ZIC家族，成员2； ZIC2

小脑 2 的锌指蛋白

HGNC 批准的基因符号：ZIC2

细胞遗传学位置：13q32.3 基因组坐标（GRCh38）：13:99,981,784-99,986,765（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

前脑无裂畸形是人类大脑最常见的结构异常，也是 13 号染色体缺失和重复患者中常见的异常之一。 Brown 等人（1998） 报道称，人类 ZIC2 基因是果蝇“奇数配对”的同源基因（opa） 基因，定位到与前脑无裂畸形相关的 13 号染色体区域（HPE5；609637）。人类 ZIC2 基因是通过使用先前被分配到染色体 13q32 的几个匿名 cDNA 克隆定义与小鼠基因组保守同线性的区域来鉴定的。据 Aruga 等人报道，一种小鼠克隆被证明是 Zic2 的一部分（1996）。预测的人和小鼠 ZIC2 蛋白分别含有 533 和 530 个氨基酸，并具有相同的锌指结构域。

使用原位杂交，Nagai 等人（1997） 发现小鼠 Zic2 在早期胎儿大脑、脊髓、眼睛和体节中表达。妊娠中期，Zic2主要表达于丘脑、中脑、小脑、脊髓、所有视网膜层和前体、原始脑膜和肢体间质的前软骨。布朗等人（1998） 指出这种表达模式与大脑和远端肢体发育的主要作用一致。 Brown 等人使用人体组织的 Northern 印迹分析（1998） 仅在胎儿大脑中检测到 ZIC2 的表达。

Yang 等人在多巴胺 1A 受体基因（D1A 或 DRD1；126449）上游启动子中使用 3 个拷贝的激活区 1（AR1）（2000） 在人脑 cDNA 文库的酵母 1-杂交筛选中克隆了 ZIC2。推导的 532 个氨基酸的蛋白质具有 N 末端锌指结构域。人和小鼠 ZIC2 的锌指结构域 100% 相同，但 C 端结构域有很大差异。对 8 种人体组织的 Northern 印迹分析仅检测到 ZIC2 在大脑中的表达。在大脑内，小脑中检测到高水平的 3.2 和 3.5 kb 转录本。除尾状核、壳核和黑质外，所有其他检查的大脑区域的表达均低得多，这些区域不存在 ZIC2 表达。

▼ 基因功能

D1A 基因上游启动子中的 AR1 区域包含相对链上 SP1（189906） 和 AP2（参见 TFAP2A；107580）部分重叠的结合位点。 Yang 等人使用凝胶迁移率变化和报告基因检测（2000） 发现人类 ZIC2 结合 AR1 序列并抑制其表达。 ZIC2 还显着降低小鼠神经母细胞瘤细胞系中内源性 D1a 的表达。 ZIC2 有效阻断 SP1 和 SP3（601804） 与 AR1 探针的结合，并抑制 SP1 和 SP3 介导的 AR1 启动子活性。随着时间的推移，ZIC2 还取代了与 AR1 结合的 SP1 和 SP2，导致 D1A 启动子活性完全抑制，表明 ZIC2 含有阻遏结构域。

Salero 等人使用酵母 1-杂交筛选，以 APOE（107741） 启动子的近端区域为诱饵（2001） 分离出编码 ZIC1（600470） 和 ZIC2 转录因子的 cDNA。电泳迁移率变动和突变分析确定了 APOE 启动子的 -136 至 -125、-65 至 -54 和 -185 至 -174 区域中的结合位点。荧光素酶报告基因分析表明，ZIC 蛋白通过这些结合位点刺激 APOE 的有效转录激活。

埃雷拉等人（2003）发现小鼠Zic2在视网膜神经节细胞（RGC）中以非交叉轨迹表达，当该亚群从腹颞视网膜向视交叉生长期间。功能丧失和获得分析表明，Zic2 对于通过视交叉中线的线索调节 RGC 轴突排斥是必要且充分的。此外，Zic2 的表达与色素小鼠、白化小鼠、雪貂、青蛙和鸡的双眼视度程度相关。埃雷拉等人（2003） 得出结论，ZIC2 是同侧投射的 RGC 的进化保守决定因素。

Okawa 等人使用酵母 2-杂交、蛋白质下拉和免疫沉淀分析（2008） 发现小鼠 Zic2 与 Rines（RNF180; 616015）（一种膜结合 E3 泛素连接酶）相互作用。在哺乳动物细胞系中，Rines 与 E2 泛素结合酶 Ubch6（UBE2E1；602916）共表达会导致 Zic2 泛素化和蛋白酶体降解。

▼ 基因结构

布朗等人（1998） 确定 ZIC2 基因包含 2 个外显子，跨度约为 4 kb。

▼ 测绘

ZIC2 基因定位于染色体 13q32（Brown 等人，1998）。

▼ 分子遗传学

布朗等人（1998） 确定 ZIC2 中的杂合突变与 HPE5 相关（609637）。 ZIC2 的单倍体不足很可能导致 13q 缺失患者出现脑部畸形。布朗等人（1998） 使用 SSCP 筛查了 150 名散发性 HPE 患者和 63 名家族性 HPE 患者的 DNA 样本中的 ZIC2 突变。一名散发患者在该基因的第一个外显子（603073.0001） 中显示出 56 bp 头尾重复插入。在第二个散发病例中，1 bp C 插入导致移码，改变了蛋白质的最后 90 个氨基酸，即大约 20%（603073.0002）。在第三个有 2 名兄弟姐妹患有 HPE 的家庭中，Brown 等人（1998） 确定两者都在 ZIC2（603073.0003） 的第三个外显子中插入了 30 bp。该插入是头尾重复，并将通常存在于该位置的丙氨酸链从 15 个丙氨酸残基扩展至 25 个丙氨酸残基。在第四个有一个孩子受到 HPE 影响的家庭中，Brown 等人（1998） 在锌指区域发现了一个 7-bp 的缺失，破坏了阅读框（603073.0004）。

由于 ZIC2 和 SHH（600725） 的突变均可导致 HPE，Brown 等人（1998）提出了他们是否以相同或不同的发展途径行事的问题。他们指出，ZIC2 表达与 SHH 的表达不同，ZIC2 信息见于背侧神经管，SHH 功能见于腹侧神经管，这表明这两种蛋白可能以不同方式影响神经发育。 ZIC2突变的患者均未出现严重的面部畸形； SHH 突变经常导致面部畸形。

布朗等人（2001） 在 509 例孤立的前脑无裂畸形病例中发现了 15 个 ZIC2 突变。七个突变是预计会导致功能丧失的移码，进一步支持了 ZIC2 单倍体不足可导致 HPE 的观点。来自 6 个不同家庭的 7 名患者发生了一种突变，即 C 末端丙氨酸束扩张。在其中 3 个家庭中，父亲被发现明显患有这种突变。作者假设这种突变可能是由于体细胞重组错误引起的，这是一种极其不寻常的突变机制。

Brown 等人通过 HPE 相关突变体和野生型 ZIC2 蛋白构建体的体外测定（2005） 确定 ZIC2 介导的转录活性的减少或增加可以产生前脑表型。对不同丙氨酸束长度的 ZIC2 蛋白的体外分析表明，与野生型 ZIC2 相比，25-丙氨酸扩增降低了 DNA 结合和转录活性，而与野生型相比，缩短的 2-丙氨酸束增加了 DNA 结合和转录活性。

▼ 细胞遗传学

乔班普特拉等人（2012） 报告称，在一名转诊进行产前咨询的胎儿中检测到了复杂的染色体重排，包括含有 ZIC2 基因的染色体 13q32 的小区域的重复。超声检查显示头围正常，孩子出生时没有前脑无裂畸形，3个月时发育正常。此外，对另外 4 名具有含有 ZIC2 的 13q 重复的患者和 3 名具有源自远端 13 号染色体的多余标记染色体的患者的表型进行审查表明，这 8 名患者均未患有前脑无裂畸形或脑畸形。然而，这些患者大多数确实存在发育迟缓、白质或轻度大脑异常，如颞叶发育不全或中脑发育不全，以及其他先天性异常。乔班普特拉等人（2012） 得出的结论是，13 号染色体远端区域的重复，特别是没有 ZIC2 重复的情况，与前脑无裂畸形无关。

▼ 动物模型

小鼠 Zic2 的 kumba（Ku） 等位基因携带失活错义突变。瓦尔等人（2008） 发现性交后 12.5 天的 Zic2 Ku/Ku 胚胎的颅骨发育严重异常。大多数人患有外脑畸形，并且所有的人都表现出眼睛间距异常，从距离近到独眼不等。前脑的残余物位于眼睛的吻端，并且仍然是一个单一的肿块，没有半球间裂的证据。对复合 Zic2 Ku 和 Shh 突变动物的实验表明，Zic2 和 Shh 之间没有直接的遗传相互作用。在性交后约 7.0 天，在诱导 Shh 信号传导之前，在 Zic2 Ku/Ku 胚胎的节点和新兴中内胚层中观察到分子缺陷。 Zic2 Ku/Ku胚胎在原肠胚中期表现出异常，组织区域（或节点）异常，前脊索前体生成不足，导致交配后9.5天脊索前板和前脊索发育停滞。瓦尔等人（2008） 得出结论，HPE5 是由原肠胚形成过程中组织者区域的短暂缺陷引起的。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 前脑无裂 5
ZIC2，56-BP INS

在散发性前脑无裂畸形（HPE5; 609637） 病例中，Brown 等人（1998） 在 ZIC2 基因的第一个外显子中发现了 56 bp 头尾重复插入。预计这种明显的从头插入会破坏阅读框。通过脑部超声检查和磁共振成像，该患者出生时患有严重小头畸形和半叶型 HPE，伴有单心室和胼胝体发育不全。仅存在轻微的面部畸形特征。 2岁时，她的发育严重迟缓。

.0002 前脑无裂 5
ZIC2，1-BP INS

Brown 等人在一名伴有脑积水的男性前脑无裂畸形（HPE5; 609637） 中进行了研究（1998） 发现 ZIC2 基因中插入了一个 C，导致移码改变了蛋白质的最后 99 个氨基酸，即大约 20%。 C 插入不存在于父母或未受影响的同胞中。

.0003 前脑无裂 5
ZIC2、30-BP INS、丙氨酸束扩张

在一个有 2 名兄弟姐妹患有前脑无裂畸形（HPE5; 609637） 的家庭中，Brown 等人（1998） 在 ZIC2 的第三个外显子中发现了一个 30 bp 的插入。该插入代表头尾重复，并将通常存在于该位置的丙氨酸链从 15 个丙氨酸残基扩展至 25 个。父亲是这种突变的嵌合体携带者，这种突变显然是在合子后出现的。对他的淋巴细胞 DNA 进行的 PCR 始终显示出正常大小的等位基因以及一条微弱的条带，这被证明是扩展的等位基因。 2 名受影响的儿童患有肺叶 HPE 和小头畸形，并且发育严重迟缓。两人都没有严重的面部畸形。父亲虽然没有智障，但据说智力低于正常水平。通过计算机断层扫描显示他的大脑正常，没有 HPE 的物理证据。

.0004 前脑无裂 5
ZIC2，7-BP DEL

Brown 等人在一名患有前脑无裂畸形（HPE5；609637）且没有严重面部畸形的儿童中进行了研究（1998） 在 ZIC2 基因的锌指区域发现了 7 bp 的缺失，破坏了阅读框。大脑 CT 成像显示 alobar HPE。 32 个月大时，她的发育里程碑严重延迟。

.0005 前脑无裂 5
ZIC2，2-BP DEL，180AC

在患有散发性前脑无裂畸形（HPE5; 609637） 的新生儿中，Orioli 等人（2001） 发现 ZIC2 基因锌指结构域的外显子 1 中核苷酸 860 和 861 缺失。父母双方都不存在这种情况。该患者患有半叶型 HPE、小头畸形、三角头畸形和相对无畸形的面部。

.0006 前脑无裂 5
ZIC2、7-BP DEL、NT392

Ramocki 等人在 2 名患有前脑无裂畸形（HPE5; 609637） 和部分菱形脑突触的同父异母姐妹中（2011） 在 ZIC2 基因的外显子 1 中发现了一个杂合的 7-bp 缺失（392_398del），预计会导致移码和过早终止。其中一名女孩患有大头畸形和舟头畸形，另一名女孩患有小头畸形。两人都有严重的智力低下和运动障碍。母亲的外周血中没有携带该缺失，这表明种系嵌合。尽管这些发现表明菱形脑突触可能与 HPE 有关，但在另外 11 例菱形脑突触病例中未发现 ZIC2 突变。 Guleria（2011） 不同意 Ramocki 等人报告的患者部分菱脑突联的诊断（2011），并提出连续小脑叶状图案的出现可能是由于后颅窝较小和结构拥挤造成的。拉莫基等人（2011） 回应称，神经影像学对部分菱脑突触诊断的解释存在争议，并坚持认为他们的患者诊断正确。