超极化激活的环状核苷酸门控钾通道 2; HCN2

脑环核苷酸门控 2； BCNG2
钾通道，电压门控，大脑，2

HGNC 批准的基因符号：HCN2

细胞遗传学位置：19p13.3 基因组坐标（GRCh38）：19:589,881-617,159（来自 NCBI）

▼ 说明

HCN2 基因编码电压门控阳离子通道，该通道属于类似 HCN 基因家族，在产生神经元和心脏自动性方面发挥作用。超极化后，这些通道携带由 Na+ 和 K+ 介导的内向电流，在心脏中称为 I（f），在神经元中称为 I（h）。 HCN2 在大脑中广泛表达（Santoro 等人，1997 年和 Nakamura 等人，2013 年总结；Rivolta 等人，2020 年综述）。

▼ 克隆与表达

桑托罗等人（1997） 从小鼠大脑中克隆了电压门控钾通道家族的成员（Bcng1），该家族包含羧基末端环状核苷酸结合域（CNBD），并提出它是起搏器通道的候选基因。 Santoro 等人使用 Bcng1 的异源表达（1998） 证明 Bcng1 编码的通道与大脑中的起搏器通道没有区别，但与心脏中的类似。桑托罗等人（1998） 随后利用序列同源性克隆了 2 个与 Bcng1 密切相关的人类基因 BCNG1（602780） 和 BCNG2。小鼠和人类基因在不同组织（包括大脑和心脏）中显示出独特的 mRNA 表达模式。 BCNG1 和 BCNG2 均含有电压门控钾通道的保守基序，包括 S1-S6 跨膜片段、带电 S4 电压传感器和孔衬 P 环。此外，两者在各自的羧基末端均含有保守的 CNBD。人类 BCNG2 蛋白的核心区域与小鼠 Bcng1 的核心区域有 98% 相似。 BCNG2表达的主要部位是脑和心脏。

路德维希等人（1999） 从人类心脏 cDNA 文库中孤立克隆了 HCN2。他们发现HCN2 cDNA编码889个氨基酸的蛋白质。

▼ 基因结构

HCN2 基因包含 8 个外显子，跨度约 27 kb（Ludwig et al., 1999）。

▼ 测绘

路德维希等人（1999）指出HCN2基因包含在定位于染色体19p13.3的2个粘粒克隆内。

▼ 生化特征

晶体结构

扎戈塔等人（2003）通过研究含有环核苷酸结合结构域的HCN2 C末端片段和将环核苷酸结合结构域连接到孔的C接头区域，研究了环核苷酸调节HCN通道的机制。该与环 AMP 或环 GMP 结合的 C 末端片段的 X 射线晶体结构，结合平衡沉降分析，确定了四聚结构域和环核苷酸特异性的机制，并提出了配体依赖性通道调节的模型。由于环核苷酸门控和 eag-（参见 603305）以及 KAT1 相关通道家族与 HCN 通道具有氨基酸序列相似性，Zagotta 等人（2003）的结论是它们可能在结构和机制上与HCN通道有关。

▼ 基因功能

路德维希等人（1999） 观察到，当在 HEK293 细胞中表达时，HCN2 会产生超极化激活的阳离子电流，具有天然阳离子电流的标志特征。 HCN2 具有快速的激活动力学，Ludwig 等人（1999） 得出结论，HCN2 可能是心脏超极化激活的阳离子电流的快速成分的基础。

Wainger 等人通过构建截短突变体（2001） 证明 CNBD 抑制 HCN 家族成员核心跨膜结构域的激活。环 AMP 结合可缓解这种抑制。 HCN1 和 HCN2 亚型之间的激活门控和 cAMP 调节程度的差异很大程度上是由于 CNBD 抑制功效的差异造成的。

伤害感受器的动作电位放电速率是疼痛强度的主要决定因素。动作电位放电的可能调节剂包括 HCN 离子通道，它在膜超极化后产生内向电流 I-h。埃默里等人（2011） 发现 HCN2 的基因删除去除了 I-h 的 cAMP 敏感成分，并消除了伤害感受器中 cAMP 升高引起的动作电位放电。表达 NaV1.8 的伤害感受器中 HCN2 被特异性删除的小鼠（604427） 具有正常的疼痛阈值，但炎症不会引起对热刺激的痛觉过敏。神经损伤后，这些小鼠对热或机械刺激没有表现出神经性疼痛。埃默里等人（2011） 得出结论，神经性疼痛是由表达 NaV1.8 的伤害感受器中 HCN2 驱动的动作电位放电引发的。

▼ 分子遗传学

迪本斯等人（2010） 鉴定了 HCN2 基因中的一个变体，该变体导致 9-bp 缺失（2156delCGCCGCCGC），从靠近环核苷酸结合结构域（602781.0001） 的 7-脯氨酸重复序列中去除了 719 至 721 处的 3 个脯氨酸残基（delPPP）。该缺失存在于 65 名伴有热性惊厥的全身性癫痫患者中 3 名（GEFSP11; 602477） 和 61 名热性惊厥患者中的 3 名（2.5%）（参见 FEB2, 602477），而它存在于772 个对照中只有 3 个（0.2%）。非洲爪蟾卵母细胞的体外功能表达研究表明，与野生型相比，delPPP 变体在响应超极化时电流大小增加了 35%。这种电流的增加将使膜电位去极化，使神经元更接近放电电位，从而增强神经元的兴奋性。在没有热性惊厥的特发性全身性癫痫患者中未观察到 HCN2 delPPP 变异。

Nakamura 等人在 2 名无关的日本儿童中出现热性惊厥（2013） 鉴定了 HCN2 基因中的杂合错义变体（S126L; 602781.0002）。这些突变是通过对 160 名热性惊厥儿童的 HCN2 基因直接测序发现的。在 1 个病例中，S126L 变异是从一位类似受影响的母亲遗传的。对表达该突变的 HEK293 细胞进行的电生理学研究表明，与对照组相比，它对温度升高的敏感性更高。与野生型相比，突变体通道表现出更快的激活、更大的去极化位移以及在更高温度下增加的电流密度。研究结果表明，S126L 突变通道可能会增强热疗期间神经元的兴奋性。

在来自 3 个不相关家庭的患有特发性全身性癫痫 17（EIG17；602477）的受影响个体中，Li 等人（2018） 鉴定了 HCN2 基因中的杂合错义突变（S632W, 602781.0003 和 V246M, 602781.0004）。这些突变是通过对 585 名疑似遗传性癫痫患者进行直接测序发现的，并与有 DNA 的家族中的疾病分开。体外电生理学研究表明，与对照相比，这两种突变均导致激活的去极化转变、更大的斜率和更快的激活动力学，与功能获得效应一致。当用野生型表达时也观察到这些发现，表明显性效应。

DiFrancesco 等人在一名 28 岁男性中，于 12 岁时罹患常染色体隐性特发性全身性癫痫 17（参见 EIG17；602477）（2011） 鉴定了 HCN2 基因中的纯合错义变体，导致 glu515 变为 lys（E515K；602781.0005）。该突变是通过直接测序发现的，在多个没有癫痫发作的家庭成员中以杂合状态存在。 CHO 细胞的体外功能表达研究表明，同聚突变体而非异聚突变体/野生型通道被抑制。随着激活阈值的降低和激活动力学的减慢，激活发生了很大的负向转变，有效地消除了 HCN2 对静息活动的贡献，这与功能丧失效应一致。将突变转染到大鼠皮质神经元中会导致类似的变化，并且与野生型相比，细胞兴奋性和放电频率增加。

▼ 动物模型

钟等人（2009） 发现了一种自发的隐性小鼠突变体，“冷漠”（美联社/美联社），显示共济失调、运动不协调以及类似于全身失神和强直阵挛性惊厥的癫痫发作。一些杂合子小鼠表现出失神性癫痫发作，并且大多数对化学惊厥癫痫发作的易感性增强，这与神经元过度兴奋一致。脑电图显示异常的棘波活动。相关突变是鼠 Hcn2 基因的移码，导致蛋白质表达和功能丧失。研究结果表明 I（h） 通道对于维持正常的神经元网络振荡至关重要。

▼ 等位基因变异体（5 个精选示例）：

.0001 伴有热性惊厥的全身性癫痫，11 型
家族性高热惊厥，2 次，包括
HCN2、9-BP DEL、NT2156

迪本斯等人（2010） 鉴定了 HCN2 基因中的一个变体，该变体导致 9-bp 缺失（c.2156_2164delCGCGCCCGC，NM_001194），从靠近环状核苷酸结合域的 7-脯氨酸重复序列中去除 719 至 721（delPPP） 处的 3 个脯氨酸残基。该缺失存在于 65 名伴有热性惊厥的全身性癫痫患者中 3 名（GEFSP11; 602477） 和 61 名热性惊厥患者中的 3 名（2.5%）（参见 FEB2, 602477），而它存在于772 个对照中只有 3 个（0.2%）。非洲爪蟾卵母细胞的体外功能表达研究表明，与野生型相比，delPPP 变体在响应超极化时电流大小增加了 35%。这种电流的增加将使膜电位去极化，使神经元更接近放电电位，从而增强神经元的兴奋性。

.0002 家族性高热惊厥，2
HCN2、SER126LEU

Nakamura 等人在 2 名不相关的日本儿童中患有家族性热性惊厥-2（FEB2；602477）（2013） 鉴定了 HCN2 基因中的杂合 c.377C-T 转换（c.377C-T, NM_001194.3），导致细胞内 N- 中高度保守的残基处发生 ser126-to-leu（S126L） 取代。末端区域靠近S1跨膜段。一名先证者从她同样受影响的母亲那里继承了该变异，与常染色体显性遗传一致。该变异是通过对 160 名无血缘关系的日本热性惊厥儿童的 HCN2 基因进行直接测序发现的。对表达该突变的 HEK293 细胞进行的电生理学研究表明，与对照组相比，它对温度升高的敏感性更高。与野生型相比，突变体通道表现出更快的激活、更大的去极化位移以及在更高温度下增加的电流密度。研究结果表明，S126L 突变通道可能会增强热疗期间神经元的兴奋性。

.0003 全身特发性癫痫，易感性，17
家族性高热惊厥，2 次，包括
HCN2、SER632TRP

在来自 2 个不相关家庭的 4 名患有特发性全身性癫痫 17（EIG17; 602477） 或热性惊厥（FEB2; 602477） 的个体中，Li 等人（2018） 鉴定了 HCN2 基因中的杂合 c.1895C-G 颠换（c.1895C-G，NM_001194.3），导致细胞质 CNBD 结构域中的保守残基处出现 ser632 至 trp（S632W） 取代。该突变是通过直接测序发现的，但在 gnomAD 数据库中不存在。其中 1 个家庭因该疾病而被隔离。另一个家庭受影响同胞的 DNA 无法用于分析。体外电生理学研究表明，与对照相比，该突变引起激活的去极化转变、更大的斜率和更快的激活动力学，与功能获得效应一致。当用野生型表达时也观察到这些发现，表明显性效应。表型有些不同：一个家族分离光敏性癫痫，另一个家族分离早发失神性癫痫。

.0004 全身特发性癫痫，易感性，17
HCN2、VAL246MET

在一位患有特发性全身性癫痫 17（EIG17; 602477） 的父亲和他的 2 个后代中，Li 等人（2018） 鉴定了 HCN2 基因中的杂合 c.736G-A 转换（c.736G-A, NM_001194.3），导致第二跨膜结构域中适度保守的残基处出现 val246-to-met（V246M） 取代。通过直接测序发现的突变与家族中的疾病分离。它在 gnomAD 数据库中的出现频率较低（1.631 x 10（-5））（4 个杂合子）。体外电生理学研究表明，与对照相比，该突变引起激活的去极化转变、更大的斜率和更快的激活动力学，与功能获得效应一致。当用野生型表达时也观察到这些发现，表明显性效应。家里有两名患者患有光敏性癫痫，另一名患者患有未分类的癫痫。

.0005 癫痫、特发性全身性、易感性、17、常染色体隐性遗传（1 名患者）
HCN2、GLU515LYS

DiFrancesco 等人在一名 28 岁男性中，于 12 岁时罹患常染色体隐性特发性全身性癫痫 17（参见 EIG17, 602477）（2011） 在 HCN2 基因的外显子 5 中鉴定出纯合 c.1543G-A 转换，导致细胞质 C 连接结构域中的保守残基处发生 glu515 到 lys（E515K） 取代，已知这会影响通道门控。该突变是通过直接测序发现的，在多个没有癫痫发作的家庭成员中以杂合状态存在。 CHO 细胞的体外功能表达研究表明，同聚突变体而非异聚突变体/野生型通道被抑制。随着激活阈值的降低和激活动力学的减慢，激活发生了很大的负向转变，有效地消除了 HCN2 对静息活动的贡献，这与功能丧失效应一致。将突变转染到大鼠皮质神经元中会导致类似的变化，并且与野生型相比，细胞兴奋性和放电频率增加。