发动蛋白 1; DNM1

HGNC 批准的基因符号：DNM1

细胞遗传学定位：9q34.11 基因组坐标（GRCh38）：9:128,203,379-128,255,244（来自 NCBI）

▼ 说明

Dynamins（DNM）是 GTP 结合蛋白亚家族的成员，其 N 端结构域具有相当大的序列同源性，但 C 端区域的同源性有限。DNM 最初在牛体内被鉴定为一种微管结合蛋白，可能具有基于微管的运动活性。果蝇“shibire”基因编码大鼠 Dnm 同源物的发现表明 DNM 在内吞作用中的作用。哺乳动物至少有3种DNM：DNM1、DNM2（602378）和DNM3（611445）（van der Bliek et al., 1993总结）。

DNM1 基因编码 dynamin-1，这是一种 GTP 酶，在大脑中的突触小泡回收中发挥着关键作用，特别是在出生后发育期间（Boumil 等人总结，2010）。

▼ 克隆与表达

Van der Bliek et al.（1993）通过用果蝇 shibire cDNA 筛选人脑 cDNA 文库，克隆了编码 DNM1 的 cDNA。预测的 864 个氨基酸蛋白质分别与大鼠 Dnm1 和果蝇 shibire 产品有 99% 和 69% 的同一性。DNM1 具有高度保守的 N 端 GTP 酶结构域和富含脯氨酸/精氨酸的 C 端结构域，该结构域对 DNM 同源物具有特异性。使用 DNM 特异性抗体进行蛋白质印迹分析，在 DNM1 转染的 HeLa 细胞中检测到 100 kD 的蛋白质。

Van der Bliek et al.（1993）发现DNM1转录本在内部位点和C末端发生选择性剪接。通过Northern印迹分析，他们发现DNM1在所有检查的组织中都以相似的水平表达，但大脑除外，其表达水平至少高出30倍。除大脑具有 3.9 kb 和 4.6 kb 转录本外，所有组织均具有 4.2 kb DNM1 转录本。相比之下，Sontag等人（1994）观察到了大鼠Dnm1的脑特异性表达，他们认为van der Bliek等人（1993）检测到的普遍表达的转录本实际上是DNM2。

Parthasarathy 等人（2022）对 39 个大脑样本进行了 RNA 测序，并证明 DNM1 的主要异构体包括外显子 10a，而不是之前认为的外显子 10b。

▼ 生化特征

晶体结构

Faelber et al.（2011）提出了人类dynamin-1在无核苷酸状态下的晶体结构，具有4个结构域结构，包括GTPase结构域、束信号元件、茎和一整段-白细胞C同源域。Dynamin-1 通过茎在晶体中寡聚，茎以纵横交错的方式组装。这些茎通过保守表面与邻近动力分子的束信号元件同源结构域和束信号元件进一步相互作用。这种复杂的域相互作用使 dynamin-2 中许多与疾病相关的突变合理化，并提出了一种机械化学耦合的结构模型，该模型可以协调以前的 dynamin 功能模型。

Ford等人（2011）提出了一种组装缺陷的哺乳动物内吞动力相关蛋白Dynamin-1的晶体结构，该蛋白缺乏富含脯氨酸的结构域，处于无核苷酸状态。dynamin-1 单体是一种延伸结构，其中 GTPase 结构域和束信号元件位于长螺旋茎的顶部，而其另一端灵活地附着有一个-白细胞 C 碎片底物同源结构域。Dynamin-1 二聚体和高阶二聚体多聚体通过位于茎中的界面形成。对这些界面的分析提供了对动力相关蛋白家族成员特异性和调节的深入了解，并为理解高阶动力相关蛋白结构的生物发生和动力相关蛋白介导的膜断裂事件的机制提供了框架。

▼ 基因功能

蛋白激酶C（PRKC）磷酸化Dnm1；参见 176960）已被证明可以增强 Dnm1 的 GTPase 活性。Sontag等人（1994）表明大鼠Dnm1而非Dnm2是PRKC的底物。

Van der Bliek et al.（1993）证明DNM1在受体介导的内吞作用中起作用，并且它是包被囊泡形成的中间阶段所必需的；从内质网到高尔基复合体的膜转运不需要它。Sontag et al.（1994）提出DNMs已经进化成专门的功能类别，其中DNM1在神经末梢突触小泡再循环中起主要作用。

动力蛋白被认为聚集在网格蛋白包被的小凹的颈部周围，并有助于从质膜上夹住囊泡。这种作用将使动力蛋白在 GTP 酶中发挥独特的机械化学酶作用。Sweitzer 和 Hinshaw（1998）证明，纯化的重组动力蛋白以规则的方式与脂质双层结合，形成螺旋管，在添加 GTP 后收缩并形成囊泡。这表明，仅动力蛋白就足以形成包被凹坑的收缩颈部，并支持动力蛋白是负责膜裂变的力产生分子的假设。

Dynamin 是一种相对分子质量为 96,000 的大型 GTP 酶，参与网格蛋白介导的内吞作用和其他囊泡运输过程。它的功能显然对于新形成的囊泡从质膜上的分离至关重要。有人提出，动力蛋白是断裂下游效应器的调节者，而不是直接负责。Marks et al.（2001）报道了GTPase效应子（GED）和动力GTPase结构域的几个点突变的分析。他们表明，仅通过动力蛋白进行寡聚化和 GTP 结合不足以实现体内内吞作用。相反，还需要有效的 GTP 水解和相关的构象变化。Marks 等人（2001）得出的结论是，他们的数据表明动力蛋白在囊泡分裂中具有机械化学功能。

Yamashita等人（2005）通过脑干切片Held末端萼处的电容测量研究了血管内吞作用的分子依赖性。肉毒杆菌毒素 E 的终端内加载表明，与“亲吻和奔跑”有关的快速电容瞬变（Fesce 等人，1994）与递质释放无关。与释放相关的电容变化以 10 至 25 秒的内吞时间常数衰减，具体取决于胞吐作用的大小。突触前加载不可水解的 GTP 类似物 GTP-γ-S 或 dynamin-1 富含脯氨酸的结构域肽消除了内吞作用。这些化合物对胞吐作用没有直接影响，但导致胞吐作用依赖于使用而减弱。因此，Yamashita et al.（2005）得出结论，GTPase dynamin-1 对于这种快速中枢神经系统突触的囊泡内吞作用是必不可少的。

▼ 测绘

Newman-Smith等（1997）通过荧光原位杂交和体细胞杂交分析将DNM1基因定位于9q34。通过种间回交分析，Klocke et al.（1997）将小鼠Dnm1基因定位到染色体2的近端区域。

▼ 分子遗传学

发育性和癫痫性脑病 31A

通过外显子组测序，EuroEPINOMICS-RES Consortium et al.（2014）在 356 个先证者患有发育性和癫痫性脑病的三人组中的 5 个中鉴定出了 DNM1 基因中的 5 个不同的从头杂合错义变异（参见例如 602377.0001-602377.0003）。 -31A（DEE31A；616346）与未受影响的父母。没有对这些变异进行功能研究，但作者指出，DNM1 基因在突触传递中发挥作用，并且具有杂合 Dnm1 突变的小鼠模型表现出癫痫（Boumil et al., 2010）。Dhindsa等人（2015）对DNM1基因的3个错义突变（602377.0001-602377.0003）进行了体外功能表达测定。所有突变均以显性失活方式导致转铁蛋白内吞作用受损，但机制略有不同。这些发现与突触小泡循环和内吞作用的缺陷一致。

解密发育障碍研究（2015）鉴定出3名智力障碍患者的DNM1基因存在杂合的从头错义突变（例如602377.0004-602377.0005）。

Parthasarathy等人（2022）在8名无关的DEE31A患者中鉴定出DNM1基因的从头杂合突变（c.1197-8G-A；602377.0006）。评估 DNM1 与 c.1197-8G-A 突变剪接的小基因测定表明，该突变导致新剪接位点的产生，并在 R399 和 T400 之间的外显子 10a 开头插入 2 个氨基酸。预计这会导致 DNM1 寡聚体的 GTP 酶激活中断。对其中一名患者的脑组织检查显示，包括丘脑在内的灰质神经元密度降低，白质轴突密度降低，突触营养不良，尤其是苍白球。超微结构研究显示异常的囊泡，与囊泡运输缺陷一致。

发育性和癫痫性脑病 31B

2 名无亲属关系的近亲父母所生患者患有发育性癫痫性脑病-31B（DEE31B；620352），Yigit et al.（2022）鉴定了DNM1基因中的纯合无义突变（Q33X，602377.0007和Q284X，602377.0008）。通过全外显子组测序发现的突变在父母中以杂合状态存在。未进行功能研究。

AlTassan et al.（2022）在DNM1基因中发现了一个纯合移码突变（c.350del；602377.0009）一名近亲所生的 DEE31B 患者。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在父母中以杂合状态存在。预计该突变会导致 GTPase 结构域丢失和功能丧失。

▼ 动物模型

Ferguson et al.（2007）通过定向破坏产生了dynamin-1基因敲除小鼠。杂合子小鼠能够存活、具有生育能力，并且没有任何明显的健康缺陷。它们的交配产生了野生型、杂合子和敲除幼崽，其比例符合预期的孟德尔比例。出生时，基因敲除小鼠会呼吸、移动和哺乳，并且与同窝小鼠没有区别。因此，胚胎发育或支持围产期生命的神经传递都不需要 dynamin-1。然而，基因敲除幼犬在出生后数小时内，牛奶摄入量明显减少，并且在接下来的几天里运动协调性较差。总体而言，dynamin-1 基因敲除小鼠未能生长并在两周内死亡。在自发网络活动期间，在 dynamin-1 敲除小鼠的突触中，分支管状质膜内陷不断积累，并被网格蛋白包被的凹坑所覆盖。突触小泡内吞作用在强外源刺激期间严重受损，但在刺激终止时有效恢复。因此，Ferguson et al.（2007）得出结论，dynamin-1 孤立机制可以支持有限的突触小泡内吞作用，但在高水平的神经元活动期间需要 dynamin-1。

拉布拉多犬可能会出现运动性虚脱综合症（EIC），表现为剧烈运动后肌肉无力、不协调、甚至危及生命的虚脱。Patterson等人（2008）利用全基因组微卫星标记扫描进行谱系连锁，将EIC基因座定位到染色体9。然后，他们使用SNP关联和单倍型分析对基因座进行精细定位，并鉴定了dynamin-1基因中的突变导致蛋白质高度保守区域发生 R256L 取代。这种首次记录的哺乳动物 DNM1 突变在该品种中出现的频率很高，并且是 EIC 的一个引人注目的候选因果突变，因为动力 1 蛋白在神经传递和突触小泡内吞作用中具有重要作用。

Boumil et al.（2010）发现“fitful”（ftfl）小鼠突变体是由 Dnm1 蛋白中间结构域保守区域的杂合 A408T 错义突变引起的，仅影响 Dnm1ax 亚型。Ftfl 小鼠在 2 或 3 个月大时出现自发性边缘叶和全身强直阵挛性癫痫发作。纯合子小鼠具有更严重的神经表型，这种表型在大约 3 周龄时变得明显，包括共济失调、听力和视觉缺陷以及致命性癫痫发作。与野生型相比，纯合 ftfl 小鼠的小脑中浦肯野细胞树突树更小。体外功能表达研究表明，无法形成多聚体 Dnm1 复合物的突变 A408T 蛋白会干扰内吞作用，并显示出显性失活效应的证据。对纯合小鼠大脑皮层切片的研究表明，囊泡膜回收存在缺陷。

Dhindsa等人（2015）利用电子显微镜发现，与野生型相比，ftfl小鼠的脑切片中囊泡数量普遍显着减少，突触中囊泡尺寸增加，这与内吞作用的缺陷一致。

▼ 等位基因变异体（9个精选例子）：

.0001 发育性和癫痫性脑病 31A

DNM1、ALA177PRO

一名15岁女孩患有发育性癫痫性脑病-31A（DEE31A；616346），EuroEPINOMICS-RES Consortium et al.（2014）在DNM1基因中鉴定出一个从头杂合的c.529G-C颠换（c.529G-C, NM_004408.3），导致ala177-to-pro（ A177P）在 GTPase 结构域中高度保守的残基处进行取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在外显子组变异服务器数据库或 2,005 个内部对照中不存在。没有对该变体进行功能研究。患者在 7 个月大时出现癫痫发作；最后一次随访时，她出现严重智力障碍，无言语、肌张力减退、步态共济失调和行为问题。

Dhindsa et al.（2015）发现将A177P突变转染到COS-7和HeLa细胞中会导致转铁蛋白内吞作用以显性失活的方式受到抑制。当单独表达时，与野生型相比，突变型 A177P 蛋白在弥散的胞质分布中错误定位。电子显微镜分析显示，该突变导致形状异常的大内吞囊泡和聚集在质膜边缘的较小囊泡，表明囊泡形成受损。

.0002 发育性和癫痫性脑病 31A

DNM1、LYS206ASN

一名患有发育性癫痫性脑病-31A（DEE31A；616346），EuroEPINOMICS-RES Consortium et al.（2014）在DNM1基因中鉴定出一个从头杂合的c.618G-C颠换（c.618G-C, NM_004408.3），导致lys206-to-asn（ K206N）在 GTPase 结构域中高度保守的残基处进行取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在外显子组变异服务器数据库或 2,005 个内部对照中不存在。没有对该变体进行功能研究。患者在 6 个月大时出现癫痫发作；最后一次随访时，他出现严重智力障碍，无法言语、肌张力低下、无法行走。

Dhindsa et al.（2015）发现将K206N突变转染到COS-7和HeLa细胞中会导致转铁蛋白内吞作用以显性失活的方式受到抑制。当单独表达时，与野生型相比，突变型 K206N 蛋白错误定位为大蛋白聚集体，在整个细胞中分布不均匀。蛋白质印迹分析显示，与野生型相比，K206N 蛋白的表达降低了 75%。

.0003 发育性和癫痫性脑病 31A

DNM1、GLY359ALA

一名患有发育性癫痫性脑病-31A（DEE31A；616346），EuroEPINOMICS-RES Consortium et al.（2014）在DNM1基因中鉴定出一个从头杂合的c.1076G-C颠换（c.1076G-C, NM_004408.3），导致gly359-to-ala（ G359A）在 GTPase 结构域中高度保守的残基处进行取代。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在外显子组变异服务器数据库或 2,005 个内部对照中不存在。没有对该变体进行功能研究。患者在 2 个月大时出现癫痫发作；最后一次随访时，他出现严重智力障碍，无法言语、肌张力低下、无法行走。

Dhindsa et al.（2015）指出G359A突变发生在参与寡聚化的中间结构域。将突变转染到 COS-7 和 HeLa 细胞中，导致转铁蛋白内吞作用以显性失活的方式受到抑制。当单独表达时，与野生型相比，突变型 G359A 蛋白定位错误，并在整个细胞中呈网状分布。蛋白质印迹分析显示，与野生型相比，G359A 蛋白的表达增加了近 2 倍，但二聚化减少了近 50%。

.0004 发育性和癫痫性脑病 31A

DNM1, 130982480C-T

一名患有发育性癫痫性脑病-31A（DEE31A；616346），解密发育障碍研究（2015）在DNM1基因的染色体坐标g.130,982,480（chr9.130,982,480CT, GRCh37）处鉴定出杂合的C到T转变。这种错义突变是作为从头事件发生的。没有进行功能研究。

.0005 发育性和癫痫性脑病 31A

DNM1, 130984491A-T

一名患有发育性癫痫性脑病-31A（DEE31A；616346），破译发育障碍研究（2015）在DNM1基因的染色体坐标g.130,984,491（chr9.130,984,491AT, GRCh37）处发现了杂合的A到T颠换。这种错义突变是作为从头事件发生的。没有进行功能研究。

.0006 发育性和癫痫性脑病 31A

DNM1，c.1197-8G-A

8名无关的发育性和癫痫性脑病-31A（DEE31A；616346），Parthasarathy et al.（2022）鉴定出DNM1基因中的c.1197-8G-A转换（c.1197-8G-A, NM_001288739.1）存在从头杂合性，导致剪接异常。该突变是通过全外显子组测序或一组基因测序来鉴定的。评估 DNM1 与 c.1197-8G-A 突变剪接的小基因测定表明，它导致新剪接位点的产生，并在 R399 和 T400 之间的外显子 10 中插入 2 个氨基酸。预计这会导致 DNM1 寡聚体的 GTP 酶激活中断。对其中一名患者的脑组织检查显示，包括丘脑在内的灰质神经元密度降低，白质轴突密度降低，突触营养不良，尤其是苍白球。超微结构研究显示异常的囊泡，与囊泡运输缺陷一致。

.0007 发育性和癫痫性脑病 31B

DNM1、GLN33TER

一名黎巴嫩近亲父母（家庭1）所生的患有发育性癫痫性脑病-31B（DEE31B；620352），Yigit et al.（2022）鉴定了DNM1基因中c.97C-T转变（c.97C-T, NM_004408.3）的纯合性，导致gln33到ter（Q33X）的取代。通过全外显子组测序鉴定出的突变在父母中以杂合状态存在。gnomAD 数据库中不存在该变体。未进行功能研究。

.0008 发育性和癫痫性脑病 31B

DNM1、GLN284TER

一名患者，父母为穆斯林阿拉伯近亲（家庭2）所生，患有发育性癫痫性脑病-31B（DEE31B；620352），Yigit et al.（2022）鉴定了DNM1基因中c.850C-T转变（c.850C-T, NM_004408.3）的纯合性，导致gln284-to-ter（Q284X）取代。通过全外显子组测序发现的突变在父母中以杂合状态存在。该患者的 5 名健康同胞要么是突变携带者，要么不携带突变。gnomAD 数据库中不存在该变体。未进行功能研究。

.0009 发育性和癫痫性脑病 31B

DNM1，1-BP DEL，350C

一名患者，由中东近亲父母所生，患有发育性癫痫性脑病-31B（DEE31B；620352），AlTassan 等人（2022）鉴定出 DNM1 基因中 1 bp 缺失（c.350del, NM_001288739.1）的纯合性，导致移码和提前终止（Pro117ArgfsTer14）。该突变经全外显子组测序鉴定并经桑格测序证实，在父母中以杂合状态存在。预计该突变会导致 GTPase 结构域丢失和功能丧失。gnomAD 数据库中不存在该变体。