GRM2基因,即人类代谢型谷氨酸受体2基因,编码代谢型谷氨酸受体2(mGluR2),是一种G蛋白偶联受体。GRM2基因位于人类3号染色体短臂上的3p21.1-p21.2区域,包含5个外显子,大小从74到1076碱基对不等。GRM2基因编码的mGluR2受体属于代谢型谷氨酸受体家族中的II型受体,该家族还包括mGluR3受体,共同由GRM2和GRM3基因编码。mGluR2受体在神经系统中广泛表达,尤其是在大脑中,参与调节突触传递和神经信号传导。
mGluR2受体在神经精神疾病的发生发展中具有重要作用。研究显示,谷氨酸能功能的不平衡与神经精神疾病的发生机制有关,因此谷氨酸受体基因成为寻找这些疾病易感基因的候选基因。mGluR2受体在神经传递中起到调节作用,其功能异常可能与精神分裂症等疾病的发生有关[1]。此外,mGluR2受体还与药物成瘾有关,药物成瘾导致大脑结构和功能发生变化,包括神经元网络和细胞的变化。在细胞内部,基因表达的改变可以追踪并有助于解释其功能的变化。mGluR2受体基因的表达变化可以反映药物成瘾对大脑的影响,并有助于发现新的通路和机制[2]。
mGluR2受体基因在精神分裂症的研究中也备受关注。mGluR2受体基因是精神分裂症的可能候选基因之一。研究发现,mGluR2受体基因在精神分裂症患者中的表达水平可能与正常人群存在差异。通过对mGluR2受体基因的转录起始位点、整个核苷酸序列和染色体定位的分析,研究人员发现mGluR2受体基因跨越13千碱基对,包含6个外显子,其中包括一个非编码外显子。通过辐射杂种面板分析,mGluR2受体基因被定位在染色体3p12-p11区域。研究人员对mGluR2受体基因编码外显子中的多态性进行了筛选,并发现了一些多态性。然而,在研究中并未发现这些多态性与精神分裂症之间存在显著的关联,因此这些多态性在精神分裂症的发病机制中可能并不起主要作用[3]。
除了精神分裂症,mGluR2受体基因还与甲基苯丙胺诱导的精神病和药物成瘾有关。研究发现,mGluR2受体基因与甲基苯丙胺诱导的精神病之间存在显著关联,但在精神分裂症中未发现关联。这表明mGluR2受体基因可能在甲基苯丙胺诱导的精神病中发挥作用,但在精神分裂症中可能并非主要因素[4]。
除了在神经精神疾病中的作用,mGluR2受体基因还与细菌微区室粒子的结构有关。细菌微区室(BMCs)是由蛋白质壳和封装的酶促核心组成的原核细胞器,参与多种生化过程。研究发现,mGluR2基因在克雷伯氏肺炎菌中的结构基因被用于研究BMCs的结构和封装机制。通过对mGluR2基因的重组表达和冷冻电子断层扫描,研究人员发现酶促核心以层次结构方式封装,并推测CutC胆碱裂解酶可能在封装过程中发挥辅助蛋白的作用[5]。
mGluR2受体基因还与癫痫的发生发展有关。研究发现,在PTZ诱导的癫痫模型中,miR-342-3p的表达水平下调,而mGluR2受体基因的表达水平上调。这表明miR-342-3p的下调可能导致mGluR2受体基因的表达上调,进而影响癫痫的发生发展[6]。
此外,mGluR2受体基因还与系统性肥大细胞增生症有关。研究发现,系统性肥大细胞增生症患者中,mGluR2受体基因的表达水平显著上调。通过对基因组DNA甲基化分析和基因表达分析,研究人员发现系统性肥大细胞增生症患者中存在差异甲基化的基因区域,其中包括mGluR2受体基因。这表明mGluR2受体基因的表达可能受到表观遗传调控的影响,进而参与系统性肥大细胞增生症的发病机制[7]。
mGluR2受体基因还与自闭症谱系障碍有关。研究发现,在SHANK3突变小鼠的纹状体中,mGluR2受体基因的表达水平下调,这与SHANK3突变小鼠的自闭症样行为有关。通过RNA测序分析,研究人员发现mGluR2受体基因的表达下调与其他与突触传递和信号转导相关的基因的表达下调有关。这表明mGluR2受体基因在自闭症谱系障碍的发病机制中可能发挥重要作用[8]。
mGluR2受体基因还与认知和焦虑有关。研究发现,GRM2基因敲除小鼠在空间工作记忆测试中表现出缺陷,而GRM3基因敲除小鼠表现出双相效应。这表明mGluR2受体基因可能在认知和焦虑的调节中发挥作用,并与行为表现之间存在一定的关系[9]。
mGluR2受体基因还与阿尔茨海默病有关。研究发现,在阿尔茨海默病模型中,mGluR2受体基因的表达水平下调,而HDAC抑制剂可以上调mGluR2受体基因的表达水平,并改善突触损伤和神经元丢失。这表明mGluR2受体基因的表达可能与阿尔茨海默病的发生发展有关,而HDAC抑制剂可能通过调节mGluR2受体基因的表达来改善阿尔茨海默病的相关症状[10]。
综上所述,GRM2基因编码的mGluR2受体在神经系统中发挥重要作用,参与调节突触传递和神经信号传导。GRM2基因的表达异常与多种神经精神疾病的发生发展有关,包括精神分裂症、药物成瘾、癫痫、系统性肥大细胞增生症、自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病等。GRM2基因的研究有助于深入理解mGluR2受体在神经系统中的功能,并为相关疾病的诊断、治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Martí, Sylvia Bort, Cichon, Sven, Propping, Peter, Nöthen, Markus. . Human metabotropic glutamate receptor 2 gene (GRM2): chromosomal sublocalization (3p21.1-p21.2) and genomic organization. In American journal of medical genetics, 114, 12-4. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11840499/
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5. Kalnins, Gints, Cesle, Eva-Emilija, Jansons, Juris, Filimonenko, Anatolij, Tars, Kaspars. 2020. Encapsulation mechanisms and structural studies of GRM2 bacterial microcompartment particles. In Nature communications, 11, 388. doi:10.1038/s41467-019-14205-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31959751/
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7. Górska, Aleksandra, Urbanowicz, Maria, Grochowalski, Łukasz, Gutowska-Owsiak, Danuta, Niedoszytko, Marek. 2023. Genome-Wide DNA Methylation and Gene Expression in Patients with Indolent Systemic Mastocytosis. In International journal of molecular sciences, 24, . doi:10.3390/ijms241813910. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37762215/
8. Ferhat, Allain-Thibeault, Verpy, Elisabeth, Biton, Anne, Ey, Elodie, Bourgeron, Thomas. 2023. Excessive self-grooming, gene dysregulation and imbalance between the striosome and matrix compartments in the striatum of Shank3 mutant mice. In Frontiers in molecular neuroscience, 16, 1139118. doi:10.3389/fnmol.2023.1139118. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37008785/
9. De Filippis, Bianca, Lyon, Louisa, Taylor, Amy, Harrison, Paul J, Bannerman, David M. 2014. The role of group II metabotropic glutamate receptors in cognition and anxiety: comparative studies in GRM2(-/-), GRM3(-/-) and GRM2/3(-/-) knockout mice. In Neuropharmacology, 89, 19-32. doi:10.1016/j.neuropharm.2014.08.010. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25158312/
10. Han, Ying, Chen, Le, Liu, Jingyun, Chu, Haiying, Ma, Haiying. 2022. A Class I HDAC Inhibitor Rescues Synaptic Damage and Neuron Loss in APP-Transfected Cells and APP/PS1 Mice through the GRIP1/AMPA Pathway. In Molecules (Basel, Switzerland), 27, . doi:10.3390/molecules27134160. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35807406/