GREMLIN 1，DAN 家族 BMP 拮抗剂; GREM1

GREMLIN 1 同源物，胱氨酸结超家族
格林姆林
胱氨酸结超家族 1，BMP 拮抗剂 1； CKTSF1B1

HGNC 批准的基因符号：GREM1

细胞遗传学位置：15q13.3 基因组坐标（GRCh38）：15:32,718,004-32,745,106（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

Hsu 等人使用非洲爪蟾表达克隆筛选（1998）分离出 GREM1，它是在神经嵴中表达的骨形态发生蛋白（BMP；参见 112264）信号传导的拮抗剂。 Gremlin-1 属于一个新的基因家族，其中包括头部诱导因子 cerberus（CER1；603777）和肿瘤抑制因子 DAN（600613）。许等人（1998）表明所有家族成员都是分泌蛋白，并且它们在胚胎外植体中充当 BMP 拮抗剂。他们还为 gremlin、cerberus 和 DAN 通过结合 BMP 来阻断 BMP 信号传导、阻止它们与其受体相互作用的模型提供了支持。他们提出，gremlin、cerberus 和 DAN 通过选择性拮抗转化生长因子（TGF）-β 配体不同子集的活性来控制生长和发育的不同过程。通过同源搜索，Hsu 等人（1998）克隆了非洲爪蟾的人类同源物。人类 gremlin cDNA 编码预测的 184 个氨基酸的蛋白质。

▼ 测绘

通过体细胞杂交和辐射杂交分析，Topol 等人（2000）将 GREM1 基因定位到人类染色体 15q13-q15。

▼ 基因功能

祖尼加等人（1999）报道，分泌的 BMP 拮抗剂 gremlin 将音刺猬（SHH; 600725）信号从极化区域传递到顶外胚层脊。因“肢体畸形”而纯合的小鼠胚胎的肢芽中间充质 gremlin 表达缺失（ld）突变，破坏 Shh/Fgf4（164980）反馈环的建立。将表达 gremlin 的细胞移植到 ld 突变体肢芽中可挽救 Fgf4 表达并恢复 Shh/Fgf4 反馈回路。对Shh无效突变体胚胎的分析表明，Shh信号传导是维持gremlin和formin（FMN1；136535）（被ld突变破坏的基因）所必需的。相比之下，formin、gremlin 和 Fgf4 的激活不依赖于 Shh 信号传导。祖尼加等人（1999）得出结论，该研究揭示了 SHH 信号从后间充质传递到顶外胚层脊的级联，并确定 BMP 拮抗剂 gremlin 的 formin 依赖性激活足以诱导 Fgf4 并建立 SHH/Fgf4 反馈环形。

脊椎动物肢体的生长是由涉及 SHH、gremlin 和 FGF4 的正反馈回路驱动的。 Scherz 等人在这些基因在鸡胚胎中正常下调后，一次过表达环的各个组件（2004）发现Shh 不再在后肢维持gremlin。表达 Shh 的细胞及其后代不能表达 gremlin。这些后代的增殖形成屏障，将Shh信号与表达gremlin的细胞分开，从而破坏Shh-Fgf4环，从而影响肢体大小，并提供解释肢芽调节特性的机制。

发育调节的程序性细胞死亡塑造了脊椎动物的四肢和其他胚胎器官。在鸡和小鼠中，Bmp 触发指间充质细胞凋亡，导致手指自由，而在鸭子中，Bmp 拮抗剂抑制细胞凋亡程序，导致足蹼。韦瑟比等人（2006）发现蝙蝠 C. perspicillata 利用高 Fgf8（600483）和 gremlin 表达的独特组合来维持前肢的趾间组织，从而同时提高 Fgf 信号传导和抑制 Bmp 信号传导。

沃丁格等人（2007）研究了 BMP 信号传导改变对原发性开角型青光眼（POAG；参见 137760）眼压（IOP）的影响。他们发现人类小梁网（TM）合成并分泌 BMP4（112262）并表达 BMP 受体亚型 BMPR1（见 601299）和 BMPR2（600799）。 TM 细胞通过磷酸化 SMAD 信号蛋白对外源 BMP4 做出反应（参见 601595）。用 TGFB2（190220）处理的培养人 TM 细胞显着增加纤连蛋白（FN; 135600）水平，而 BMP4 则阻断这种 FN 诱导。青光眼 TM 细胞中 BMP 拮抗剂 gremlin 的 mRNA 和蛋白水平显着升高。此外，gremlin 也存在于人类房水中。 Gremlin 阻断了 BMP4 对 TGFB2 诱导 FN 的负面影响。将重组gremlin添加到离体灌注培养的人眼眼前节的培养基中导致眼压升高的青光眼表型。沃丁格等人（2007）得出的结论是，这些结果与 POAG 中的假设一致，即在 POAG 中，TM 细胞的 gremlin 表达升高抑制了 TGFB2 的 BMP4 拮抗作用，导致细胞外基质沉积增加和 IOP 升高。

肢体发育受 SHH 和成纤维细胞生长因子（FGF）信号之间的上皮间质反馈环路调节，涉及骨形态发生蛋白拮抗剂 gremlin-1。 Benazet 等人将小鼠分子遗传学与数学模型相结合（2009）表明 BMP4 首先启动，然后 SHH 通过 Grem1 的差异转录调节遗传上皮间质反馈信号以控制指趾规范。这种切换是通过将快速的 BMP4/GREM1 模块连接到较慢的 SHH/GREM1/FGF 上皮间质反馈环路来实现的。这种自我调节信号网络对远端肢体发育产生强有力的调节，能够通过 3 个信号通路之间的互连来补偿变化。

▼ 分子遗传学

Jaeger 等人在 8 个德系犹太人家庭的受影响成员中分离出常染色体显性遗传性混合性息肉病综合征，对应到染色体 15q13.3（HMPS1；601228）（2012）鉴定了以 chr 为中心的约 40 kb 重复的杂合性。 15:30.77 Mb 在 188 个未选择的德系犹太人对照或结直肠肿瘤基因鉴定（CORGI）研究的 935 个对照中未发现。跨重复断点的 PCR 扩增将其对应到 chr。 15:30,752,231-30,792,051（NCBI36），发现这种变化是简单的串联尾部-头部重复，插入了一个与双倍子之间已知序列没有同源性的未知来源的 30 bp 序列。复制从SCG5基因的内含子2延伸到GREM1 CpG岛上游的一个位点；然而，只发现了正常的SCG5 mRNA种类，并且与对照相比SCG5表达没有显着差异。相反，与对照组相比，在 HMPS 患者的正常上皮中检测到 GREM1 转录物水平显着增加，等位基因特异性表达分析显示 HMPS 隐窝中重复等位基因的表达显着增加。在对照和未受影响亲属的正常结直肠隐窝中，GREM1 表达仅限于隐窝基底的肠上皮下肌成纤维细胞（ISEMF），而在 HMPS 患者的正常结直肠隐窝中，GREM1 不仅在基底 ISEMF 中表达，而且在隐窝基底处也以非常高的水平表达。上皮细胞，主要是结肠细胞，其表达延伸到隐窝两侧的大部分区域。在 HMPS 息肉中也观察到 GREM1 表达增加，但程度低于正常上皮。耶格等人（2012）证明重复中的 3-kb 区域（chr. 15:30,779,000-30,782,000, NCBI36）在 SW948 CRC 细胞系中将 GREM1 表达增强了 4 倍，并且该区域直接与 GREM1 启动子相互作用。预计 GREM1 表达增加会导致 BMP（参见 112264）通路活性降低，这也是大肠幼年性息肉病肿瘤发生的机制（174900）。

▼ 动物模型

在肢体生长过程中，必须调节 BMP 的信号传导，以维持极化活动区（ZPA）和顶端外胚层脊（AER）之间的信号传导回路。 Gremlin 是一种细胞外 BMP 拮抗剂，已被认为可以实现这一功能，因此在肢体模式中很重要。科卡等人（2003）通过突变编码 gremlin 的小鼠基因直接测试了该模型。在突变肢体中，ZPA 和 AER 之间的反馈回路被中断，导致骨骼模式异常。该表型显然与 ld 相同，是 Fmn1 基因（136535）突变所致。 Grem1 和 Fmn1 之间的关系很有趣，因为它们在小鼠基因组中很接近。 Fmn1 转录本包含大量外显子，其中最多的 3-prime 外显子距离 gremlin 开放解读码组约 40 kb。鉴于 ld 小鼠与 gremlin 突变小鼠明显相同的表型以及 Fmn1 与 Grem1 的接近性，Khokha 等人（2003）测试了 gremlin 是否会补充 ld。他们发现 gremlin 无法补充 ld，从而鉴定出另一个 ld 等位基因。尽管 Fmn1 和 gremlin 之间可能存在复杂的相互作用，但 Khokha 等人（2003）赞成这样的观点，即ld突变直接影响gremlin表达，并且它们位于gremlin表达的顺式调控元件中。

肢芽的生长是由正反馈回路中的信号驱动的，涉及成纤维细胞生长因子（Fgf）基因、Sonic Hedgehog（Shh; 600725）和 Grem1。精确终止这些信号对于限制肢芽大小至关重要。小鼠肢芽中的序列与小鸡肢芽中的序列不同，这促使 Verheyden 和 Sun（2008）探索替代机制。通过分析包含正环的基因缺陷的复合小鼠突变体，Verheyden 和 Sun（2008）提供了 Fgf 信号传导可以抑制 Grem1 表达的遗传证据，揭示了一种新的 Fgf/Grem1 抑制环。这种抑制发生在小鼠和鸡的肢芽中，并且依赖于高 Fgf 活性。这些数据支持了一种机制，其中正 Fgf/Shh 环路驱动 Fgf 信号的生长和增加，从而触发 Fgf/Grem1 抑制环路。然后，抑制环按照在小鼠或小鸡肢芽中观察到的顺序终止生长信号。 Verheyden 和 Sun（2008）得出的结论是，他们的研究揭示了自我促进和自我终止回路的概念，可用于在广泛的发育和再生环境中获得适当的组织大小。 Verheyden 和 Sun（2008）证明 Fgf8（600483）对 Fgf4（164980）表达的抑制依赖于 Grem1 而不是 Shh。