Ген GABRB3 расположен на длинном плече хромосомы 15, в области q12 в геноме человека. Он расположен в кластере генов с двумя другими генами, GABRG3 и GABRA5 . GABRB3 был первым геном, который был сопоставлен с этой конкретной областью. [8] Он охватывает приблизительно 250 кб и включает 10 экзонов в своей кодирующей области, а также два дополнительных альтернативных первых экзона, которые кодируют сигнальные пептиды . [5] Были описаны альтернативно сплайсированные варианты транскриптов, кодирующие изоформы с различными сигнальными пептидами. [ 9] Этот ген расположен в области импринтинга , которая охватывает область 15q11-13. Его последовательность значительно длиннее, чем два других гена, обнаруженных в его кластере генов, из-за большого интрона в 150 кб, который он несет. В репликации гена GABRB3 наблюдается закономерность: у людей материнский аллель реплицируется позже, чем отцовский. [10] Обоснование и последствия этой модели неизвестны.
При сравнении генетической последовательности субъединицы бета-3 человека с последовательностями субъединиц бета-3 других позвоночных наблюдается высокий уровень генетической консервативности. [8] У мышей ген Gabrb3 расположен на хромосоме 7 их генома [11] в похожем стиле кластера генов с некоторыми другими субъединицами рецептора ГАМК А. [ 12]
Функция
GABRB3 кодирует члена семейства лиганд-управляемых ионных каналов . Кодируемый белок является одной из по крайней мере 13 отдельных субъединиц многосубъединичного хлоридного канала, который служит рецептором для гамма -аминомасляной кислоты , основного ингибирующего нейротрансмиттера нервной системы. Два других гена в кластере генов оба кодируют родственные субъединицы семейства. Во время развития, когда субъединица GABRB3 функционирует оптимально, ее роль в рецепторе ГАМК А обеспечивает пролиферацию, миграцию и дифференциацию клеток-предшественников, что приводит к правильному развитию мозга. [13] Функция рецептора ГАМК А ингибируется ионами цинка . Ионы связываются аллостерически с рецептором, механизм, который критически зависит от состава субъединицы рецептора. [14]
Гетерозиготные миссенс-мутации de novo в высококонсервативной области гена GABRB3 могут снижать пиковые амплитуды тока нейронов или изменять кинетические свойства канала. [15] Это приводит к потере ингибирующих свойств рецептора.
Субъединица бета-3 имеет очень похожую функцию с человеческой версией субъединицы. [11]
Структура
Кристаллическая структура человеческого гомопентамера β3 была опубликована в 2014 году. [16] [17] Изучение кристаллической структуры человеческого гомопентамера β3 выявило уникальные качества, которые наблюдаются только в эукариотических рецепторах цистеиновой петли. Характеристика рецептора ГАМК А и субъединиц помогает с механистическим определением мутаций внутри субъединиц и того, какое прямое влияние мутации могут иметь на белок и его взаимодействия. [16]
Выражение
Экспрессия GABRB3 не является постоянной среди всех клеток или на всех стадиях развития. Распределение экспрессии субъединиц рецептора ГАМК А (включая GABRB3) во время развития указывает на то, что ГАМК может функционировать как нейротрофический фактор , влияя на нейронную дифференциацию, рост и организацию цепей. Экспрессия субъединицы бета-3 достигает пика в разное время в разных участках мозга во время развития. Самая высокая экспрессия Gabrb3 у мышей в коре головного мозга и гиппокампе достигается пренатально, в то время как в коре мозжечка она достигается постнатально. После наивысшего пика экспрессии экспрессия Gabrb3 существенно снижается в таламусе и нижнем оливковом теле мыши. К взрослому возрасту уровень экспрессии в коре головного мозга и гиппокампе падает ниже уровней экспрессии, характерных для развития, но экспрессия в мозжечке не меняется постнатально. Самый высокий уровень экспрессии Gabrb3 в мозге зрелой мыши наблюдается в клетках Пуркинье и зернистых клетках мозжечка, гиппокампе и грушевидной коре. [6]
У людей субъединица бета-3, а также субъединицы двух соседних генов (GABRG3 и GABRA5) биаллельно экспрессируются в коре головного мозга, что указывает на то, что ген не подвергается импринтингу в этих клетках. [18]
Модели импринтинга
Из-за расположения GABRB3 в области импринтинга 15q11-13, обнаруженной у людей, этот ген подвержен импринтингу в зависимости от расположения и состояния развития клеток. Импринтинг не присутствует в мозге мыши , имея одинаковую экспрессию от материнских и отцовских аллелей. [11]
Регулирование
Фосфорилирование ГАМК А цАМФ-зависимой протеинкиназой (PKA) имеет регуляторный эффект, зависящий от вовлеченной бета-субъединицы. Механизм, посредством которого киназа нацеливается на субъединицу bata-3, неизвестен. AKAP79/150 напрямую связывается с субъединицей GABRB3, которая имеет решающее значение для его собственного фосфорилирования, опосредованного PKA. [19]
Gabrb3 показывает значительно сниженную экспрессию после рождения, когда у мышей наблюдается дефицит MECP2 . Когда ген MECP2 выключается, экспрессия Gabrb3 снижается, что предполагает связь положительной регуляции между двумя генами. [13]
Клиническое значение
Мутации в этом гене могут быть связаны с патогенезом синдрома Ангельмана, несиндромальных орофациальных расщелин, эпилепсии и аутизма. Ген GABRB3 был связан с навыками саванта, сопровождающими такие расстройства. [20]
У мышей мутация Gabrb3 вызывает тяжелую неонатальную смертность с фенотипом волчьей пасти, выжившие особи испытывают гиперактивность, потерю координации и страдают от эпилептических припадков. [12] У этих мышей также наблюдаются изменения вестибулярной системы в ухе, что приводит к плохим навыкам плавания, трудностям при ходьбе по решетчатому полу и, как было обнаружено, хаотичному бегу по кругу. [13]
Синдром Ангельмана
Удаление гена GABRB3 приводит к синдрому Ангельмана у людей, в зависимости от родительского происхождения удаления. [13] Удаление отцовского аллеля GABRB3 не имеет известных последствий для этого синдрома, в то время как удаление материнского аллеля GABRB3 приводит к развитию синдрома. [21]
Несиндромальная орофациальная расщелина
Существует сильная связь между уровнями экспрессии GABRB3 и правильным развитием неба . Нарушение экспрессии GABRB3 может быть связано с пороком развития несиндромной расщелины губы с расщелиной неба или без нее. Расщелина губы и неба также наблюдалась у детей с инвертированными дупликациями, охватывающими локус GABRB3. Нокаут субъединицы бета-3 у мышей приводит к расщелине вторичного неба. Нормальные черты лица можно восстановить путем вставки трансгена Gabrb3 в геном мыши, что делает ген Gabrb3 в первую очередь ответственным за формирование расщелины неба. [12]
Расстройство аутистического спектра
Дупликации региона синдрома Прадера-Вилли/Ангельмана, также известного как регион импринтинга (15q11-13), который охватывает ген GABRB3, присутствуют у некоторых пациентов с диагнозом аутизм. [6] У этих пациентов наблюдаются классические симптомы, связанные с этим расстройством. Дупликации региона 15q11-13, наблюдаемые у пациентов с аутизмом, почти всегда имеют материнское происхождение (не отцовское) и составляют 1–2% диагностированных случаев аутистического расстройства. [13] Этот ген также является кандидатом на аутизм из-за физиологической реакции, которую бензодиазепин оказывает на рецептор ГАМК-А при использовании для лечения судорог и тревожных расстройств. [6]
Мышь с дефицитом гена Gabrb3 была предложена в качестве модели расстройства аутистического спектра. [13] Эти мыши демонстрируют схожие фенотипические симптомы, такие как неизбирательное внимание, дефицит различных исследовательских параметров, общительность, социальная новизна, гнездование и более низкая частота подъема на задние лапы, что можно приравнять к характеристикам, обнаруженным у пациентов с диагнозом расстройства аутистического спектра. При изучении мышей с дефицитом Gabrb3 наблюдалась значительная гипоплазия червя мозжечка. [13]
Существует неизвестная связь между аутизмом и локусом 155CA-2, расположенным в интроне GABRB3. [22]
Эпилепсия/Эпилепсия абсанса в детстве
Дефекты в передаче ГАМК часто связаны с эпилепсией в моделях животных и синдромах человека. [23] Пациенты с диагнозом синдрома Ангельмана и делецией гена GABRB3 демонстрируют абсансные припадки. [24] Сниженная экспрессия субъединицы бета-3 является потенциальным фактором детской абсансной эпилепсии. [25]
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000166206 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000033676 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ abc Glatt K, Glatt H, Lalande M (апрель 1997). «Структура и организация GABRB3 и GABRA5». Геномика . 41 (1): 63– 69. doi :10.1006/geno.1997.4639. PMID 9126483.
^ abcd Cook EH, Courchesne RY, Cox NJ, Lord C, Gonen D, Guter SJ, Lincoln A, Nix K, Haas R, Leventhal BL, Courchesne E (май 1998). «Картирование нарушения сцепления при аутистическом расстройстве с маркерами 15q11-13». American Journal of Human Genetics . 62 (5): 1077– 1083. doi :10.1086/301832. PMC 1377089 . PMID 9545402.
^ Hammer H, Bader BM, Ehnert C, Bundgaard C, Bunch L, Hoestgaard-Jensen K, Schroeder OH, Bastlund JF, Gramowski-Voß A, Jensen AA (август 2015 г.). «Многогранный модулятор рецепторов GABAA: функциональные свойства и механизм действия седативно-снотворного и рекреационного препарата метаквалона (Quaalude)». Молекулярная фармакология . 88 (2): 401– 420. doi :10.1124/mol.115.099291. PMC 4518083. PMID 26056160 .
^ ab Wagstaff J, Chaillet JR, Lalande M (декабрь 1991 г.). "Ген субъединицы бета 3 рецептора GABAA: характеристика человеческой кДНК из хромосомы 15q11q13 и сопоставление с областью консервативной синтении на мышиной хромосоме 7". Genomics . 11 (4): 1071– 1078. doi :10.1016/0888-7543(91)90034-C. PMID 1664410.
^ Knoll JH, Cheng SD, Lalande M (январь 1994). "Аллельная специфичность времени репликации ДНК в импринтированном хромосомном регионе синдрома Ангельмана/Прадера-Вилли". Nature Genetics . 6 (1): 41– 46. doi :10.1038/ng0194-41. PMID 8136833. S2CID 35832564.
^ abc Nicholls RD, Gottlieb W, Russell LB, Davda M, Horsthemke B, Rinchik EM (март 1993 г.). «Оценка потенциальных моделей для импринтированных и неимпринтированных компонентов синдромов человеческой хромосомы 15q11-q13 с помощью картирования тонкой структуры гомологии у мышей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (5): 2050– 2054. Bibcode :1993PNAS...90.2050N. doi : 10.1073/pnas.90.5.2050 . PMC 46018 . PMID 8095339.
^ abc Scapoli L, Martinelli M, Pezzetti F, Carinci F, Bodo M, Tognon M, Carinci P (январь 2002 г.). «Неравновесие сцепления между геном GABRB3 и несиндромной семейной расщелиной губы с расщелиной неба или без нее». Генетика человека . 110 (1): 15– 20. doi :10.1007/s00439-001-0639-5. PMID 11810291. S2CID 23459069.
^ abcdefg DeLorey TM, Sahbaie P, Hashemi E, Homanics GE, Clark JD (март 2008 г.). «Мыши с дефицитом гена Gabrb3 демонстрируют нарушенное социальное и исследовательское поведение, дефицит неизбирательного внимания и гипоплазию червеобразных долек мозжечка: потенциальная модель расстройства аутистического спектра». Behavioural Brain Research . 187 (2): 207– 220. doi :10.1016/j.bbr.2007.09.009. PMC 2684890 . PMID 17983671.
^ Hosie AM, Dunne EL, Harvey RJ, Smart TG (апрель 2003 г.). «Цинк-опосредованное ингибирование рецепторов ГАМК(А): дискретные сайты связывания лежат в основе специфичности подтипа». Nature Neuroscience . 6 (4): 362– 369. doi :10.1038/nn1030. PMID 12640458. S2CID 24096465.
^ ab Miller PS, Aricescu AR (август 2014). «Кристаллическая структура человеческого рецептора GABAA». Nature . 512 (7514): 270– 275. Bibcode :2014Natur.512..270M. doi :10.1038/nature13293. PMC 4167603 . PMID 24909990.
^ "Кристаллическая структура человеческого рецептора гамма-аминомасляной кислоты, гомопентамера GABA(A)R-beta3". Protein Data Bank . RCSB. 28 января 2014 г.
^ Хогарт А., Нагараджан Р.П., Патцель К.А., Ясуи Д.Х., Ласаль Дж.М. (март 2007 г.). «Гены рецептора GABAA 15q11-13 обычно двуаллельно экспрессируются в мозге, но подвержены эпигенетической дисрегуляции при расстройствах аутистического спектра». Молекулярная генетика человека . 16 (6): 691–703 . doi : 10.1093/hmg/ddm014. ЧВК 1934608 . ПМИД 17339270.
^ Brandon NJ, Jovanovic JN, Colledge M, Kittler JT, Brandon JM, Scott JD, Moss SJ (январь 2003 г.). «A-kinase anchoring protein 79/150 способствует фосфорилированию рецепторов GABA(A) цАМФ-зависимой протеинкиназой посредством селективного взаимодействия с бета-субъединицами рецепторов». Molecular and Cellular Neurosciences . 22 (1): 87– 97. doi :10.1016/S1044-7431(02)00017-9. PMID 12595241. S2CID 6172436.
^ Nurmi EL, Dowd M, Tadevosyan-Leyfer O, Haines JL, Folstein SE, Sutcliffe JS (июль 2003 г.). «Исследовательское подмножество семей с аутизмом на основе навыков саванта улучшает доказательства генетической связи с 15q11-q13». Журнал Американской академии детской и подростковой психиатрии . 42 (7): 856– 863. doi :10.1097/01.CHI.0000046868.56865.0F. PMID 12819446.
^ Эллисон, Лизабет А. (2012). Фундаментальная молекулярная биология . Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. стр. 363. ISBN978-1-118-05981-4.
^ Buxbaum JD, Silverman JM, Smith CJ, Greenberg DA, Kilifarski M, Reichert J, Cook EH, Fang Y, Song CY, Vitale R (2002). «Связь между полиморфизмом GABRB3 и аутизмом». Молекулярная психиатрия . 7 (3): 311– 316. doi : 10.1038/sj.mp.4001011 . PMID 11920158.
^ DeLorey TM, Olsen RW (сентябрь 1999 г.). «ГАМК и эпилептогенез: сравнение мышей с дефицитом гена gabrb3 с синдромом Ангельмана у человека». Epilepsy Research . 36 ( 2– 3): 123– 132. doi : 10.1016/s0920-1211(99)00046-7. PMID 10515160. S2CID 13656488.
^ Танака М, Олсен Р.В., Медина М.Т., Шварц Э., Алонсо М.Э., Дюрон Р.М., Кастро-Ортега Р., Мартинес-Хуарес И.Е., Паскуаль-Кастровьехо И., Мачадо-Салас Дж., Силва Р., Бейли Дж.Н., Бай Д., Очоа А. , Хара-Прадо А., Пинеда Дж., Макдональд Р.Л., Дельгадо-Эскуэта А.В. (июнь 2008). «Гипергликозилирование и снижение токов ГАМК мутированного полипептида GABRB3 при ремиттирующей детской абсансной эпилепсии». Американский журнал генетики человека . 82 (6): 1249–1261 . doi :10.1016/j.ajhg.2008.04.020. ПМЦ 2427288 . ПМИД 18514161.
^ Urak L, Feucht M, Fathi N, Hornik K, Fuchs K (август 2006 г.). «Гаплотип промотора GABRB3, связанный с детской абсансной эпилепсией, ухудшает транскрипционную активность». Human Molecular Genetics . 15 (16): 2533– 2541. doi : 10.1093/hmg/ddl174 . PMID 16835263.
Дальнейшее чтение
Сайто С., Кубота Т., Охта Т., Джинно Ю., Ниикава Н., Сугимото Т., Вагстафф Дж., Лаланд М. (февраль 1992 г.). «Семейный синдром Ангельмана, вызванный импринтированной субмикроскопической делецией гена бета-3-субъединицы рецептора ГАМКА». Ланцет . 339 (8789): 366–367 . doi :10.1016/0140-6736(92)91686-3. PMID 1346439. S2CID 40634548.
Вагстафф Дж., Нолл Дж.Х., Флеминг Дж., Киркнесс Э.Ф., Мартин-Галлардо А., Гринберг Ф., Грэм Дж.М., Меннингер Дж., Уорд Д., Вентер Дж.К. (август 1991 г.). «Локализация гена, кодирующего бета-3-субъединицу ГАМКА-рецептора, в области Ангельмана/Прадера-Вилли хромосомы 15 человека». Американский журнал генетики человека . 49 (2): 330–337 . ПМЦ 1683305 . ПМИД 1714232.
Russek SJ, Farb DH (октябрь 1994 г.). «Картирование гена субъединицы бета 2 (GABRB2) на микродиссектированной человеческой хромосоме 5q34-q35 определяет кластер генов для наиболее распространенной изоформы рецептора GABAA». Genomics . 23 (3): 528– 533. doi : 10.1006/geno.1994.1539 . PMID 7851879.
Tögel M, Mossier B, Fuchs K, Sieghart W (апрель 1994 г.). «Рецепторы гамма-аминомасляной кислоты A, демонстрирующие связь гамма-3-субъединиц с бета-2/3 и различными альфа-субъединицами, демонстрируют уникальные фармакологические свойства». Журнал биологической химии . 269 (17): 12993– 12998. doi : 10.1016/S0021-9258(18)99974-6 . PMID 8175718.
Kirkness EF, Fraser CM (февраль 1993). "Сильный промоторный элемент расположен между альтернативными экзонами гена, кодирующего бета-3-субъединицу рецептора гамма-аминомасляной кислоты типа A человека (GABRB3)". Журнал биологической химии . 268 (6): 4420– 4428. doi : 10.1016/S0021-9258(18)53626-7 . PMID 8382702.
Sinnett D, Wagstaff J, Glatt K, Woolf E, Kirkness EJ, Lalande M (июнь 1993 г.). «Высокоразрешающее картирование кластера генов бета 3 и альфа 5 субъединицы рецептора гамма-аминомасляной кислоты на хромосоме 15q11-q13 и локализация точек разрыва у двух пациентов с синдромом Ангельмана». American Journal of Human Genetics . 52 (6): 1216– 1229. PMC 1682269 . PMID 8389098.
Глатт К, Глатт Х, Лаланд М (апрель 1997 г.). «Структура и организация GABRB3 и GABRA5». Геномика . 41 (1): 63– 69. doi :10.1006/geno.1997.4639. PMID 9126483.
Meguro M, Mitsuya K, Sui H, Shigenami K, Kugoh H, Nakao M, Oshimura M (ноябрь 1997 г.). «Доказательства однородительской, отцовской экспрессии генов субъединицы рецептора GABAA человека с использованием переноса хромосом, опосредованного микроклеточными клетками». Human Molecular Genetics . 6 (12): 2127– 2133. doi : 10.1093/hmg/6.12.2127 . PMID 9328477.
Buckley ST, Eckert AL, Dodd PR (сентябрь 2000 г.). «Экспрессия и распределение подтипов рецепторов GABAA в алкогольной коре головного мозга человека». Annals of the New York Academy of Sciences . 914 (1): 58– 64. Bibcode : 2000NYASA.914...58B. doi : 10.1111/j.1749-6632.2000.tb05183.x. PMID 11085308. S2CID 13569188.
Buxbaum JD, Silverman JM, Smith CJ, Greenberg DA, Kilifarski M, Reichert J, Cook EH, Fang Y, Song CY, Vitale R (2002). «Связь между полиморфизмом GABRB3 и аутизмом». Молекулярная психиатрия . 7 (3): 311– 316. doi : 10.1038/sj.mp.4001011 . PMID 11920158.
Buhr A, Bianchi MT, Baur R, Courtet P, Pignay V, Boulenger JP, Gallati S, Hinkle DJ, Macdonald RL, Sigel E (август 2002 г.). «Функциональная характеристика новой мутации человеческого рецептора GABA(A) beta3(R192H)». Генетика человека . 111 (2): 154– 160. doi :10.1007/s00439-002-0766-7. hdl : 2027.42/42268 . PMID 12189488. S2CID 10982155.
Труделл Дж. (сентябрь 2002 г.). «Уникальное назначение межсубъединичной ассоциации в рецепторах ГАМК (А) альфа 1 бета 3 гамма 2, определенное с помощью молекулярного моделирования». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1565 (1): 91–96 . doi : 10.1016/S0005-2736(02)00512-6 . ПМИД 12225856.
Sarto I, Wabnegger L, Dögl E, Sieghart W (сентябрь 2002 г.). «Гомологичные участки субъединиц альфа(1), бета(3) и гамма(2) рецептора ГАМК(А) важны для сборки». Neuropharmacology . 43 (4): 482– 491. doi :10.1016/S0028-3908(02)00160-0. PMID 12367595. S2CID 140209788.
Słopień A, Rajewski A, Budny B, Czerski P (2003). "[Оценка локуса q11-q13 хромосомы 15 аберраций и полиморфизмов в субъединице B3 гена рецептора ГАМК-А (GABRB3) у пациентов с аутизмом]". Psychiatria Polska . 36 (5): 779–791 . PMID 12491987.