鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，β-5； GNB5

GB5

HGNC 批准的基因符号：GNB5

细胞遗传学位置：15q21.2 基因组坐标（GRCh38）：15:52,115,100-52,191,392（来自 NCBI）

▼ 说明

GNB5基因编码异源三聚体GTP结合蛋白（G蛋白）的β子单元。 GNB5 与 RGS 蛋白的 R7 调节家族成员（参见例如 RGS7, 602517 和 RGS9, 604067）以及 R7 结合蛋白（RGS7BP；610890）形成复合物，并且对于结构完整性和蛋白水解稳定性至关重要R7 RGS 复合物，作为 G 蛋白偶联受体（GPCR）信号传导的负调节因子。 GNB5 在大脑中表达，并在神经递质信号传导中发挥作用，包括通过多巴胺 D2 受体（DRD2; 126450）（Xie 等人，2012 年和 Shamseldin 等人，2016 年总结）。 GNB5 还与参与细胞膜超极化的 G 蛋白偶联内向整流钾通道（GIRK；参见例如 GIRK2, 600877）相互作用（Lodder 等人总结，2016）。

有关 G 蛋白的结构信息，请参见 600874。

▼ 克隆与表达

Jones 等人使用简并 PCR 方法筛选人脑 cDNA 文库（1998）克隆了G蛋白的β-5子单元，符号为GNB5。与至少83%同源的β子单元1至4相反，GNB5与其他β子单元仅50%同源。另一方面，预测的353个氨基酸的蛋白质序列与小鼠β-5蛋白质有99.4%的同源性，只有2个保守氨基酸差异。 Northern blot分析显示，小鼠Gnb5主要在大脑中表达（Watson et al., 1994），而人类GNB5不仅在大脑中高水平表达，而且在胰腺、肾脏和心脏中也高水平表达（Jones et al., 1998）），作为主要 3.0- 和次要 2.0- 和 9.0-kb 转录本。在大脑中，琼斯等人（1998）检测到在小脑、大脑皮层、枕极、额叶、颞叶和尾壳核中表达最高，在胼胝体和脊髓中表达最低。

沃森等人（1996）报道了在小鼠中克隆了视网膜特异性cDNA，称为G-β-5L，除了额外的126-bp 5-prime外显子之外，其与GNB5相同。

▼ 基因结构

罗斯科普夫等人（2003）确定GNB5基因含有12个外显子。第一个外显子是非编码的，外显子 2 和 3 包含替代的 ATG 起始密码子。

▼ 测绘

Gross（2018）根据 GNB5 序列（GenBank BC013997）与基因组序列（GRCh38）的比对，将 GNB5 基因对应到染色体 15q21.2。

▼ 基因功能

GNB5 与含有 G 蛋白伽玛样（GGL）结构域的 G 蛋白信号传导（RGS）调节蛋白相互作用：RGS6（603894）、RGS7（602517）、RGS9（604067）和 RGS11（603895）。陈等人（2003）提供的数据表明 GNB5 和含有 GGL 结构域的 RGS 蛋白是专性伙伴，并支持 GNB5 作为 GTP 酶加速蛋白（GAP）复合物的组成部分的观点。

在小鼠海马体和纹状体中，Xie 等人（2012）发现 Gnb5 在突触前和突触后区域以及神经元的树突轴和棘中表达。在质膜和细胞内区域以及轴突末端的活性区都观察到定位。

▼ 分子遗传学

智力发育障碍伴心律失常

Lodder 等人对来自 4 个不相关家庭的 6 名患有智力发育障碍并伴有心律失常的患者（IDDCA; 617173）进行了研究（2016）鉴定了 GNB5 基因中的纯合或复合杂合截短突变（604447.0001-604447.0005）。这些突变是通过全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。没有进行变体的功能研究；仅在 1 个具有复合杂合截短变体的家族（家族 A）中进行的患者细胞研究表明，两个等位基因均受到无义介导的 mRNA 影响，导致推定的功能完全丧失。

语言发育迟缓和注意力缺陷-多动障碍/认知障碍，伴或不伴心律失常

Lodder 等人在来自 2 个不相关家庭（摩洛哥血统的 E 家庭和巴西血统的 F 家庭）的 3 名患有语言迟缓、注意力缺陷多动障碍/认知障碍伴心律失常的患者中（LADCI; 617182）（2016）鉴定了 GNB5 基因中的纯合错义突变（S81L; 604447.0006）。没有对该变体进行功能研究。这些患者是来自 6 个家庭的 9 名患者的队列中的一部分，这些患者被发现患有 GNB5 突变：具有截短突变的患者比具有错义突变的患者具有更严重的表型（IDDCA），表明基因型/表型相关。

Shamseldin 等人对来自沙特一个大近亲家庭的 5 名患有 LADCI 但没有心律失常的女孩进行了研究（2016）鉴定了 GNB5 基因中的纯合 S81L 取代。通过连锁分析和外显子组测序相结合发现的突变与该家族中的疾病分离。体外功能表达测定表明，S81L 突变导致严重但不完全的功能丧失，导致 RGS 复合物活性减弱，以及多巴胺灭活 DRD2 介导的信号传导的能力下降。沙姆塞尔丁等人（2016）指出，敲低线虫中的 Gnb5 基因会导致运动活性增加（Porter et al., 2010），而敲低老鼠直系同源基因会导致活动过度和运动协调异常（Xie et al., 2012），使该基因成为注意力缺陷多动障碍的候选基因（参见动物模型）。

▼ 动物模型

“连枷”（flr）小鼠表现出一种表型，包括频繁跌倒、痉挛性肢体运动（腿部摆动）和持续到成年的共济失调。琼斯等人（2000）确定，flailer 小鼠表达一种新基因，将 Gnb5 的启动子和前 2 个外显子与紧密相连的肌球蛋白 5A（MyoVA）基因（Myo5a; 160777）的 C 端外显子结合起来。生化和遗传学研究表明，主要在大脑中表达的 flailer 蛋白在体内与野生型 MyoVA 竞争，阻止平滑内质网囊泡在小脑浦肯野细胞树突棘中的定位。由于竞争性结合依赖于突变体和野生型蛋白之间的比例，因此，鞭打蛋白具有显性负作用机制和隐性遗传模式。 Gnb5 上游的 Myo5a 染色体排列与非同源重组突变机制一致。

张等人（2011）发现纯合 Gnb5 敲除小鼠出生时身材矮小，并且与野生型同窝小鼠相比，体型持续较小。基因敲除小鼠表现出明显延迟或缺失的表面翻正反射，以及明显异常的放置反应，表明神经行为发育受损。缺乏 Gnb5 的小鼠还表现出步态、平衡、粗大运动协调性、运动学习以及多动症异常。与这些发现一致的是，作者证实了 Gnb5 敲除小鼠的小脑和海马发育缺陷。基因敲除小鼠大脑中多个基因失调。张等人（2011）得出结论，GNB5 在发育过程中调节树突分枝和/或突触形成，部分是通过调节基因表达来调节。

谢等人（2012）发现 Gnb5 缺失的小鼠存在多动和运动学习缺陷，以及对新环境的自相矛盾的适应。与野生型相比，Gnb5-null小鼠大脑的细胞外多巴胺水平较低，多巴胺释放和再摄取也较慢。对抑制性突触前和突触后 G 蛋白偶联受体信号传导的敏感性也增加，这与 Gnb5/RGS 对其他受体信号传导途径抑制作用的丧失一致。单胺再摄取抑制剂的药物治疗对于减少多动症无效；然而，NMDA 受体阻断完全逆转了多动症，表明突变小鼠的谷氨酸信号发生了变化。研究结果表明，Gnb5-RGS 复合物是控制神经元兴奋性和运动活动的信号通路的关键调节剂。

洛德等人（2016）使用 CRISPR/Cas9 基因组编辑使斑马鱼的 gnb5 功能完全丧失；突变斑马鱼的游泳活动受损，体形仍然较小，并在受精后 7 至 14 天死亡，可能是由于无法进食。用卡巴胆碱（一种激活 GNB5/RGS/GIRK（G 蛋白偶联内向整流钾）通道途径的拟副交感神经化合物）治疗突变幼虫，与对照组相比，导致心率大幅下降。与对照组相似，交感神经激动剂治疗导致心率增加。这些发现表明，gnb5 的缺失导致心脏 GIRK 通道和副交感神经控制的负调节丧失，但对交感神经控制没有影响。突变幼虫主要对重复的触觉刺激没有反应，显然是由于神经缺陷，而不是肌肉功能障碍，并且表现出视动反应受损，但眼肌功能也正常。研究结果表明 Gnb5 对于神经元信号传导和自主神经功能很重要。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 伴有心律失常的智力发育障碍
GNB5、249G-A

Lodder 等人发现，2 名意大利血统姐妹（A 族）患有智力发育障碍并伴有心律失常（IDDCA；617173）（2016）鉴定了 GNB5 基因中的复合杂合突变：外显子 2 最后一个核苷酸处的 c.249G-A 转换（c.249G-A，NM_006578.3），导致剪接位点突变，以及 c.994C -T 转换，导致 arg332 到 ter（R332X；604447.0002）的替换。对患者细胞的分析表明，c.249G-A 变体由于包含内含子 2 而导致异常剪接，并预计编码截短的蛋白质（Asp84Valfs52Ter）。两个等位基因的转录物被证明会导致无义介导的 mRNA 衰变，与功能完全丧失一致。这些突变是通过全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。 dbSNP（build 138）数据库中未发现任何突变； ExAC数据库中未发现c.249G-A突变，而ExAC数据库中以较低频率（8.24 x 10（-6））发现R332X突变。

.0002 伴有心律失常的智力发育障碍
GNB5、ARG332TER

讨论 GNB5 基因中的 c.994C-T 转变（c.994C-T，NM_006578.3），导致 arg332-to-ter（R332X）取代，这种取代在 2 名具有智力的姐妹中以复合杂合状态发现Lodder 等人提出的伴有心律失常的发育障碍（IDDCA; 617173）（2016），参见 604447.0001。

.0003 伴有心律失常的智力发育障碍
GNB5、IVS2DS、G-T、+1

Lodder 等人发现，一名 6 岁女孩的近亲父母为约旦血统（B 族），患有智力发育障碍并伴有心律失常（IDDCA；617173）（2016）鉴定了 GNB5 基因内含子 2（c.249+1G-T, NM_006578.3）中的纯合 G-T 颠换，导致剪接位点改变，并预测编码截短的蛋白质（Asp84Leufs31Ter）。该突变是通过全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，并且在 dbSNP（build 138）或 ExAC 数据库中未发现。预计该突变会导致功能丧失，但并未进行该变异的功能研究和患者细胞的研究。

.0004 伴有心律失常的智力发育障碍
GNB5、IVS2DS、A-G、+3

Lodder 等人在 2 名同胞中，由波多黎各血统的近亲父母（C 族）所生，患有智力发育障碍并伴有心律失常（IDDCA；617173）（2016）鉴定了 GNB5 基因内含子 2（c.249+3A-G, NM_006578.3）中的纯合 A 到 G 转变，导致剪接位点改变，并预测编码截短的蛋白质（Asp84Valfs31Ter）。该突变是通过全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，并且在 dbSNP（build 138）或 ExAC 数据库中未发现。预计该突变会导致功能丧失，但并未进行该变异的功能研究和患者细胞的研究。

.0005 伴有心律失常的智力发育障碍
GNB5、TYR302TER

Lodder 等人对一名患有智力发育障碍并伴有心律失常（IDDCA; 617173）的印度裔（D 族）12 岁女孩进行了研究（2016）鉴定了 GNB5 基因中的纯合 c.906C-G 颠换（c.906C-G, NM_006578.3），导致 tyr302 至 ter（Y302X）取代。该突变是通过全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。在 dbSNP（build 138）数据库中未找到它，但在 ExAC 数据库中以较低频率（8.26 x 10（-6））发现。预计该突变会导致功能丧失，但并未进行该变异的功能研究和患者细胞的研究。

.0006 语言发育迟缓和注意力缺陷多动障碍/认知障碍（伴或不伴心律失常）
GNB5、SER81LEU

Lodder 等人对来自 2 个不相关家庭（摩洛哥血统的 E 家庭和巴西血统的 F 家庭）的 3 名患有语言迟缓和注意力缺陷多动障碍/认知障碍伴心律失常（LADCI; 617182）的患者进行了研究（2016）在 GNB5 基因的外显子 2 中鉴定出纯合 c.242C-T 转换（c.242C-T, NM_006578.3），导致在高度保守的残基处发生 ser81 到 leu（S81L）的取代。第一个 WD40 结构域位于靠近中心孔的 β 链中。该突变是通过全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。 dbSNP（build 138）数据库中未发现该变体；它在 ExAC 数据库中的出现频率小于 5 x 10（-5）（121,000 人中有 6 人），拉丁裔人中的出现频率小于 4.3 x 10（-4）（11,574 人中有 5 人）。在摩洛哥人中，该变异的患病率为 1,260 分之一（7.94 x 10（-4））。分子模型表明，S81L 取代可能会引起局部结构变化，从而损害中心孔和调节蛋白的结合动力学，可能导致功能受损。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

Shamseldin 等人对来自沙特一个大近亲家庭的 5 名患有 LADCI 但没有心律失常的女孩进行了研究（2016）鉴定了 GNB5 基因中的纯合 S81L 取代。该突变是通过连锁分析和外显子组测序相结合发现的，与该家族中的疾病分离，并且在 1000 个基因组计划数据库或 2,379 个沙特外显子组中未发现。患者细胞中突变蛋白的水平降低，表明不稳定，而 HEK293 细胞中的转染研究表明，该突变对 R7 RGS 复合物的折叠或稳定性也有不利影响。体外功能表达测定表明，S81L 突变导致严重但不完全的功能丧失，导致 RGS 复合物活性减弱，以及多巴胺灭活 DRD2 介导的信号传导的能力下降。