ADP-核糖基化因子鸟嘌呤核苷酸交换因子 1； ARFGEF1

ADP-核糖基化因子-鸟嘌呤核苷酸交换蛋白 1； ARFGEP1
BREFELDIN A 抑制鸟嘌呤核苷酸交换蛋白 1； BIG1
p200

HGNC 批准的基因符号：ARFGEF1

细胞遗传学位置：8q13.2 基因组坐标（GRCh38）：8:67,173,511-67,343,781（来自 NCBI）

▼ 说明

ARFGEF1 基因编码一种小型 GTP 酶，参与囊泡形成和细胞内转移，尤其是在高尔基体和质膜之间。 ARFGEF1 已被证明可以调节轴突伸长、神经突发育和维持以及极化过程，从而在神经发育中发挥重要作用（Thomas 等人总结，2021）。

▼ 克隆与表达

用真菌代谢物布雷菲德菌素 A（BFA）处理大多数动物细胞会破坏蛋白质转移并导致各种细胞器的形态重组。这种效应使 BFA 成为探索细胞器生物发生和膜动力学相关机制的有用试剂。高尔基体池上外壳蛋白组装的阻断代表了最早的变化之一，显然是抑制高尔基体相关鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）的结果，该因子激活 ADP 核糖基化因子（ARF）家族的小 GTP 酶。森永等人（1996, 1997）从牛脑中纯化提取了大分子量亚组的成员 p200 ARFGEP1（p200），并发现它参与 670 kD 的复合物，并显示出与酵母 Sec7p 最大的序列相似性。曼苏尔等人（1999）研究了普遍表达的 ARFGEP1 蛋白，并提出，在 BFA 存在的情况下，失效的 p200-ARF 复合物的积累可能会导致高尔基体形态的破坏。数据库搜索揭示了推定异构体的存在，其抑制作用可能解释了 BFA 对各种细胞器的影响。

对纯化的牛 p200 进行肽测序后，Tokawa 等人（1999）使用 PCR 生成的探针筛选人类额叶皮层 cDNA 文库并分离出 BIG1 和 BIG2（605371） cDNA。全长 BIG1 cDNA 编码 1,849 个氨基酸的蛋白质，其中包含 ARF 鸟嘌呤核苷酸交换蛋白特征的 Sec7 结构域。 BIG1 与 BIG2 具有 74% 的整体氨基酸同一性，并且在 Sec7 结构域中具有 90% 的同一性。 Tokawa 等人使用 Northern blot 分析（1999）在胎盘和肺中检测到 7.5 kb BIG1 转录本。在心脏、大脑、肾脏和胰腺中检测到较弱的表达。

▼ 基因功能

Saeki 等人使用酵母 2-杂交分析、免疫共沉淀分析和体外 Pull-down 分析（2005）发现大鼠和人类 BIG1 结合肌球蛋白 IXb（MYO9B; 602129）的尾部结构域，肌球蛋白 IXb 是一种对 Rho 具有 GTP 酶激活蛋白（GAP）活性的分子马达（参见 RHOA; 165390）。 BIG1 和 MYO9B 以 1 对 1 的化学计量结合，突变分析表明 BIG1 与 MYO9B 的锌指/GAP 结构域特异性结合。 BIG1 与 MYO9B 的结合干扰 RhoA 与 MYO9B 的结合，并以剂量依赖性方式抑制 MYO9B 的 Rho-GAP 活性。同样，RhoA 抑制 BIG1 与 MYO9B 的结合。 MYO9B 与 BIG1 的结合不会改变 BIG1 的 ARF-GEF 活性。

黑田等人（2007）表明，HepG2 人肝癌细胞中 cAMP 升高会引起 PKA（参见 PRKACA；601639）催化的 BIG1 磷酸化和核积聚，但不会引起 BIG2。 PKA 对 BIG1 或 BIG2 的磷酸化与 BIG1 或 BIG2 GEP 活性的降低相关，而 BIG1 或 BIG2 GEP 活性的降低可通过 PP1-γ 的去磷酸化来恢复（PPP1CC; 176914）。黑田等人（2007）得出结论，cAMP、PKA 和 PP1-γ 通过影响 BIG1 和 BIG2 的磷酸化状态来调节囊泡转移。

帕迪拉等人（2008）发现 BIG1 与来自 HepG2 细胞核的核仁素（164035）共沉淀。细胞核与 RNase A 或 DNase 一起孵育消除了相互作用，表明它依赖于核酸，Padilla 等人（2008）表明 U3 snoRNA（参见 180710）与细胞核中的 BIG1 和核仁素相关。该复合物还含有原纤维蛋白（FBL; 134795）、核孔蛋白 p62（NUP62; 605815）和 La（SSB; 109090）。原纤维蛋白不存在于核膜处含有 BIG1 和核仁素的复合物中，这表明 BIG1 和核仁素参与动态分子复合物，在穿过细胞核时改变组成。

▼ 测绘

通过体细胞杂交分析，Tokawa 等人（1999）将 BIG1 基因对应到 8 号染色体。通过辐射杂交分析，Mansour 等人（1999）将 BIG1 基因定位到染色体 8q13，距标记 WI-6151 3.56 cR。

▼ 分子遗传学

Teoh 等人在一名患有发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫发作的 3 岁男孩中进行了研究（DEDISB; 619964）（2020）鉴定了 ARFGEF1 基因中的从头杂合无义突变（C1455X; 604141.0001）。该突变预计会导致无义介导的 mRNA 衰减和单倍体不足。尽管单倍体不足的突变小鼠模型显示出一些重叠的特征（参见动物模型），但尚未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

Thomas 等人在 6 名患有 DEDISB 的无关患者（患者 1-6）中，无论有或没有癫痫发作（2021）鉴定了 ARFGEF1 基因的从头杂合突变（参见，例如 604141.0002-604141.0004）。在具有相似表型的 2 个不相关个体（患者 12 和 13）中也发现了杂合突变，尽管亲代 DNA 无法用于这些患者的分离研究。此外，来自 3 个不相关家庭的 5 名患者（7-11）携带杂合 ARFGEF1 突变，这些突变均遗传自轻度受影响的父亲（例如 604141.0005、604141.0006），与具有不完全外显率的常染色体显性遗传一致。外显子组测序发现 ARFGEF1 基因杂合突变后，通过国际合作确定了该队列中的患者。有1个错义变异、1个剪接位点变异、6个无义突变和3个移码突变。与对照组相比，来自具有错义变异的患者的成纤维细胞显示出 ARFGEF1 蛋白水平降低，这表明该变异编码了一种会降解的不稳定蛋白质。除此之外，没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。由于大多数突变预计会导致无义介导的 mRNA 衰变和功能丧失，因此作者推测单倍体不足是发病机制。患者存在不同程度的发育迟缓，通常伴有智力发育受损、明显的言语迟缓和行为异常。大约一半的患者有各种类型的癫痫发作。

▼ 动物模型

Teoh 等人（2017）发现 Big1 -/- 小鼠以正常孟德尔频率出生，但出生后 1 天内空腹死亡，表明无法进食。在胚胎第 17.5 天对 Big1 -/- 胚胎进行的检查显示，其体型并未明显小于对照组，但大脑的长度和宽度明显较小。 Big1 -/- 大脑的海马体、新皮质和小脑比对照组小，并且尺寸减小伴随着侧脑室扩大。 Arfgef1 -/- 大脑也失去了前连合。进一步的分析表明，在发育中的小鼠大脑中，Big1对于深层神经元的存活、神经元极性以及丘脑和新皮质之间轴突束的形成是必需的。

Teoh 等人（2020）发现，由 Arfgef1 基因移码突变产生的杂合 Arfgef1 +/- 小鼠表现出发育迟缓的迹象，如运动和发声行为受损所证明的。尽管杂合突变小鼠没有表现出自发性癫痫发作，但它们诱发癫痫发作的阈值降低，这与癫痫易感性增加一致。神经病理学研究显示大脑和神经元存在形态缺陷，例如海马齿状回衬里的生长失调和异常的树突丝。沿树突表面的突触 GABA-A 受体（参见 GABRA1；137160）密度降低，这与含有 GABA（A）受体的转移囊泡的分布破坏有关。神经元溶酶体中 GABA-A 受体异常积累，与神经元表面表达减少一致。研究结果表明，Arfgef1 的单倍体不足会改变神经元的内体组成和功能，从而影响突触。 Teoh 等人（2020）假设 GABA-A 受体相关抑制信号传导的减少可能导致癫痫易感性。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫
ARFGEF1、CYS1455TER

Teoh 等人在一名患有发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫发作的 3 岁男孩中进行了研究（DEDISB; 619964）（2020）在 ARFGEF1 基因的外显子 30 中鉴定出从头杂合的 c.4365C-A 颠换（c.4365C-A，ENST00000262215.3），导致 cys1455 到 ter（C1455X）取代。该突变预计会导致无义介导的 mRNA 衰减和单倍体不足。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。该患者在 6 个月大时出现婴儿痉挛症，随后发展为各种难以治疗的癫痫类型。他表现出发育迟缓、言语缺失和运动缺陷。该患者的 BMP2 基因（112261）中还携带 R110S 错义变异，人们认为该变异不会导致神经表型。

.0002 发育迟缓、言语障碍和行为异常，无癫痫发作
ARFGEF1、ASP798ASN

Thomas 等人在一名患有发育迟缓、言语障碍和行为异常的 6 岁男孩（患者 1）中（DEDISB；619964）（2021）在 ARFGEF1 基因中鉴定出一个从头杂合的 c.2392G-A 转换（c.2392G-A，NM_006421.4），导致 Sec7 结构域中的保守残基处由 asp798 到 asn（D798N）取代。该突变是通过外显子组测序发现的。对患者成纤维细胞的蛋白质印迹分析显示 ARFGEF1 蛋白水平降低，表明该突变导致蛋白质不稳定和随后的降解。这些发现与单倍体不足作为发病机制是一致的。患者没有癫痫发作。

.0003 发育迟缓、言语障碍和行为异常，无癫痫发作
ARFGEF1、ARG1774TER

Thomas 等人在一名患有发育迟缓、言语障碍和行为异常的 10 岁男孩（患者 2）中（DEDISB；619964）（2021）在 ARFGEF1 基因中发现了一个从头杂合的 c.5320C-T 转换（c.5320C-T, NM_006421.4），导致 C 端 HDS4 结构域中的 arg1774 到 ter（R1774X）取代。该突变是通过外显子组测序发现的。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但预计它会经历无义介导的 mRNA 衰减，导致单倍体不足。患者没有癫痫发作。

.0004 发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫发作
ARFGEF1、GLN842TER

Thomas 等人在一名患有发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫发作的 5 岁男孩（患者 5）中进行了研究（DEDISB；619964）（2021）鉴定了 ARFGEF1 基因中的从头 c.2524C-T 转变（c.2524C-T，NM_006421.4），导致 Sec7 结构域中的 gln842 到 ter（Q842X）替换。该突变是通过外显子组测序发现的。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但预计它会经历无义介导的 mRNA 衰变，导致单倍体不足。患者有运动迟缓、肌张力低下、行为问题和早发性耐药性癫痫；没有注意到智力障碍。

.0005 发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫
ARFGEF1，1-BP DEL，1006A

Thomas 等人在一名患有发育迟缓、言语障碍、行为异常和癫痫发作的 9 岁男孩（患者 7）中进行了研究（DEDISB; 619964）（2021）在 ARFGEF1 基因中发现了一个杂合 1-bp 缺失（c.1006delA, NM_006421.4），导致移码和提前终止（Met336TrpfsTer2）。通过外显子组测序发现的突变是从轻度受影响的父亲那里遗传的。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但预计它会经历无义介导的 mRNA 衰变，导致单倍体不足。患者患有严重的耐药性癫痫、面容畸形、严重的语言发育迟缓和行为异常，而患者的父亲有自限性儿童癫痫病史。

.0006 发育迟缓、言语障碍和行为异常，无癫痫发作
ARFGEF1、GLN648TER

Thomas 等人在 2 名患有发育迟缓、言语障碍和行为异常的同胞（患者 8 和 9）中（DEDISB；619964）（2021）在 ARFGEF1 基因中发现了一个杂合的 c.1942C-T 转换（c.1942C-T，NM_006421.4），导致 gln648 到 ter（Q648X）的取代。通过外显子组测序发现的这种突变遗传自他们的父亲，父亲有发育迟缓和行为问题的病史。这种突变也存在于一位患有轻度智力障碍的姑妈身上。她的两个儿子也出现发育迟缓，但没有对她的儿子进行基因分析。分离模式与常染色体显性遗传一致，具有不完全外显率和可变表达性。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但预计它会经历无义介导的 mRNA 衰变，导致单倍体不足。患者8和9没有癫痫发作。