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Common birthmarks can be an indicator of underlying genetic disease but are often overlooked. Mongolian blue spots (dermal melanocytosis) are usually localized and transient, but they can be extensive, permanent, and associated with extracutaneous abnormalities. Co-occurrence with vascular birthmarks defines a subtype of phakomatosis pigmentovascularis, a group of syndromes associated with neurovascular, ophthalmological, overgrowth, and malignant complications. Here, we discover that extensive dermal melanocytosis and phakomatosis pigmentovascularis are associated with activating mutations in GNA11 and GNAQ, genes that encode Ga subunits of heterotrimeric G proteins. The mutations were detected at very low levels in affected tissues but were undetectable in the blood, indicating that these conditions are postzygotic mosaic disorders. In vitro expression of mutant GNA11\(^R183C\) and GNA11\(^Q209L\) in human cell lines demonstrated activation of the downstream p38 MAPK signaling pathway and the p38, JNK, and ERK pathways, respectively. Transgenic mosaic zebrafish models expressing mutant GNA11\(^R183C\) under promoter mitfa developed extensive dermal melanocytosis recapitulating the human phenotype. Phakomatosis pigmentovascularis and extensive dermal melanocytosis are therefore diagnoses in the group of mosaic heterotrimeric G-protein disorders, joining McCune-Albright and Sturge-Weber syndromes. These findings will allow accurate clinical and molecular diagnosis of this subset of common birthmarks, thereby identifying infants at risk for serious complications, and provide novel therapeutic opportunities.
G-Protein-gekoppelte einwärtsgleichrichtende Kalium-Kanäle sind durch zwei Eigenschaften gekennzeichnet: (I) Die Leitfähigkeit für K+-Ionen ist positiv des Kalium-Gleichgewichtspotentials reduziert und (II) die Kanal-Aktivität wird durch Bindung von G betagamma-Dimere heterotrimerer Gi/o-Proteine reguliert. In der Literatur wurde die Aktivierung von GIRK-Kanälen als eine Zunahme ihrer Offenwahrscheinlichkeit unabhängig vom Membranpotential beschrieben. Die vorliegenden Untersuchungen zeigten, dass es bei starker Aktivierung des GIRK-Kanals durch G betagamma-Dimere auch zu einer Abschwächung der Einwärtsgleichrichtung kommt. Im heterologen Expressionssystem konnte bei Rezeptor-Stimulation mit Agonist die Einwärtsgleichrichtung von GIRK-Kanälen abhängig von der Stärke der Koexpression von G betagamma-Dimeren geschwächt werden. Dieser Effekt entstand nicht durch eine Veränderung der Affinität, mit der Polyamine und Mg2+-Ionen den GIRK-Kanal membranpotentialabhängig blockieren. Die Kinetik, mit der Polyamine den GIRK-Kanal blockieren, war nicht verändert; eine Erhöhung der intrazellulären Mg2+-Konzentration um den Faktor 20 konnte eine Abschwächung der Einwärtsgleichrichtung nicht mindern. Es wurde vermutet, dass eine Änderung der Konformation von Strukturen nahe des Selektivitätsfilters die Abschwächung der Einwärtsgleichrichtung verursacht. Gestützt wurde diese Vermutung zum einen dadurch, dass Ba2+- und Cs+-Ionen, die von extrazellulärer Seite her den Kanal an Strukturen nahe des Selektivitätsfilters blockieren können, unter schwach einwärtsgleichrichtenden Bedingungen eine geringere Bindungsaffinität hatten und zum anderen dadurch, dass das relative Ausmaß des GIRK-Kanal-Blocks durch Cs+-Ionen mit der Stärke der Einwärtsgleichrichtung korrelierte.