神经细胞粘附分子； NRCAM

KIAA0343

HGNC 批准的基因符号：NRCAM

细胞遗传学位置：7q31.1 基因组坐标（GRCh38）：7:108,147,649-108,456,720（来自 NCBI）

▼ 说明

细胞粘附分子（CAM） 是脊椎动物和无脊椎动物神经系统中发现的免疫球蛋白（Ig） 超家族的一个子集。它们通常是表面膜蛋白，在其 N 末端具有多个 Ig 结构域，随后是几个纤连蛋白 III 型重复序列，以及在 C 末端的跨膜胞内结构域或糖磷脂酰肌醇连接的膜锚（Lane 等人，1996）。这些蛋白质主要沿着轴突通路表达，例如胼胝体、皮质脊髓束和视神经，它们在神经系统发育的关键功能中发挥作用（Kurolap 等人的总结，2022）。

▼ 克隆与表达

Grumet 等人描述了鸡 Bravo/Nr-CAM（1991） 和 Kayyem 等人（1992）并显示其在神经系统发育中发挥作用。该蛋白质与 Ig 超家族的其他细胞表面分子相互作用，并且似乎对于发育过程中轴突生长锥的特定路径寻找是必需的（Lane 等人，1996）。莱恩等人（1996） 从胎儿大脑文库中克隆了鸡基因的人类同源物（NRCAM）。与鸡肉对应物一样，预测的 1,275 个氨基酸蛋白具有 6 个 V 样 Ig 结构域和 5 个纤连蛋白 III 型重复序列。人和鸡 NRCAM 的跨膜和细胞内结构域完全保守，蛋白质总体上有 82% 相同。观察到涉及第五个纤连蛋白重复序列​​周围序列的选择性剪接变体。 Northern 印迹显示在所检查的成人大脑的所有组织中都有大约 7 kb 的转录本。

王等人（1998） 发现 7.0-kb NRCAM 转录物在大脑、肾上腺髓质和肾上腺皮质中表达最高水平，在胎盘、胰腺、甲状腺和睾丸中表达中等水平。在对胎儿和成人组织中剪接变异的 PCR 调查中，他们发现所使用的外显子存在空间和时间变化。他们指出，这种现象在小鸡 NrCAM 中是保守的，并且在其他相关 CAM 中也观察到了。

More 等人使用蛋白质印迹分析（2001）表明Nrcam在出生后发育期间在小鼠和小鸡晶状体中显着表达，在成年期间表达减少。没有检测到 Nrcam 配体，表明 Nrcam 在晶状体纤维上的同亲结合介导了相对的晶状体纤维膜之间的接触。

使用原位杂交，Sakurai 等人（2001）表明Nrcam在发育中的小鼠小脑的颗粒和浦肯野细胞上表达，与L1的分布重叠（L1CAM；308840）。

通过原位杂交和免疫组织化学分析，Williams 等人（2006） 表明，Nrcam 在轴突向对侧突出的小鼠视网膜神经节细胞（RGC） 的整个发育过程中表达最高。

Demyanenko 等人使用原位杂交（2014） 表明 Nrcam 在小鼠视觉皮层出生后发育过程中表达，并在第 4 层和第 6 层富集。

洛卡帕利等人（2017） 指出非洲爪蟾 Nrcam 的蛋白质结构与其他脊椎动物中的 NRCAM 相似，但它缺乏第 5 个纤连蛋白 III 型重复序列并且仅在神经系统中表达。 RT-PCR 分析表明，Xenopus Nrcam 在整个大脑发育过程中的背中线和视网膜外核层中表达最为丰富。

Harley 等人使用原位杂交和免疫染色分析（2018） 表明，Nrcam 在小鼠胚胎和出生后早期发育期间的整个耳蜗神经支配中的螺旋神经节神经元（SGN） 传入纤维和橄榄耳蜗传出纤维以及发育中毛发和支持细胞的膜上表达。

▼ 基因结构

干等人（2001） 确定 NRCAM 基因包含 34 个外显子，跨度超过 316 kb。

▼ 测绘

通过荧光原位杂交，Lane 等人（1996） 将 NRCAM 基因对应到 7q31.1-q31.2。通过辐射混合分析，Wang 等人（1998） 将 NRCAM 基因对应到标记 D7S666 附近，Dry 等人（2001） 指出位于 7q31。

▼ 基因功能

卡斯特等人使用免疫荧光分析（2003） 表明，在小鼠周围神经系统（PNS） 的早期发育过程中，Nrcam 作为 Ranvier 结形成的先驱分子。 Nrcam 从单独的 Nrcam 位点转变为与 Na+ 通道共定位的区域。小鼠 Nrcam 缺失导致 Ranvier PNS 节点聚集的 Na+ 通道和锚蛋白-G（ANK3；600465）显着发育延迟。 Nrcam 的作用在各个节点局部表现出来，而不是影响整体神经元表达，并且与神经胶质相互作用有关。在髓鞘再生过程中，新节点的 Na+ 通道簇最初是不稳定的，并且锚定到细胞骨架上似乎随着时间的推移逐渐增长。对髓鞘再生过程中雪旺细胞生长速率的测量表明，在髓鞘再生过程中，跨髓鞘雪旺细胞的Na+通道簇之间的距离在节点形成过程中显着增加，表明节点的位点并未被轴突预先固定。基于这些结果，作者提出，轴突 Na+ 通道通过横向扩散从雪旺细胞接触区域移动以形成节点，其聚类依赖于锚蛋白-G 与细胞骨架的连接。计算分析支持该模型并表明它需要快速动力学。 Nrcam 的早期到来促进了对快速动力学的这种要求，因此，Nrcam 缺失导致小鼠 Ranvier 形成节点期间 Na+ 通道和锚蛋白-G 的延迟。

通过分析培养的小鼠胚胎半完整视觉系统制剂，Williams 等人（2006） 表明，阻断 Nrcam 功能会导致视网膜轴突无法穿过中线，并增加 RGC 轴突向同侧投射的比例。 Nrcam 主要在视网膜中发挥作用，促进交叉细胞上对侧轴突的生长。当 Nrcam 功能被阻断时，交叉细胞成为通常向对侧投射的轴突的不太允许的生长基质，导致同侧投射的尺寸增加。对 Nrcam -/- 小鼠的分析证实，Nrcam 影响体内通路选择，因为 Nrcam -/- 小鼠表现出同侧投影大小的年龄依赖性增加。进一步的分析表明，只有来自腹颞新月体（VTC）的轴突在特定的发育后期才需要 Nrcam 功能。 Nrcam 功能仅限于 VTC 晚期，这可能是 VTC 以外区域中其他 L1 和 contactin 家族 CAM 的表达和重叠功能。进一步的分析表明，Nrcam 和 Ephb1（600660） 通过孤立的途径有助于双眼视觉的正确形成。

德米亚年科等人（2014） 发现 Nrcam 调节小鼠视觉皮层锥体神经元的树突棘密度。由于兴奋性棘突触数量和神经传递的增加，Nrcam -/- 小鼠锥体神经元的树突棘密度升高。 Nrcam 通过在大脑中与 Sema3f 受体亚基 Npn2（NRP2; 602070） 和 Plexa3（PLXNA3; 300022） 形成复合物来调节 Sema3f（601124） 诱导的皮质锥体神经元顶端树突的脊柱回缩。反式杂合基因相互作用测试进一步证明，Sema3f 和 Nrcam 通路在体内相互作用，调节星锥体神经元的棘密度。

▼ 分子遗传学

Kurolap 等人对来自 7 个不相关家庭的 8 名患有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍患者（NEDNMS; 619833） 进行了研究（2022） 鉴定了 NRCAM 基因中的纯合或复合杂合突变（参见例如 601581.0001-601581.0005）。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。这些家庭有着不同的血统，包括穆斯林阿拉伯人、阿米什人、欧洲人和利比亚犹太人。 3个家庭是近亲结婚。有无义、错义、剪接位点和移码突变。第三个纤连蛋白 III 型结构域发生了一些突变，表明对蛋白质功能有有害影响。然而，尚未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。作者指出，患者的神经系统特征支持 NRCAM 在神经系统发育中的作用。

关联待确认

有关常染色体隐性运动神经病与肌病特征（参见 619216）和 NRCAM 基因变异之间可能关联的讨论，请参见 601581.0006。

▼ 动物模型

更多等人（2001） 发现 Nrcam -/- 小鼠具有存活能力和生育能力，神经系统大体解剖结构正常。然而，Nrcam -/- 小鼠出现了成熟的白内障，体重减轻并出现运动障碍。组织学分析表明，Nrcam -/- 小鼠的白内障是由晶状体纤维细胞解体、随后细胞解体和细胞碎片积累而产生的。纤维细胞的紊乱在胚胎发育后期变得明显，包括含有 F-肌节蛋白（102560） 和连接蛋白 50（GJA8；600897） 的间隙连接的异常。未检测到脊髓中线连合轴突或本体感觉轴突侧支的显着寻路错误。 Nrcam -/- 小鼠中的观察结果与锚蛋白-B（ANK2; 106410） 缺陷小鼠中晶状体纤维的混乱没有区别，这表明需要 Nrcam 和锚蛋白-B 来维持晶状体纤维细胞之间的接触。

孤立地，樱井等人（2001） 发现 Nrcam -/- 小鼠以预期的孟德尔比率出生，具有活力和生育能力，并且与对照组相比，其总体尺寸、活动和生长速度没有区别。 Nrcam -/- 小脑的组织学分析显示特定脑叶的尺寸轻度减小。进一步的分析表明，Nrcam -/- 小鼠中缺乏明显的缺陷可能是由于密切相关的 CAM 的补偿，例如神经成束蛋白（NFASC; 609145） 和 L1。作者发现 Nrcam 和 L1 双敲除小鼠表现出严重的小脑叶缺陷，因为 Nrcam 和 L1 参与小脑颗粒细胞发育的后期阶段。 L1 和 Nrcam 均缺乏的小鼠体重减轻，产后死亡率增加，尤其是在出生后的前 1 至 2 周内。结果表明 Nrcam 和 L1 的功能重叠。 Nrcam -/- 小鼠培养的小脑细胞中 L1 的抗体扰动支持 Nrcam 和 L1 的重叠功能。

哈雷等人（2018） 发现新生 Nrcam -/- 小鼠的耳蜗显示 II 型 SGN 束颤错误、传出神经支配减少以及毛发和支持细胞的定型堆积缺陷。 Nrcam 损失还导致听力开始时突触前传入和传出突触标记的轮廓发生巨大变化。然而，Nrcam -/- 成年小鼠并未表现出听觉敏锐度缺陷，并且到出生后第 21 天，Nrcam -/- 小鼠中带状突触分布和感觉域结构的发育缺陷似乎得到了纠正。

库罗拉普等人（2022） 发现斑马鱼 nrcama 基因的功能丧失突变不会导致总体形态缺陷，但大脑的免疫染色显示背侧端脑中 α-微管蛋白纤维数量增加的趋势，上行脑膜厚度增加的趋势。纤维束，以及白质束和投射的改变。与野生型相比，突变幼虫在黑暗中表现出增加的游泳运动。作者得出结论，nrcama 的缺失会对斑马鱼的神经和行为产生影响。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 伴有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍
NRCAM、ARG929TER

Kurolap 等人对一名 5 岁男孩（P1） 进行了研究，该男孩的父母是阿拉伯裔穆斯林近亲，患有神经发育障碍，伴有神经肌肉和骨骼异常（NEDNMS; 619833）（2022） 在 NRCAM 基因的外显子 25 中鉴定出纯合 c.2785C-T 转换（c.2785C-T, NM_001037132.2），导致纤连蛋白 III 型结构域中的 arg929 到 ter（R929X） 取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。它不存在于公共数据库中，包括 gnomAD。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。该患者从出生起就患有严重的整体发育迟缓、整体生长不良、小头畸形和面部畸形、喂养问题、肌张力低下、脱髓鞘性多发性神经病、脑积水、视觉和听觉缺陷以及骨骼异常。

.0002 伴有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍
NRCAM、GLU111TER

Kurolap 等人在一名 21 个月大的女孩（P2） 中，由近亲阿拉伯穆斯林父母所生，患有神经发育障碍，伴有神经肌肉和骨骼异常（NEDNMS; 619833）（2022） 在 NRCAM 基因的外显子 7 中鉴定出纯合 c.331G-T 颠换（c.331G-T, NM_001037132.2），导致 Ig-like-1 中的 glu111-to-ter（E111X） 取代领域。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。它不存在于公共数据库中，包括 gnomAD。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。该患者患有严重的整体发育迟缓、畸形特征、喂养困难、肌张力低下、轻度视觉和听觉问题以及喉软化症。她在 21 个月大时去世。

.0003 伴有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍
NRCAM，ASN469SER（rs201033539）

Kurolap 等人在一名患有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍（NEDNMS; 619833） 的 14 岁女孩（P5） 中进行了研究（2022） 鉴定了 NRCAM 基因中的复合杂合错义突变：外显子 15 中的 c.1406A-G 转换（c.1406A-G，NM_001037132.2），导致 Ig 中的 asn469 到 Ser（N469S）替换-like-5 结构域，以及外显子 25 中的 c.2738G-A 转换，导致纤连蛋白 III 型结构域中的 gly913 至 asp（G913D；601581.0004） 取代。这些突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实，与家族中的疾病分开。 N469S 在 gnomAD 数据库中的出现频率较低（0.022%），而 G913D 在 gnomAD 中不存在。没有进行变异的功能研究和患者细胞的研究。患者患有痉挛性四肢瘫痪、髋关节发育不良和脑成像异常。

.0004 伴有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍
NRCAM，GLY913ARG

讨论 NRCAM 基因外显子 25 中的 c.2738G-A 转变（c.2738G-A，NM_001037132.2），导致 gly913 到 asp（G913D） 取代，这是在复合杂合状态下发现的Kurolap 等人对患有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍患者（NEDNMS; 619833） 进行了研究（2022），参见 601581.0003。

.0005 伴有神经肌肉和骨骼异常的神经发育障碍
NRCAM，GLY197ASP（rs772993703）

Kurolap 等人在 2 名同胞（P6a 和 6b）中，由近亲利比亚犹太人父母所生，患有神经发育障碍，伴有神经肌肉和骨骼异常（NEDNMS；619833）（2022） 在 NRCAM 基因的外显子 9 中鉴定出纯合 c.590G-A 转换（c.590G-A，NM_001037132.2），导致 Ig-like-2 中的 gly197 到 asp（G197D） 取代领域。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与家族中的疾病分离。该变体在 gnomAD 数据库中的出现频率较低（0.002%）。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。这两名患者年龄分别为 41 岁和 31 ，从出生起就有发育迟缓，智力发育受损，运动迟缓。在脑部影像学检查中，他们还患有痉挛性肌张力障碍性截瘫和脑室扩大。一名同胞在 5 岁时患上癫痫症。

.0006 意义未知的变体
NRCAM、SER134PRO

该变异被归类为意义不明的变异，因为其对具有肌病特征的运动神经病的贡献（见 619216）尚未得到证实。

Kurolap 等人的 2 名兄弟（P8a 和 8b）由土耳其近亲出生，青少年时期就出现了伴有肌病特征的周围运动神经病（2022） 在 NRCAM 基因的外显子 7 中鉴定出纯合 c.400T-C 转换（c.400T-C，NM_001037132.2），导致 Ig-like-1 中的 ser134 到 pro（S134P） 取代领域。该变异是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，与该家族中的疾病分离。该变体不存在于 dbSNP、1000 基因组计划或 gnomAD 数据库中。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。患者年龄分别为 31 岁和 27 ，分别于 20 岁和 15 岁时发病周围运动神经病。血清肌酸激酶升高伴有继发性肌病。其他特征包括高弓足、锤状趾和脊柱侧凸。一名同胞患有白内障。