠的显性突变。

陈等人（2013）发现了小鼠 Vangl2 基因中由 N-乙基-N-亚硝基脲诱导的突变。外显子 8 中的 C 到 T 转换在密码子 449 处引入了提前终止。纯合突变体在胚胎第 18.5 天表现出颅骨劈裂，杂合子除了有环状尾部外，表现正常。

▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：

.0001 神经管缺陷，对
VANGL2、ARG353CYS敏感

Lei等人发现，一名患有无脑畸形、枕骨和颈椎裂的汉族男性胎儿（182940）在妊娠21周时流产（2010）鉴定出 VANGL2 基因中的杂合 1543C-T 转变，导致 C 端 PDZ 结合域附近的胞质域中的 arg353 至 cys（R353C）取代。在 508 个对照中未发现该突变。酵母 2 杂交分析表明，与野生型相比，R353C 突变蛋白与 DVL1（601365）的相互作用减弱。

.0002 神经管缺陷，对
VANGL2、PHE437SER敏感

Lei 等人发现，一名患有无脑畸形的汉族男性胎儿（见 182940）在妊娠 24 周时流产（2010）鉴定出 VANGL2 基因中的杂合 1796T-C 转换，导致 C 端 PDZ 结合结构域附近的胞质结构域中出现 phe437 到 Ser（F437S）的取代。在 508 个对照中未发现该突变。酵母 2 杂交分析表明，与野生型相比，F437S 突变完全消除了与 DVL1（601365）的相互作用。