GABAA受体亚基错义变异在海马锥体神经元中作用的位点特异性鉴定与分类

摘要

本研究介绍了一个从DNA到蛋白质功能及神经行为的多尺度研究框架。该研究提出了一种新方法，用于探究GABA_A受体亚基中预测为致病性的突变，假设致癫痫突变以及被预测为致病性的邻近突变可能在CA1锥体神经元模型上产生相似的影响。

摘要

了解癫痫相关基因中功能未知变异体的影响，对于阐明疾病的病理生理机制并开发个体化治疗策略至关重要。我们采用一种跨越从DNA序列到蛋白质功能及神经元行为的多尺度研究框架，提出一种预测和研究致病性突变的新方法，并假设GABA_A受体亚基中的致癫痫突变以及邻近区域预测的突变可能对CA1锥体神经元模型产生类似的影响。通过探究预测致病性突变与邻近致癫痫突变之间的特征性关联，本研究旨在基于致癫痫突变对海马锥体神经元模拟所产生的效应，来估测预测突变的潜在影响。

该方法始于GABA的收集_A 受体γ2亚基遗传数据，随后使用R语言中的自定义脚本进行数据清洗和格式化。接下来，应用集成预测工具以识别并优先排序该基因的致病性错义变异 γ2 亚基。将通过分子建模展示致痫性突变共有的亚基结构域上特定致病性变异（预测）的定位，并分析其影响及进化保守性。随后进行变异特异性的荟萃分析与参数标准化，继而开展相关性分析，以识别预测突变与邻近致痫性突变之间是否存在显著关联。利用基于 Python 的神经模拟器，描述反映野生型及致痫性突变体效应的多区室基于电导的神经元模型。模拟由致痫性 GABA 受体突变产生的神经元反应_A 受体亚型将被用于粗略估计预测致病性变异对神经反应的影响。据我们所知，这是首个探索多尺度框架以评估GABA_A 受体变异对神经元行为的影响，对癫痫研究至关重要。该方案可作为增强预测GABA潜在致病变异所导致细胞表型的基础_A 与癫痫相关的受体

引言

对于几乎所有人类疾病而言，遗传变异在个体易感性中均起着重要作用。因此，了解序列变异如何影响疾病风险，为揭示疾病发生发展的关键机制以及发现预防和治疗新策略提供了重要途径¹。这一原则同样适用于神经发育障碍，后者是儿科初级保健中最常见的慢性疾病之一²。自闭症谱系障碍、智力障碍和癫痫等疾病表明，遗传变异在发育过程中对个体易感性具有显著影响³。

由于兴奋与抑制之间关键平衡的遗传编程性神经发育不匹配，发育中的大脑比成年大脑更容易发生癫痫发作⁴。在成年大脑中，GABA（γ-氨基丁酸）是主要的抑制性神经递质，但在胚胎期和出生后早期发育阶段却具有兴奋性作用，这种状态不利于年幼大脑维持防止癫痫发作所需的稳定性。这种暂时性状态由K-Cl共转运体表达不足所致⁵，在GABA_A受体功能异常的情况下，可能增加癫痫活动的风险。GABA_A受体介导GABA的兴奋性和抑制性作用，其效应取决于细胞内Cl^-离子的浓度⁶。因此，随着大脑发育成熟，GABA_A受体编码基因以及其他离子通道基因的突变，以及参与神经元代谢、细胞信号传导和突触形成的基因突变

方案

1. 在计算机中 预测 o​致病性变异

1. 变异数据收集
   1. 利用ClinVar数据库²⁹，通过网站搜索目的基因编码区中意义未明的变异（VUS）： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/。输入基因符号（例如， GABRG2在搜索栏中输入）并筛选结果，仅包含所需类型的变异，例如意义未明的单核苷酸错义变异。下载并保存数据为 data.xlxs (补充文件 4：补充表 S1）。记录下载数据的日期。
      注意：在本方案中，人 GABA 受体 γ2 亚基_A 受体，特异性地 智人 γ-氨基丁酸A型受体γ2亚基（GABRG2），转录本变体1，mRNA（NCBI参考序列：NM_198904.4），也称为γ2L，将被分析。记录目标基因的参考转录本以及在不同数据库（UniProt、ENSEMBL、PDB）中的其他相应标识符非常重要，因为不同的计算方法可能需要不同的标识符补充文件 4：补充表 S2）。如果数据库或计算工具无法识别序列标识符的版本号，请同时尝试使用带版本号的ID（NM_198904.4）和不带版本号的ID（NM_198904）。
   2. 参考蛋白基本信息
      1. 在 NCB....

结果

本研究采用多尺度方法预测和表征GABA_A受体γ2亚基中的致病性变异，该亚基是癫痫发病机制中的关键组分。通过运用预测模型、分子建模、进化保守性分析、结构分析、相关性分析以及神经元模拟，该方法可提高变异分类的准确性，对癫痫研究具有重要意义，并可能具有临床应用价值。整体方法流程总结于图1中。

两个相邻γ2亚基突变的比较评估

基于我们的假设，即位于 GABA_A 受体亚基上致癫痫突变位点附近的预测致病性突变可能对通道功能和神经行为产生类似的电生理效应，我们首先简要分析了 γ2 亚基上一个已知致癫痫突变与其邻近的预测突变之间的关系。

讨论

通过结合计算遗传学、分子建模和神经模拟方法，本文提出的方法有望改进对GABA的分类_A 受体变异体，为癫痫研究和临床应用提供了宝贵的见解。本文提出并扩展了一个全面的分析框架，用于识别和优先排序预测的致病性突变，该框架有望弥合蛋白质与细胞表型之间变异效应的差距。评估了致癫痫性GABA_A 海马体锥体神经元模拟中的受体活性可实现复制 体外 与GABA相关的表型_A 受体功能障碍以及单个神经元反应改变在神经网络功能障碍根源中的体现。基于由致癫痫突变引发的神经反应模拟，初步估算了结构上邻近的预测突变对功能影响的可能性。关于预测突变对通道动力学影响的预测，仍需结合已知变异集进行深入分析。诸如本文所展示的比较分析与神经活动模拟，为构建和优化聚焦于变异对蛋白质功能及神经病理影响的预测模型提供了关键见解。此外，我们的方法可用于在未知变异中筛选并优先确定最具致病性的变异，以研究与GABA相关的变异效应_A 受体相关神经发育障碍。例如，用荧光探针标记的受体亚基^66,

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Brian2	索邦大学é法国视觉研究所，法国国家健康与医学研究院（INSERM），法国国家科学研究中心（CNRS）；英国伦敦帝国理工学院	2.8.0.4	Stimberg 等，2019（https://pypi.org/project/Brian2/）
dbNSFP 服务器	Genos生物信息学有限责任公司，美国	v3.0	Liu 等，2020（http://database.liulab.science/dbNSFP）（https://sites.google.com/site/jpopgen/dbNSFP）
HOPE	荷兰拉德堡德大学分子与生物分子信息学中心 CMBI	1.1.1	Venselaar 等，2010（https://www3.cmbi.umcn.nl/hope/）
Jalview	英国邓迪大学	JV2	Waterhouse 等，2009（https://www.jalview.org/）
Jupyter Notebook	Project Jupyter，美国		https://jupyter.org/install
植物	Python 软件基金会，美国	3.13	https://www.python.org/downloads/
Protter	瑞士苏黎世联邦理工学院	版本 1.0	Omasits, 等, 2014 (https://wlab.ethz.ch/protter/start/)
R	美国统计计算基金会	R 版本 4.3.2	https://www.r-project.org/
RStudio	Posit 软件，PBC，美国	RStudio 2023.12.1+402 "海洋风暴" 释放	https://posit.co/downloads/