Allele | grim | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Mutation Type | missense | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chromosome | 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coordinate | 107,012,343 bp (GRCm39) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Base Change | C ⇒ A (forward strand) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gene | Kcna2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gene Name | potassium voltage-gated channel, shaker-related subfamily, member 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Synonym(s) | Akr6a4, Kca1-2, Kv1.2, Mk-2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chromosomal Location | 107,008,462-107,022,321 bp (+) (GRCm39) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MGI Phenotype |
FUNCTION: [Summary is not available for the mouse gene. This summary is for the human ortholog.] Potassium channels represent the most complex class of voltage-gated ion channels from both functional and structural standpoints. Their diverse functions include regulating neurotransmitter release, heart rate, insulin secretion, neuronal excitability, epithelial electrolyte transport, smooth muscle contraction, and cell volume. Four sequence-related potassium channel genes - shaker, shaw, shab, and shal - have been identified in Drosophila, and each has been shown to have human homolog(s). This gene encodes a member of the potassium channel, voltage-gated, shaker-related subfamily. This member contains six membrane-spanning domains with a shaker-type repeat in the fourth segment. It belongs to the delayed rectifier class, members of which allow nerve cells to efficiently repolarize following an action potential. The coding region of this gene is intronless, and the gene is clustered with genes KCNA3 and KCNA10 on chromosome 1. [provided by RefSeq, Jul 2008] PHENOTYPE: Mice homozygous for a null allele exhibit postnatal lethality, increased susceptibility to spontaneous and chemically-induced seizures and altered neuron electrophysiology. Mice homozygous for an ENU-induced allele exhibit abnormal gait, impaired coordination, and premature lethality. [provided by MGI curators] |
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Accession Number | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mapped | Yes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Amino Acid Change | Serine changed to Tyrosine | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutional Source | Beutler Lab | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gene Model | predicted gene model for protein(s): [ENSMUSP00000041702] [ENSMUSP00000142873] [ENSMUSP00000143798] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
AlphaFold | P63141 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SMART Domains |
Protein: ENSMUSP00000041702 Gene: ENSMUSG00000040724 AA Change: S308Y
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Predicted Effect | probably damaging
PolyPhen 2 Score 1.000 (Sensitivity: 0.00; Specificity: 1.00) |
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SMART Domains |
Protein: ENSMUSP00000142873 Gene: ENSMUSG00000040724 AA Change: S308Y
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Predicted Effect | probably damaging
PolyPhen 2 Score 1.000 (Sensitivity: 0.00; Specificity: 1.00) |
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SMART Domains |
Protein: ENSMUSP00000143798 Gene: ENSMUSG00000040724 AA Change: S308Y
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Predicted Effect | probably damaging
PolyPhen 2 Score 1.000 (Sensitivity: 0.00; Specificity: 1.00) |
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Meta Mutation Damage Score | 0.9139 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Is this an essential gene? | Essential (E-score: 1.000) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phenotypic Category | Unknown | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Candidate Explorer Status | loading ... | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Single pedigree Linkage Analysis Data |
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Penetrance | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Alleles Listed at MGI | All Mutations and Alleles(7) : Chemically induced (ENU)(1) Chemically induced (other)(1) Radiation induced(1) Targeted(4) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lab Alleles |
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Mode of Inheritance | Unknown | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Local Stock | Live Mice | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Repository | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Updated | 2019-09-04 9:28 PM by Anne Murray | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Record Created | 2019-02-08 12:30 PM by Jamie Russell | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Record Posted | 2019-04-02 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phenotypic Description |
The grim phenotype was identified among G3 mice of the pedigree R6687, some of which died after weaning (Figure 1). |
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Nature of Mutation |
Whole exome HiSeq sequencing of the G1 grandsire identified 33 mutations. The lethality phenotype was linked to a mutation in Kcna2: a C to A transversion at base pair 107,105,027 (v38) on chromosome 3, or base pair 14,176 in the GenBank genomic region NC_000069. Linkage was found with a recessive model of inheritance (P = 0.000102), wherein three affected mice were homozygous for the variant allele, and 37 unaffected mice were either heterozygous (N = 21) or homozygous (N = 16) for the reference allele (Figure 2). A substantial semidominant effect was also observed (P = 0.000237). The mutation corresponds to residue 1,604 in the mRNA sequence NM_008417 within exon 3 of 3 total exons.
The mutated nucleotide is indicated in red. The mutation results in a serine to tyrosine substitution at position 308 (S308Y) in the KCNA2 protein, and is strongly predicted by Polyphen-2 to cause loss of function (score = 1.000). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Illustration of Mutations in Gene & Protein |
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Protein Prediction |
KCNA2 encodes the Kv1.2 potassium channel α subunit, a member of the Kv1 (alternatively, Shaker) family of voltage-gated potassium channels. Voltage-gated potassium channels are part of the ion channel superfamily, which also includes voltage-gated sodium (see the record Tremord for information about Scn8a) and calcium channels. The voltage-gated channels are formed by four α‐subunits, with each subunit having six transmembrane segments (S1 through S6), a membrane reentering P‐loop between the S5 and S6 loop, and cytoplasmic N- and C-termini [Figures 3 and 4; PDB:2R9R; (1;2)]. The first four transmembrane domains (S1 through S4) are the voltage sensor domain (3). The four transmembrane domains are anti-parallel transmembrane helices packed counterclockwise. The last two transmembrane domains from each subunit form the pore domain. The four α‐subunits form hetero- or homotetramers around the central conducting pore; Kv1.2 can heterodimerize with Kv1.1 and Kv1.4. The tetramer complexes also include four cytoplasmic auxiliary Kv β‐subunits. When the membrane depolarizes, the voltage sensor domains undergo a conformational change, resulting in the opening or closing of the ion permeation pathway (i.e., voltage gating) (4). Four arginines within the S4 domain are responsible for the gating charge controlling the voltage activation of the channel (5). Membrane depolarization causes S4 to move toward the extracellular side of the membrane (6). Within the S6 inner helix (on the intracellular side of the selectivity filter) is a highly conserved triplet sequence (Pro-X-Pro; X is any amino acid) that is important for gating; the gating mechanism is unknown (7;8). Voltage-gated potassium channels can be inactivated by two mechanisms: N-type and C-type. N-type inactivation occurs when a 30-amino acid globular N-terminal region interacts with the S4-S5 region (9). C-type inactivation involves the S6 region, but the mechanism by which it occurs is unclear (10). The intracellular regions (i.e., the N-terminus, S4-S5 linker, and/or C-terminus) of Kv1.2 interact and confer slowing of voltage-dependent activation (11). Ser434, Ser440, Ser441, and Ser449 phosphorylation is required for proper Kv1.2 trafficking to the cell surface (12;13). Tyrosine phosphorylation of Kv1.2 within its C-terminal tail regulates its interaction with the actin-binding protein cortactin; cortactin interacts with a C-terminal Kv1.2 tail fragment containing amino acids 446 to 463 (14). Kv1.2-cortactin interaction putatively regulates channel function. Phosphorylation of Tyr132 within the N-terminal tail upon M1 muscarinic acetylcholine receptor activation results in suppression of Kv1.2-associated ionic currents (15). Kv1.2 is also N-linked glycosylated at sites in the S1-S2 linker (16). N-linked glycosylation of Kv1.2 promotes surface expression of Kv1.2 as well as its stability at the cell surface (17-19). Ser356, Ser360, Thr383, and Thr384 within the upper portion of the pore region are required for surface expression of Kv1.2 and putatively regulate its N-linked glycosylation (17). Several individual resides within the length of Kv1.2 have essential functions. Arg354 and Val381 within different regions of the outer pore region are required for proper cell surface expression of Kv1.2 (20). Val370 within the pore helix controls ion selectivity as well as pore stability (21). Thr252 within the S2-S3 linker acts as a switch between slow and fast gating (22). The grim mutation results in a serine to tyrosine substitution at position 308 (S308Y); Ser308 is within S4. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Expression/Localization | KCNA2 is expressed in the central nervous system. Kv1.2 is predominantly expressed along axons and at axon terminals as well as at presynaptic sites, soma, and proximal dendrites (23-25). Kv1.2 is also found in the juxtaparanodal (JPX) region next to the nodes of Ranvier (NORs), at axonal initial segments (AIS), and in the pinceau region terminals of cerebellar basket cells (26). Kv1.2 localizes to the plasma membrane (25). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Background |
Voltage-gated potassium channels allow charged ions to flow rapidly in to or out of the cell in response to membrane potential changes. Voltage-gated potassium channels function in action potential initiation and propagation, shaping of action potentials, and regulation of action potential firing patterns (Figure 5) (26). Kv1.2 is a delayed rectifier potassium channel that enables efficient neuronal repolarization after an action potential. Presynaptic Kv1.2 channels suppress synaptic terminal hyperexcitability after an action potential (27). Mutations in human KCNA2 are linked to cases of early infantile epileptic encephalopathy 32 (EIEE32; OMIM: #616366) (28-30). Patients with EIEE32 exhibit normal early development, but onset of febrile, hemiclonic, myoclonic, myoclonic-atonic, focal dyscognitive, generalized tonic-clonic, and absence seizures between 5 and 17 months of age (28;30). Some patients show developmental slowing or regression (29). Mutations in KCNA2 have also been linked to cases of hereditary spastic paraplegia (31). Patients with hereditary spastic paraplegia have difficulty walking due to variable muscle weakness and muscle tightness in the legs. Kcna2-deficient mice showed premature death by approximately postnatal day (P)17 putatively due to apnea during tonic seizures (32;33). Neurons in the mice exhibited less depolarized sustained membrane potentials, reduced mean resting input resistance, and higher amplitude thresholds. The mice showed reduced body weights compared to wild-type littermates (32;33). Mice homozygous for an ENU-induced allele (I402T; Kcna2Pgu/Pgu) showed postnatal lethality; 50% of mice died between P15 and P35 (34). The mice showed reduced body weights and postnatal growth retardation after P7. The mice also showed severe tremors, impaired coordination, and ataxia on the balance beam as well as reduced grip strength and flattened posture. The mice showed reduced Purkinje cell action potential firing frequency and reduced Purkinje cell spiking frequency compared to wild-type mice. The mice also exhibited increased spontaneous GABAergic inhibitory postsynaptic current frequency and amplitude. Heterozygous mice did not show postnatal lethality, but showed the neurological/behavioral phenotypes observed in the homozygous mice (34). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Putative Mechanism | The lethality observed with the grim mice is similar to that observed in other Kcna2-deficient (and mutant) mouse models, indicating loss of Kv1.2-associated function in the grim mice. Reduced body weights and other neurological phenotypes were not observed/noted. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Primers |
PCR Primer grim_pcr_F: TGGCTTCTTCACCAACATCATG grim_pcr_R: GGAACCATGTCTCCATAGCC Sequencing Primer grim_seq_F: CATGAACATCATTGACATTGTGGC grim_seq_R: CCATAGCCTACAGTTGTCATGGAG |
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Genotyping | PCR program 1) 94°C 2:00 The following sequence of 402 nucleotides is amplified (chromosome 3, + strand): 1 tggcttcttc accaacatca tgaacatcat tgacattgtg gctatcatcc cttactttat Primer binding sites are underlined and the sequencing primers are highlighted; the mutated nucleotide is shown in red. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
References | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Science Writers | Anne Murray | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Illustrators | Diantha La Vine | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors | Carlos Reyna, Lauren Prince, Jamie Russell, and Bruce Beutler |