Arfgef2-KO 基因敲除小鼠

Arfgef2基因编码的蛋白质属于ARF-GEF蛋白家族，这些蛋白含有Sec7结构域，负责催化ADP-核糖基化因子从非活性形式向活性形式的转变。ARF-GEF蛋白在细胞内的囊泡运输和细胞信号传导中起着重要作用。Arfgef2基因编码的蛋白质BIG2是一种高分子量的ARF-GEF蛋白，它在小鼠中与转高尔基网络和回收内体相关。在人类中，ARFGEF2基因的突变会导致常染色体隐性周围室异位症伴小头症。研究发现，在基因捕获小鼠中，Arfgef2基因的功能丧失会导致早期胚胎死亡。这些研究揭示了BIG2在早期胚胎发育中的重要作用[1]。

突变ARFGEF2基因的表型扩展包括心肌病和运动障碍。一个十岁女孩患有严重的发育和生长迟缓、进食问题和不由自主的运动。磁共振成像显示双侧室周结节性异位和壳核高信号。超声心动图检查显示左室非致密性心肌病。ARFGEF2基因的序列分析显示一个杂合c.5126G>A, p.Trp1709(∗)突变。这是ARFGEF2基因中首次描述的无义突变，并且是第二例报道的ARFGEF2基因突变伴心肌病的病例。该病例支持ARFGEF2基因突变中存在心肌病的观点，因此扩展了ARFGEF2基因突变的表型谱。在出现运动障碍、严重发育迟缓和微头症的儿童中，如果存在双侧室周结节性异位和壳核高信号，则必须考虑ARFGEF2基因突变。在这种情况下，进行心肌病筛查可能是合适的[2]。

突变KRAS通过circARFGEF2的生物合成促进胰腺导管腺癌的淋巴转移。研究发现，circARFGEF2在KRASG12D胰腺导管腺癌中上调，并与KRASG12D胰腺导管腺癌淋巴结转移呈正相关。circARFGEF2过表达显著促进了KRASG12D胰腺导管腺癌的淋巴结转移。circARFGEF2的生物合成在KRASG12D胰腺导管腺癌中显著激活，由选择性剪接因子QKI-5介导，QKI-5招募U2AF35促进剪接体组装。QKI-5结合ARFGEF2前mRNA内含子3和6中的QKI结合基序和相邻的互补序列，促进circARFGEF2的生物合成。circARFGEF2吸附miR-1205，并促进JAK2的激活，进而磷酸化STAT3，触发KRASG12D胰腺导管腺癌的淋巴生成和淋巴结转移。circARFGEF2沉默显著抑制了KrasG12D/+Trp53R172H/+Pdx-1-Cre（KPC）小鼠胰腺导管腺癌模型中的淋巴结转移。这些发现揭示了突变KRAS介导的circRNA生物合成的机制和转移促进作用。在KRAS突变型胰腺导管腺癌中，circARFGEF2的剪接介导的生物合成增加激活了JAK2-STAT3信号传导并触发淋巴结转移，这表明circARFGEF2可能是抑制胰腺癌进展的治疗靶点[3]。

室周异位症（PH）是一种皮质发育异常，临床诊断基于异位结节组成的放射学特征，这些结节由沿着大脑侧脑室的脑组织中的不正常神经元组成。癫痫是PH患者的主要表现症状。行为上，患者通常智力正常，尽管有学习障碍的发现，如诵读困难。已鉴定出两种导致PH的基因：FilaminA，编码蛋白质Filamin A，和ARFGEF2，编码囊泡运输调节蛋白ARFGEF2。更常见的X连锁显性形式是由于Filamin A，影响女性，男性通常致命。由于ARFGEF2突变导致的更罕见的常染色体隐性形式导致PH，除了PH外，还导致小头症和发育迟缓。细胞迁移、粘附缺陷和神经上皮内衬的减弱可能是由这些基因在皮质发育过程中的缺陷引起的，但机制尚不清楚。PH的治疗主要是对症治疗，遵循癫痫管理的原则和遗传咨询[4]。

神经元迁移障碍（NMDs）是一组导致严重、全身神经功能障碍的弥漫性神经元迁移障碍，包括Lissencephaly-pachygyria-严重带状异位症。与这些畸形相关的基因异常包括LIS1、DCX、ARX、TUBA1A和RELN。仅影响部分神经元的NMDs，如轻微的亚皮质带状异位症和室周异位症，会导致从严重到轻微的神经系统和认知障碍。这些疾病与DCX、FLN1A和ARFGEF2基因的异常有关。多微脑回畸形是由于皮质晚期组织异常引起的，并且与神经元迁移异常不恒定相关。局限性多微脑回畸形与解剖特异性缺陷有关，包括语言和高级认知障碍。多微脑回畸形在遗传上是异质的，只有少数患者确定了明确的遗传原因。孤立的多微脑回畸形与GPR56和SRPX2基因的突变相关。与异常细胞类型相关的局限性迁移异常，如局限性皮质发育不良，具有高度的致癫痫性，并且以不同的方式影响受影响皮层的功能。异常神经元迁移的功能后果仍然知之甚少。在畸形的皮质中，功能保守、其非典型表征以及移位到畸形区域之外都是可能的。基于解剖学标志的功能定位可能不可靠[5]。

ARFGEF2和Filamin A在侧脑室神经上皮内衬中的重叠表达为室周异位症的原因提供了见解。室周异位症（PH）是一种皮质发育异常，其特征是沿着大脑侧脑室的脑组织中存在神经元结节，异位。ARFGEF2基因或肌动蛋白结合Filamin A（FLNA）基因的突变会导致PH。先前的研究表明，FLNA的表达是发育调节的，在室区（VZ）的神经上皮内衬中观察到最强的表达，在皮质中的后神经元中程度较低。在这里，我们表征了ARFGEF2在人类和小鼠中枢神经系统中的表达模式，以更好地了解它们在导致PH中的潜在作用。ARFGEF2 mRNA在所有皮质层中广泛表达，在发育过程中的室区和亚室区（SVZ）的神经前体中特别表达，在成年后持续但表达减弱。ARFGEF2编码brefeldin抑制的鸟嘌呤交换因子2（BIG2）蛋白。BIG2蛋白免疫反应性在发育过程中在VZ的神经上皮内衬的神经前体中最为强烈，在成年后表达减弱。此外，在人类胚胎脑的神经上皮细胞中，BIG2和FLNA的重叠表达最大，并且通过蛋白质印迹共表达。最后，将ARFGEF2的显性负性结构域转染到SHSY5Y神经母细胞瘤细胞中部分阻止了FLNA从高尔基体到细胞膜的转运。这些结果表明，ARFGEF2的突变可能损害FLNA在神经上皮沿神经上皮的神经前体中的靶向转运到细胞表面，并且这些细胞的破坏可能有助于PH的形成[6]。

脑畸形的遗传基础。皮质发育畸形（MCD）是导致发育障碍、严重癫痫和生育劣势的主要原因。与MCD相关的基因主要参与细胞增殖和分化、神经元迁移和晚期皮质组织。Lissencephaly-pachygyria-严重带状异位症是一组弥漫性神经元迁移障碍，导致严重的全身神经功能障碍。与这些畸形相关的基因异常包括LIS1、DCX、ARX、RELN、VLDLR、ACTB、ACTG1、TUBG1、KIF5C、KIF2A和CDK5。更近期的研究还建立了lissencephaly与或不伴有小头症、胼胝体发育不良以及小脑发育不全的关系，有时还与多微脑回畸形一致，与多种基因（TUBA1A、TUBA8、TUBB、TUBB2B、TUBB3和DYNC1H1）的突变有关，这些基因调节微管和中心体的合成和功能，因此定义为微管病。仅影响部分神经元的MCD，如轻微的亚皮质带状异位症和室周异位症，与DCX、FLN1A和ARFGEF2基因的异常有关，并导致从严重到轻微的神经系统和认知障碍。多微脑回畸形是由于皮质晚期组织异常引起的，并且与神经元迁移异常不恒定相关。局限性多微脑回畸形与解剖特异性缺陷有关，包括语言和高级认知障碍。多微脑回畸形在遗传上是异质的，只有少数患者确定了明确的遗传原因。MRI成像中的正常皮质或脑回增多症的大脑肥大、大脑半球肥大和局限性皮质发育不良都可能是PI3K-AKT-mTOR通路基因突变的结果。后合子突变已被描述为大多数MCD，并且在不扩散的较轻形式中可能仅限于发育不良的组织[7]。

可识别的神经放射学发现。在过去十年中，对神经发育障碍的遗传原因的发现和理解有所增加。人们普遍认识到，某些基因在神经放射学表型中表现出明显的变异性，反之，某些放射学表型与几种不同的遗传状况相关。然而，一些易于识别的脑磁共振成像（MRI）模式，尤其是在相应的相关临床发现的情况下，应该促使人们考虑在特定基因或基因通路中存在致病性变异。由于这些疾病往往难以诊断，因此对特定疾病的临床怀疑可能对指导和解释遗传测试非常有价值。本综述重点关注五种神经遗传综合征，其具有可识别的脑发现，放射科医生、儿科神经病学家、遗传学家和其他参与神经发育障碍的专家应该能够识别这些发现，以确定涉及的基因或基因群并深入了解其分子机制。全面审查的疾病包括DDX3X相关神经发育障碍、Van Maldergem综合征、NMDAR相关疾病、EML1相关疾病和ARFGEF2相关室周结节性异位伴小头症[8]。

BIG2通过调节Filamin A磷酸化和神经元迁移。室周异位症（PH）是人类皮质发育异常，与ADP-核糖基化因子鸟苷交换因子2（ARFGEF2编码Big2蛋白）和Filamin A（FLNA）的基因突变相关。PH被认为来自神经上皮的破坏，但神经元迁移对此表型的贡献程度尚不清楚。在这里，我们表明Arfgef2基因敲除小鼠发展为PH，并且表现出神经元迁移受损，同时FlnA和Ser2152位点的磷酸化FlnA（phosphoFlnA）的蛋白表达增加。Big2与FlnA发生物理相互作用，并且过表达Ser2512位点的磷酸化模拟FLNA抑制了神经元迁移。FlnA磷酸化将FlnA定位于细胞质中，降低其与肌动蛋白骨架的结合亲和力，并改变paxillin焦点粘附的数量和大小。总的来说，我们的结果表明了一种分子机制，其中Big2抑制促进phosphoFlnA（Ser2152）的表达，增加的phosphoFlnA降低其与肌动蛋白的结合亲和力并改变焦点粘附的分布，从而破坏细胞内在的神经元迁移[9]。

全基因组研究染色体异常与基因表达在结直肠肿瘤中的关系。结直肠肿瘤中发生的体细胞拷贝数改变（SCNAs）的作用尚不清楚。SCNAs与相应的基因表达变化相关，这些变化可能有助于肿瘤进展。因此，我们检查了结直肠肿瘤中的SCNAs和位于相应位点上的信使RNA（mRNAs）的表达，这是一种人类肿瘤的进展模型。我们使用了42个结直肠肿瘤样本，包括腺瘤、粘膜内癌（IMC）和侵袭性结直肠癌（CRC），这些样本使用全基因组SNP阵列和基因表达阵列（第一个队列）。此外，还进行了验证分析（37个结直肠肿瘤）。在腺瘤中没有发现具有相应SCNA的mRNA。然而，在第一个队列的IMC中，包括20q13.13位点的ARFGEF2、13q13.1位点的N4BP2L2和13q14.3位点的OLF4在内的三个mRNA在相应位点上的拷贝数（CN）增加时上调表达。此外，ARFGEF2和OLF4的表达上调在验证分析中得到证实。最后，在第一个队列的侵袭性CRC中，28个mRNA在相应位点上具有CN增加。在28个mRNA中，包括20q11.22位点的ACSS2、20q13.13位点的DDX27、20q11.21位点的MAPRE1、20q11.22位点的OSBPL2和20q11.22-q11.23位点的PHF20在内的mRNA在相应位点上具有CN增加。在侵袭性CRC的验证分析中，这四个mRNA（DDX27、MAPRE1、OSBPL2和PHF20）均上调表达。我们得出结论，13q和22q的特异性CN增加以及相应位点上的基因表达变化可能在IMC细胞向侵袭性CRC的进展中发挥重要作用[10]。

综上所述，ARFGEF2基因编码的蛋白质BIG2在细胞内的囊泡运输和细胞信号传导中起着重要作用。ARFGEF2基因的突变与多种疾病相关，包括周围室异位症伴小头症、心肌病和运动障碍。此外，ARFGEF2基因的突变还与神经元迁移障碍相关，可能影响神经系统的发育和功能。这些研究结果有助于深入理解ARFGEF2基因在生物学过程和疾病发生中的作用，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。