P膜联蛋白 1; PANX1
PX1
HGNC 批准的基因符号：PANX1
细胞遗传学定位：11q21 基因组坐标（GRCh38）：11:94,128,841-94,181,968（来自 NCBI）
▼ 说明
PANX1 是糖蛋白 pannexin 家族的成员，形成单膜通道（Langlois et al., 2014）。
▼ 克隆与表达
Bruzzone et al.（2003）从大鼠海马 cDNA 文库中克隆了 Panx1。推导的 48 kD 蛋白包含 4 个跨膜结构域以及细胞质 N 和 C 末端。Northern blot分析检测了大鼠眼、甲状腺、前列腺、肾、肝和中枢神经系统中Panx1的表达。原位杂交显示 Pnx1 在多个大脑区域表达，包括皮质、纹状体、嗅球、海马、丘脑和小脑。
Langlois等人（2014）利用蛋白质印迹分析表明，PANX1和PANX3（608422）在人类、小鼠和大鼠骨骼肌中以大约38至50-kD的蛋白质表达，但PANX2（608421）不表达。较大的蛋白质是胎儿和成人肌肉中的主要形式，但它们在成人组织中的丰度下降，而较低分子量的形式变得更加丰富。人骨骼肌的免疫荧光显微镜显示 PANX1 点状染色和 PANX3 弥漫性染色。
Sang et al.（2019）通过qRT-PCR分析了人类体细胞组织中的PANX1，发现在卵母细胞、8细胞胚胎和大脑中表达量最高。对人卵母细胞在生囊、中期 I 和中期 II 阶段以及受精卵和早期胚胎的免疫荧光研究表明，PANX1 主要位于卵母细胞和受精卵的细胞膜上以及早期胚胎的细胞-细胞界面上。 。
▼ 测绘
Gross（2016）根据PANX1序列（GenBank AF398509）与基因组序列（GRCh38）的比对，将PANX1基因定位到染色体11q21。
▼ 生化特征
冷冻电子显微镜
Ruan et al.（2020）以高达2.8埃的分辨率展示了人PANX1在七聚体组装体中的几种结构，包括apo状态、半胱天冬酶-7（CASP7；601761）-裂解状态，以及羧苯索酮结合状态。Ruan et al.（2020）揭示了一种涉及2个离子传导途径的门控机制。在正常细胞条件下，宽主孔的细胞内入口被 C 末端尾部物理堵塞。小阴离子通过细胞内区域的狭窄通道传导。这些通道连接到主孔，并由 N 末端螺旋和第一个跨膜螺旋之间的长连接子控制。在细胞凋亡过程中，C 末端尾部被半胱天冬酶裂解，从而允许通过主孔释放 ATP。Ruan et al.（2020）在细胞外入口中鉴定了 W74 包含的甘诺索酮结合位点以及甘诺索酮作为通道阻滞剂的作用。作者还使用糖基化缺陷突变体 N255A 鉴定了间隙连接样结构。
▼ 基因功能
Bruzzone等人（2003）通过爪蟾卵母细胞的功能表达发现大鼠Pnx1可以支持大的、电压激活的外向电流。随着大鼠 Panx2 的共表达，Panx1 电流降低。在配对的卵母细胞中，Panx1 诱导具有间隙连接特征的细胞间通道的形成。
红细胞不形成间隙连接，但Locovei et al.（2006）发现人类红细胞表达pannexin-1。Pannexin-1 在红细胞中形成机械敏感的 ATP 渗透通道，间隙连接阻滞剂可减弱红细胞释放的 ATP。在 ATP 释放的条件下，红细胞吸收渗透到间隙连接通道的示踪分子。
Thompson等人（2008）指出PANX1在锥体神经元的突触后位点表达，表明这些半通道有助于与突触功能相关的树突信号。作者发现，在锥体神经元中，NMDAR（138249）激活诱导了二次延长的电流和染料流出，而这种电流和染料流出被针对 PANX1 半通道的特定抑制肽所阻断。通过 RNA 干扰敲除 PANX1 会阻断培养神经元中的次级电流。通过去除外部镁离子来增强脑切片中的内源性 NMDAR 激活，从而触发癫痫样活动，在应用 PANX1 阻断肽期间，该活动降低了尖峰幅度并延长了爆发间隔。Thompson et al.（2008）得出结论，PANX1 半通道开放是由 NMDAR 刺激触发的，可导致癫痫样发作活动。
凋亡细胞在死亡的最早阶段释放“找到我”信号来招募吞噬细胞。Chekeni et al.（2010）鉴定出质膜通道PANX1是凋亡细胞中find-me信号/核苷酸释放的介质。PANX1 的药理学抑制和 siRNA 介导的敲低导致凋亡细胞的核苷酸释放和单核细胞募集减少。相反，PANX1 过表达增强了凋亡细胞的核苷酸释放和吞噬细胞的招募。膜片钳记录显示 PANX1 基本上不活跃，并且 PANX1 电流的诱导仅发生在细胞凋亡期间。从机制上讲，PANX1本身是效应器半胱天冬酶CASP3（600636）和CASP7（601761）的靶点，并且PANX1内的特定半胱天冬酶裂解位点对于凋亡期间PANX1的功能至关重要。截短的PANX1（在假定的半胱天冬酶切割位点）的表达导致了一个组成性开放的通道。PANX1 对于早期凋亡细胞对特定染料的“选择性”质膜通透性也很重要。Chekeni et al.（2010）总结道，他们的数据表明PANX1是一种质膜通道，介导细胞凋亡过程中find-me信号的调节释放和选择性质膜通透性，以及半胱天冬酶激活PANX1的新机制。 s。
Karatas 等人（2013）描述了皮质扩散抑制（CSD）期间应激神经元和三叉神经传入之间的信号传导通路，CSD 是偏头痛先兆和头痛的假定原因（参见 157300）。CSD 引起神经元 PANX1 巨通道开放和 CASP1（147678）激活，随后激活高迁移率族蛋白框-1（HMGB1；163905）神经元和核因子κ-B（NFKB；见164011）星形胶质细胞的激活。抑制该级联可以消除 CSD 诱导的三叉血管激活、硬脑膜肥大细胞脱颗粒和头痛。CSD 诱导的神经元巨通道开放可能通过实质炎症级联到达神经胶质细胞界限来促进三叉神经传入神经的持续激活。Karatas et al.（2013）提出，当神经元受到压力时，该通路可能会发出头痛的警报。
Langlois等（2014）发现人骨骼肌成肌细胞中PANX1的过度表达促进分化，但不促进增殖，而丙磺舒和羧苯索隆抑制这一过程。相反，43-kD PANX3 物种的过度表达抑制增殖并促进分化。用针对 70-kD PANX3 形式的短发夹 RNA 处理可抑制人骨骼肌成肌细胞增殖，但对分化没有影响。Langlois et al.（2014）得出结论，PANX1和PANX3是骨骼肌成肌细胞分化和增殖的调节因子。
▼ 分子遗传学
卵母细胞/受精卵/胚胎成熟停滞 7
4个无血缘关系的中国家庭中有8名女性因卵母细胞死亡而导致不孕（OZEMA7；618550），Sang et al.（2019）在PANX1基因中发现了4个不同的杂合突变（608420.0002-608420.0005），这些突变与疾病分离，并且在gnomAD数据库中没有发现。功能分析表明，突变改变了 PANX1 糖基化模式，影响亚细胞定位，并增加通道活性和 ATP 释放。
关联待确认
有关多系统功能障碍与 PANX1 基因变异之间可能关联的讨论，请参阅 608420.0001。
▼ 动物模型
Qu et al.（2011）培育了Panx1 -/- 小鼠，并确定Panx1 -/- 巨噬细胞在各种药物刺激后功能正常。然而，Panx1 -/- 胸腺细胞（而非 P2x7r（602566） -/- 胸腺细胞）在早期凋亡过程中对核染料的摄取有缺陷，并且无法募集巨噬细胞。Qu et al.（2011）提出PANX1释放ATP和其他巨噬细胞招募至凋亡细胞所需的信号。
Sang et al.（2019）在生发囊泡（GV）阶段向小鼠卵母细胞注射野生型和突变型PANX1 cRNA，观察受精前（见608420.0002和608420.0004）或受精后（见608420.0003和608420.0005）的变性和死亡。注射野生型PANX1、R217H变体（608420.0001）或常见多态性（I272V）的卵子在受精前后均不会死亡。此外，作者还构建了卵母细胞特异性过表达 Q392X 突变（608420.0002）的品系，并观察到杂合雌性完全不育。突变小鼠GV卵母细胞发生退化，培养10小时90%以上死亡；该表型可以用通道抑制剂 CBX 逆转。
▼ 等位基因变异体（5个精选例子）：
.0001 意义不明的变体
PANX1、ARG217HIS
该变异被归类为意义不明的变异，因为其对原发性卵巢功能衰竭、严重智力障碍、感音神经性听力损失和脊柱后凸的影响尚未得到证实。
Shao等人（2016）研究了一名17岁女孩，她的表亲父母都是土耳其裔，她患有原发性卵巢功能衰竭、严重智力障碍、感音神经性听力损失和脊柱后凸。全外显子组测序揭示了 PANX1 基因中 c.650G-A 转变的纯合性，导致保守残基处的 arg217-to-his（R217H）取代。她的父母和姐姐的突变是杂合的。先证者的其他特征包括轻度身材矮小（她的母亲和姐姐也有这种症状），以及甲状腺功能减退症和轻度脂肪肝（她的父亲也有这种症状）。N2A 细胞的功能分析显示，与野生型相比，突变型通道的 ATP 释放大大减少，HEK293T 细胞中的全细胞电压钳记录显示，与野生型相比，突变型通道电流减少了约 50%。然而，Shao et al.（2016）指出，尽管他们认为PANX1是先证者多器官受累的最佳候选基因，但他们无法明确地确定所有临床表现的因果关系，因为对先证者的全外显子组数据揭示了几个基因中的其他纯合和杂合变异，因为尚未报道其他携带纯合 PANX1 基因突变的患者。
变体函数
Sang等人（2019）对转染的HeLa细胞中的R217H突变体进行了功能分析，发现与野生型相比，PANX1糖基化模式或亚细胞定位没有变化。此外，注射R217H突变体的小鼠卵母细胞在受精后存活并发育至2细胞阶段。
.0002 卵母细胞/受精卵/胚胎成熟停滞 7
PANX1、GLN392TER
中国一个3代家庭（家庭1）的3个姐妹因卵母细胞死亡而无法生育（OZEMA7；618550），Sang et al.（2019）鉴定了 PANX1 基因中 c.1174C-T 转换（c.1174C-T, NM_015368.4）的杂合性，导致 gln392-to-ter（Q392X）取代。这种突变遗传自他们的父亲，在他们的可生育的姐妹或 3 个可生育的姑妈身上没有发现，并且在 gnomAD 数据库中也不存在。转染的 HeLa 细胞中的功能分析显示，带有 Q392X 突变体的成熟 PANX1 糖蛋白（GLY2）完全缺失，而高甘露糖形式（GLY1）的存在量有所减少。免疫荧光实验表明，大多数 Q392X 突变体错误定位于细胞质，并与高尔基体共定位，而野生型 PANX1 主要位于细胞膜。注射Q392X cRNA的小鼠卵母细胞逐渐退化，12小时后细胞质收缩，20小时后死亡，呈剂量依赖性效应。表达 Q392X 突变体的非洲爪蟾卵母细胞的电生理记录显示，与对照相比，通道活性增加，静息膜电位降低，最大电流更高。与野生型相比，细胞外ATP含量也显着增加。作者生成了卵母细胞特异性 Q392X 过表达的小鼠品系，并观察到杂合雌性完全不育。突变小鼠GV卵母细胞发生退化，培养10小时90%以上死亡；该表型可以用通道抑制剂 CBX 逆转。
.0003 卵母细胞/受精卵/胚胎成熟停滞 7
PANX1、CYS347SER
中国5代家庭（家庭3）的2个姐妹和一个表妹，因受精后卵母细胞死亡而导致不孕（OZEMA7；618550），Sang et al.（2019）鉴定了 PANX1 基因中 c.1040G-C 颠换（c.1040G-C, NM_015368.4）的杂合性，导致 cys347-to-ser（C347S）取代保留的残留物。该突变与疾病分离，并且不存在于 gnomAD 数据库中。转染的 HeLa 细胞中的功能分析显示，带有 C347S 突变体的成熟 PANX1 糖蛋白（GLY2）完全缺失，而高甘露糖形式（GLY1）的存在量有所减少。免疫荧光实验表明，大多数 C347S 突变体错误定位于细胞质并与高尔基体共定位，而野生型 PANX1 主要位于细胞膜。注射C347S cRNA的小鼠卵母细胞正常成熟并发育出第一极体，但在受精后10小时内逐渐死亡，具有剂量依赖性效应。表达 C347S 突变体的非洲爪蟾卵母细胞的电生理记录显示，与对照相比，通道活性增加，静息膜电位降低，最大电流更高。与野生型相比，细胞外ATP含量也显着增加。
.0004 卵母细胞/受精卵/胚胎成熟停滞 7
PANX1、LYS346GLU
一名34岁中国女性（家庭2）因卵母细胞死亡而不孕（OZEMA7; 618550），Sang et al.（2019）鉴定了 PANX1 基因中 c.1036A-G 转换（c.1036A-G, NM_015368.4）的杂合性，导致 lys346 到 glu（K346E）取代保留的残留物。在可育姐妹或 gnomAD 数据库中均未发现父系遗传突变。转染的 HeLa 细胞中的功能分析显示，带有 K346E 突变体的成熟 PANX1 糖蛋白（GLY2）完全缺失，而高甘露糖形式（GLY1）的存在量有所减少。免疫荧光实验表明，大多数 K346E 突变体错误定位于细胞质，并与高尔基体共定位，而野生型 PANX1 主要定位于细胞膜。注射K346E cRNA的小鼠卵母细胞逐渐退化，12小时后细胞质萎缩，20小时后死亡，呈剂量依赖性效应。表达 K346E 突变体的爪蟾卵母细胞的电生理记录显示，与对照相比，通道活性增加，静息膜电位降低，最大电流更高。与野生型相比，细胞外ATP含量也显着增加。
.0005 卵母细胞/受精卵/胚胎成熟停滞 7
PANX1、9-BP DEL、NT61
一名42岁中国女性（家庭4）因受精后卵母细胞死亡而导致不孕（OZEMA7；618550），Sang et al.（2019）鉴定出PANX1基因中9-bp框内缺失（c.61_69delACGGAGCCC, NM_015368.4）的杂合性，导致3个残基的缺失（21_23delTEP）。没有报道家族隔离，但在 gnomAD 数据库中未发现该突变。转染的 HeLa 细胞中的功能分析显示，突变体完全不存在成熟的 PANX1 糖蛋白（GLY2），而与对照相比，高甘露糖形式（GLY1）的存在量有所减少。免疫荧光实验表明，大多数突变体错误定位于细胞质，并与高尔基体共定位，而野生型 PANX1 主要定位于细胞膜。注射了9bp缺失cRNA的小鼠卵母细胞正常成熟并发育出第一极体，但在受精后10小时内逐渐死亡，具有剂量依赖性效应。表达突变体的非洲爪蟾卵母细胞的电生理记录显示，与对照相比，通道活性增加，静息膜电位降低，最大电流更高。与野生型相比，细胞外ATP含量也显着增加。
