SH3 和多个锚蛋白重复结构域 3; SHANK3
富含脯氨酸的突触相关蛋白 2；PSAP2
PROSAP2
KIAA1650
HGNC 批准的基因符号：SHANK3
细胞遗传学定位：22q13.33 基因组坐标（GRCh38）：22:50,672,823-50,733,212（来自 NCBI）
▼ 说明
SHANK3 基因编码一种富含兴奋性突触突触后密度的支架蛋白（Yi 等人总结，2016）。
▼ 克隆与表达
Boeckers et al.（1999）分离了编码 Prosap1 的大鼠 cDNA，Prosap1 是一种在兴奋性突触的突触后密度中高度富集的支架蛋白，以及相关蛋白 Prosap2。Prosap 蛋白在大鼠大脑的许多区域共表达，但在小脑中表现出独特的表达模式。
Bonaglia等（2001）预测人类PSAP2（SHANK3）基因编码一个1,731个氨基酸的蛋白质。Northern 印迹分析表明，人 PSAP2 主要在大脑中以 7 kb 和 8 kb 转录本表达。在大鼠和人类中，PSAP2 优先在大脑皮层和小脑中表达。
Schuetz et al.（2004）报道了1,806个氨基酸的Shank3蛋白含有5个N端锚蛋白基序，随后是一个SRC（190090）同源3（SH3）结构域、一个PDZ结构域、一个富含脯氨酸的区域，和C端无菌-α基序（SAM）结构域。免疫组织化学分析显示，Shank3 定位于胚胎第 16.5 天发育中老鼠肾的上皮小管的基底外侧细胞膜。
Wang et al.（2011）发现小鼠和人类SHANK3都表现出广泛的选择性剪接并使用多个启动子。在 小鼠中，主要的 Shank3 剪接变体 Shank3a 和 Shank3b 分别从上游区域和内含子 2 的启动子起始。从 4 个额外的内部启动子起始的剪接变体可能编码 N 末端截短的蛋白质。Wang et al.（2011）证实小鼠大脑中至少有11种不同的Shank3转录本。
Mameza et al.（2013）指出，所有 SHANK 蛋白，包括 SHANK3，在 6 个锚蛋白重复序列之前都有一个保守的 N 端结构域。他们将这个结构域称为SHANK/PROSAP N-terminal（SPN）结构域。
▼ 基因结构
Bonaglia等人（2001）通过基因组序列分析确定SHANK3基因全长60 kb，包含22个外显子。
SHANK3基因包含24个外显子，跨度57 kb（Durand et al., 2007）。
Ching et al.（2005）设计了一种利用甲基化敏感限制性内切酶和BAC克隆阵列以单核苷酸精度测定不同组织中全基因组CpG岛甲基化状态的方法。他们在 SHANK3 基因中发现了一个 CpG 岛，其甲基化状态与 SHANK3 基因表达相关。SHANK3 中 CpG 岛甲基化的组织特异性模式在人类、小鼠和大鼠组织中相似。
为了研究基因内甲基化的作用，Maunakea 等人（2010）绘制了人脑 DNA 甲基化图谱，涵盖了 2800 万个 CpG 位点中的 2470 万个。从密集、高分辨率的 CpG 岛覆盖来看，大多数甲基化的 CpG 岛位于基因内和基因间区域，而 5-prime 启动子中只有不到 3% 的 CpG 岛被甲基化。所有 3 个位置的 CpG 岛都与转录起始的 RNA 标记重叠，未甲基化的 CpG 岛也与组蛋白 H3（见 602810）lys4（一种在启动子处富集的组蛋白修饰）三甲基化显着重叠。一般和 CpG 岛特异性甲基化模式在小鼠组织中是保守的。对人类 SHANK3 基因座及其小鼠同源物的深入研究表明，这种组织特异性 DNA 甲基化在体外和体内调节基因内启动子活性。这些甲基化调节的替代转录物以组织和细胞类型特异性的方式表达，并且在来自不同大脑区域的单一细胞类型中差异表达。Maunakea et al.（2010）得出结论，基因内甲基化在调节基因体中细胞环境特异性替代启动子方面发挥着重要作用。
▼ 基因功能
Schuetz et al.（2004）指出，受体酪氨酸激酶Ret（164761）的Ret9同工型，而不是Ret51同工型，参与肾和肠神经系统的发育。他们利用 MDCK 犬肾细胞进行 3 维体外肾小管生成测定，结果表明，Ret9（而非 Ret51）诱导上皮小管形成，并且 Shank3 对于 Ret9 信号转导至关重要。酵母 2 杂交和免疫共沉淀分析表明，小鼠 Shank3 的 PDZ 结构域与 Ret9 的细胞质结构域相互作用。Shank3 不与 Ret51 相互作用。Shank3 富含脯氨酸的区域与转换因子蛋白 Grb2（108355）相互作用，这种相互作用是 Ret9 下游持续的 ERK/MAPK（参见 176948）和 PI3K（参见 171834）信号传导所必需的，并且对于肾小管发生至关重要。
Shcheglovitov et al.（2013）从 Phelan-McDermid 综合征（PHMDS）个体中产生诱导多能干（iPS）细胞；606232）和自闭症，并用它们来产生功能性神经元。Shcheglovitov 等人（2013）表明，PHMDS 神经元 SHANK3 表达减少，并且兴奋性突触传递（而非抑制性突触传递）存在重大缺陷。PHMDS神经元的兴奋性突触传递可以通过恢复SHANK3表达或用胰岛素样生长因子-1（IGF1；IGF1;）治疗神经元来纠正。147440）。IGF1处理促进了缺乏SHANK3但含有PSD95（602887）和NMDA受体（见138249）的成熟兴奋性突触的形成，具有快速失活动力学。Shcheglovitov 等人（2013）得出的结论是，他们的发现为 PHMDS 神经元细胞兴奋和抑制比率的破坏提供了直接证据，并指出了可以招募来恢复这种比率的分子途径。
Mameza 等人（2013）在蛋白质下拉分析中使用表位标记的结构域片段表明，大鼠 Shank3 的分离 SPN 结构域与相邻的锚蛋白重复区域相互作用。N 端这种紧密的分子内相互作用限制了锚蛋白重复区域与其配体 Sharpin（611885）和 α-fodrin（SPTAN1；182810）。与人类 SHANK3 中自闭症相关突变相对应的大鼠 Shank3 中的点突变并没有改变 Shank3 在转染的 HEK293 细胞中对质膜的靶向，但它们确实改变了 Shank3 与 Sharpin 和 α-fodrin 的相互作用。RNA干扰介导的小鼠海马神经元中Shank3的敲除降低了微型兴奋性突触后电流的频率，但没有降低其他检查参数。
在细胞研究中，Yi等人（2016）发现SHANK3蛋白与超极化激活的环核苷酸门控阳离子通道相互作用。在人类胚胎干细胞中引入条件性 SHANK3 缺失会导致树突树枝化的适度损伤、对兴奋性增加的大量输入抵抗以及突触传递的减少。输入电阻的增加与阳离子通道电导的改变一致。来自杂合子和纯合子 Shank3 突变小鼠的海马神经元也表现出输入阻力增加、超极化激活的阳离子通道电流减少和兴奋性增加。Yi等人（2016）推测这些变化可能是SHANK3突变患者自闭症和认知特征的基础。
Bidinosti et al.（2016）利用培养的大鼠和小鼠神经元表明，敲低 Shank3 会导致激酶 Clk2（602989）的泛素化依赖性降解减少。Clk2水平升高导致B56-β（PPP2R5B）磷酸化和激活增加；601644），蛋白磷酸酶-2A（PP2A）的调节子单元。PP2A 的激活导致 Akt（参见 164730）和 mTORC1 通路中的蛋白质（参见 601231）过度去磷酸化和失活。Shank3 的敲低还降低了培养的啮齿动物神经元中的微型兴奋性突触后电流频率。与对照组相比，来自 2 名无关 PHMDS 患者的 iPS 细胞的人类神经元显示 AKT 磷酸化降低，自发兴奋性突触后电流频率降低。AKT 的药理学激活或 CLK2 的抑制可恢复 SHANK3 缺陷的啮齿动物和人类神经元中的 AKT 磷酸化和突触活性。IGF1 治疗还以 Akt 依赖性方式恢复了 Shank3 敲低神经元的正常树突棘密度。
Zhou等人（2019）报道了CRISPR-Cas9介导的食蟹猴及其F1后代中Shank3种系遗传突变的产生。体细胞基因分型以及脑活检证实了这些猕猴中 Shank3 基因的突变以及 Shank3 蛋白水平的降低。对功能磁共振成像（FMRI）数据的分析揭示了局部和全局连接模式的改变，这表明电路异常。最初的突变体表现出睡眠障碍、运动缺陷、重复行为增加，以及社交和学习障碍。Zhou等人（2019）得出的结论是，他们的结果与SHANK3基因和回路功能障碍以及行为表型的某些方面相似，这些功能障碍是自闭症谱系障碍和费兰-麦克德米德综合征的特征。
▼ 分子遗传学
Phelan-McDermid 综合征/染色体 22q13.3 缺失综合征
SHANK3 是 22q13.3 缺失综合征（606232）（也称为 Phelan-McDermid 综合征）患者中被破坏的基因之一。缺失综合征的特点是新生儿肌张力低下、整体发育迟缓、生长正常到加速、言语缺失到严重迟缓、自闭症行为（见209850）和轻微畸形特征（Durand et al., 2007）。
Bonaglia et al.（2001）在一名患有 22q13.3 缺失综合征和严重语言表达延迟的男孩中发现了一个从头平衡易位，t（12;22）（q24.1;q13.3），它破坏了外显子 21 SHANK3 基因和 FLJ10659 基因（606231）的内含子。作者提出，SHANK3 基因的破坏可能是导致临床疾病的原因。
Anderlid 等人（2002）在一名 33 岁女性身上发现了大约 100 kb 的缺失，伴有亚显微 22q13 缺失、轻度智力低下、言语迟缓、自闭症症状和轻度面部畸形。该缺失完全涵盖了ACR（102480）和RABL2B（605413）基因并破坏了SHANK3。
Wilson等人（2003）测定了56名22q13缺失综合征患者的缺失大小和亲本来源。与其他末端缺失综合征类似，父系缺失过多。缺失的大小差异很大，从 130 kb 到超过 9 Mb；然而，所有 45 名可进行末端区域特异性检测的患者均显示 SHANK3 基因缺失。无论缺失大小如何，所有患者均表现出一定程度的精神发育迟滞和严重延迟或缺乏表达性言语。进一步表征了SHANK3的分子结构。由于 SHANK3 基因编码突触后密度的结构蛋白，因此分析支持该基因的单倍体不足是 22q13 缺失综合征神经系统症状的主要致病因素。
Bonaglia 等人（2006）研究了 2 名患者，其中 1 名以前由 Anderlid 等人（2002）报道，其主要特征是 22q13.3 缺失综合征，与 22q13.3 最后 100 kb 的缺失相关。两名患者均在 SHANK3 基因的相同 15 bp 重复单元内出现断点，该断点先前已被 Wong 等人（1997 年）在 Flint 等人（1995 年）报告的 22q13.3 缺失综合征患者中发现。Bonaglia et al.（2006）指出，这是第一个具有反复断点的末端删除实例，并指出由于删除部分与商业亚端粒探针重叠，FISH结果难以解释，类似的情况可能会被忽视。
Durand等人（2007）报告的证据表明，SHANK3基因剂量异常与严重的认知缺陷有关，包括语言和言语障碍以及自闭症谱系障碍（参见209850）。他们确定了 3 个患有自闭症谱系障碍且 22q13 或 SHANK3 发生明确改变的家庭。在第一个家庭中，患有自闭症、语言障碍和中度智力低下的先证者携带 22q13 的从头缺失。删除断点位于 SHANK3 的内含子 8，并删除了末端 22q13 的 142 kb。在第二个家庭中，2个患有严重言语障碍和严重智力低下的兄弟在SHANK3基因（606230.0001）中插入了1个bp，从而产生了截短的蛋白质。在 Durand 等人（2007）研究的第三个家庭中，一名患有自闭症和严重语言迟缓的女孩发现了 22qter 末端缺失，而她患有阿斯伯格综合症的兄弟则发现了 22qter 部分三体性，表现出早熟的语言发展和流利的言语，但损害了社会发展。这些不平衡的细胞遗传学异常遗传自父系易位t（14;22）（p11.2;q13.33）。在两个同胞中观察到的缺失和重复重排涉及 25 个基因，包括位于 22q13 800 kb 末端片段的 SHANK3。
Moessner等人（2007）在400名无关的自闭症谱系障碍患者中发现了3名（0.75%）的SHANK3基因缺失。删除的大小范围为 277 kb 至 4.36 Mb；1 名患者在染色体 20q13.33 处也有 1.4-Mb 的重复。患者基本上不会说话，表现出不良的社交互动和重复的行为。其中两个具有整体发育迟缓和轻度畸形特征。第四名 SHANK3 基因出现新错义突变的患者具有类似自闭症的特征，但诊断分数高于自闭症的临界值；她是通过体外受精受孕的。
Bocto等人（2013）通过对221名自闭症谱系障碍患者的SHANK3基因进行特异性筛查，鉴定出5名（2.3%）指数患者的基因存在杂合性改变（参见例如606230.0004-606230.0006）。3 名患者患有自闭症，1 名患有广泛性发育障碍 - 未另有说明（PDD-NOS），1 名患有阿斯伯格综合症。大多数人还有一些额外的特征，包括癫痫发作、发育迟缓和轻度面部畸形。在一个由 104 名患者组成的孤立队列中对该基因进行筛查，发现 1 名患者（0.9%）存在 SHANK3 错义突变。患者没有可用的细胞系，因此无法进行功能或表达研究。Bocto et al.（2013）也在17例（7.7%）病例中发现了c.1304+48C-T转换（rs76224556），其中5例患有自闭症，12例患有PDD-NOS。其中 4 名患者（23.5%）的兄弟姐妹也携带该变异。在 15 例病例中，该变异被证明是从明显未受影响的父母那里继承的。然而，这种变异在患者队列中比在联合对照人群中出现的频率明显更高（7.7% vs 1.4%，p 值小于 0.0002）。在复制队列中，104名患者中有8名（7.7%）携带c.1304+48C-T变异体。这种变化发生在高度 CG 丰富的区域，并导致 CpG 二核苷酸丢失，这可能会影响甲基化状态。Bocto et al.（2013）得出结论，SHANK3基因的变异增加了自闭症谱系障碍的基础易感性，而自闭症谱系障碍的病因很复杂。
精神分裂症
Gauthier et al.（2010）在2个精神分裂症家系（SCZD15；SCZD15；613950）。在 3 名受影响的兄弟中发现了一种突变，表明种系嵌合，而另一种突变则在一名欧洲妇女中发现。在所有病例中，患者还患有边缘性或轻度智力障碍。斑马鱼和大鼠海马神经元检测揭示了 R1117X 突变导致的行为和分化缺陷。在 285 名对照中未发现这些突变。
▼ 动物模型
Peca et al.（2011）产生了 Shank3 缺陷的小鼠。Shank3B缺失小鼠没有表现出大脑的总体解剖学或组织学异常，但在极少数情况下在处理过程中表现出癫痫发作。从未观察到自发性癫痫发作。到 3 至 6 个月大时，Shank3B 缺失的小鼠表现出自伤性的重复梳理行为和社交互动缺陷。细胞、电生理和生化分析发现 Shank3 突变小鼠的纹状体突触和皮质纹状体回路存在缺陷。
Bangash等人（2011）发现，表达缺乏Homer相互作用区域的C端截短的Shank3蛋白（Shank3 +/δ-C）的杂合子小鼠以预期的孟德尔比例出生，看起来健康，并正常生长到成年期。然而，Shank3 +/δ-C 小鼠在社交互动方面表现出缺陷，社会认知和调查水平较低，并且有攻击行为。Shank3 +/δ-C 小鼠表现出正常的学习和记忆能力，但它们对安非他明和 NMDA 激动剂的运动反应增强，这与 NMDAR 功能降低一致。形态学上，突触结构和数量正常；然而，电生理学研究表明，皮质和海马神经元中的 NMDAR 反应减少，NMDAR 依赖性长时程增强和长时程抑制减少。
Wang等人（2011）开发了Shank3（e4-9）突变小鼠，其表达缺乏外显子4至9的Shank3转录本。Shank3（e4-9）小鼠不表达主要的Shank3变体Shank3a和Shank3b，但它们表达其他变异由内部启动子3、4、5启动。以预期的孟德尔比例获得Shank3（e4-9）小鼠，它们发育正常并且具有生育能力。然而，Shank3（e4-9）小鼠表现出异常的社交和运动行为、异常的超声波发声、重复行为以及学习和记忆缺陷。Shank3（e4-9）小鼠的树突棘具有细微的形态学改变，突触蛋白和受体表达异常，长时程增强缺陷。
Mei等人（2016）发现，在发育过程中Shank3表达缺失后，成年小鼠中Shank3的条件性敲入可以恢复与野生型相当的突触后蛋白的突触水平。这与突触后兴奋电流的恢复、树突棘密度的提高以及某些行为异常的改善有关，包括社交互动缺陷和重复梳理行为。相比之下，焦虑和运动协调缺陷在成年后并未恢复。Shank3 的种系恢复挽救了所有行为表型，与成人表达恢复相比，Shank3 的产后早期恢复也导致更好的表型挽救。这些发现对于证明 SHANK3 在发育后具有影响以及成人大脑中存在持续的神经元可塑性具有重要意义。
Bidinosti et al.（2016）发现，由于外显子 21 消融而缺乏主要 Shank3 亚型表达的小鼠的神经元具有过多的 Clk2 蛋白和活性，并且突触体部分中的 Akt 磷酸化降低。对 Clk2 的药理学抑制显着降低了突变小鼠的自我梳理能力并增加了正常社会行为，并增加了突变突触体部分中的 Akt 磷酸化。
SHANK3 过度表达
Han等人（2013）开发了模拟人类SHANK3复制的Shank3转基因小鼠，发现它们表现出与突触兴奋/抑制失衡一致的躁狂样行为和癫痫发作。Shank3转基因小鼠表现出增强的运动活性，不习惯，并且对安非他明过敏。他们的昼夜节律也异常。情绪稳定药物丙戊酸（而非锂）挽救了 Shank3 转基因小鼠的躁狂样行为，这增加了这种多动性疾病具有独特的药物遗传学特征的可能性。Han等人（2013）也生成了Shank3体内相互作用组，发现Shank3直接与Arp2/3复合物相互作用（见604221）以增加Shank3转基因小鼠中的F-肌动蛋白水平。
▼ 历史
Bangash et al.（2011）报道了对小鼠遗传模型的分析，该模型删除了Shank3的C末端以模拟引起自闭症谱系障碍的人类突变；然而，由于图形面板组装不当，他们的论文被撤回。
▼ 等位基因变异体（6个精选例子）：
.0001 费兰-麦克德米综合症
柄3，1-BP INS，3680G
2名兄弟患有严重言语障碍、严重智力障碍和符合费兰-麦克德米德综合征（PHMDS；606232），Durand et al.（2007）在 SHANK3 基因的外显子 21 中发现了一个杂合的 1-bp 插入（3680insG），导致该蛋白发生移码和过早终止，该蛋白缺乏几个参与突触靶向和突触后组装的关键结构域。 SHANK3 多聚体。与这些结构域的丢失一致，Durand et al.（2007）观察到与野生型序列相比，大鼠海马神经元细胞中截短蛋白的过度表达后没有突触定位。
.0002 精神分裂症15
柄3，ARG1117TER
一个有 3 个兄弟的家庭，其中 1 人患有分裂情感性障碍，2 人患有精神分裂症，3 人均患有边缘至中度智力低下（SCZD15；Gauthier et al.（2010）在 SHANK3 基因中发现了一个从头突变，即 C 到 T 的替换，导致密码子 1117（R1117X）处的 arg 到 ter 的替换。所有 3 名受影响的儿童均发现了这种情况，但父母均未发现。该突变被确定为父系起源，可能是由于性腺嵌合所致。在 285 个对照中未发现这种突变。
.0003 精神分裂症15
柄3、ARG536TRP
一名 23 岁欧洲血统女性，11 岁时被诊断患有分裂情感障碍，智商临界值为 73（SCZD15；613950），Gauthier et al.（2010）发现了从头C到T的替换，导致密码子536（R536W）处的arg到trp的变化。在 285 名对照中未发现这种突变。亲本中均未发现突变，但无法确定亲本起源。
.0004 费兰-麦克德米综合症
柄3，1-BP DEL，3931G
一名意大利男孩，患有广泛性发育障碍（未另有说明）（PDD-NOS），具有严重智力障碍、癫痫发作、缺乏言语和符合费兰-麦克德米德综合征（PHMDS；PHMDS；606232），Bocto et al.（2013）在SHANK3基因的第22号外显子中发现了一个杂合的1-bp缺失（c.3931delG, NM_001080420.1），导致移码和提前终止（Glu1311fsTer91），导致丢失几个对于 SHANK3 与其他蛋白质相互作用很重要的结构域。患者的母亲没有携带该突变，但无法获得父亲的DNA。
.0005 重新分类 - 意义未知的变体
柄3，1-BP INS，1339G
该变种以前称为 PHELAN-MCDERMID 综合征，根据 Kolevzon 等人（2011）的研究结果重新分类。
一名 17 岁白人女孩患有自闭症和言语迟缓，符合 Phelan-McDermid 综合征（PHMDS；606232），Bocto et al.（2013）在SHANK3基因的外显子11中发现了一个杂合的1-bp插入，导致移码和提前终止（Ala447fsTer503）。在患有学习问题和注意力缺陷障碍的父亲中也发现了这种突变。该患者的 NRXN1 基因（600565）也有一个变异，该变异被认为不具有致病性。
Kolevzon et al.（2011）报道了一名 7 岁男孩，其父母健康，有白人血统，患有自闭症和智力障碍。在商业实验室将 SHANK3 外显子 11 中的 1-bp 插入（c.1339_1340insG）确定为“预测的疾病相关突变”后，作者对该家族进行了突变筛查。他们验证了男孩的插入情况，并在他的母亲身上发现了这一情况。对 382 名对照中假定的外显子 11 进行测序，发现其中 4 名带有 G 插入，对照中的比例（约 1%）与该突变是良性、罕见的变异一致。由于预计该变体会破坏参考基因，并且 SHANK3 突变的外显率很高，因此作者建议，包含该变体的推定外显子不太可能出现在大多数或所有 SHANK3 转录本中。他们指出，小鼠和大鼠的 RefSeq Shank3 基因中不存在所谓的外显子 11，并对人类 RefSeq SHANK3 序列中报道的外显子 11 和 12 表示担忧。
.0006 费兰-麦克德米综合症
刀柄3，PRO141ALA
一名 25 岁非裔美国女性，患有发育迟缓、癫痫、轻度面部畸形和符合 Phelan-McDermid 综合征（PHMDS；Bocto et al.（2013）在 SHANK3 基因的外显子 4 中发现了一个从头杂合的 421C-G 颠换（第 606232 号），导致 N 端锚蛋白重复结构域出现 pro141-to-ala（P141A）取代。在几个大型对照数据库中未发现该突变。该患者还携带SHANK3变异（c.1304+48C-T；rs76224556），这可能会导致对发育问题的易感性。
