白甲病、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫脱皮

Calpastatin 是一种内源性钙蛋白酶抑制剂（见114170），由 4 个抑制性重复序列组成，每个重复序列中和激活的钙蛋白酶。与蛋白酶不同，它是一种本质上非结构化的蛋白质，仅在与活性钙蛋白酶结合时才采用确定的结构（Moldoveanu 等人，2008 年；Hanna 等人，2008 年）。

▼ 基因功能
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在原发性高血压患者的红细胞中（见145500），钙蛋白酶抑制素的活性水平明显低于血压正常受试者的红细胞。庞特雷莫利等人（1988）通过蛋白质印迹分析证明抑制剂活性降低是抑制剂蛋白量减少的结果。从正常血压和高血压患者的红细胞中分离和纯化的钙蛋白酶抑制素具有相同的比活性。庞特雷莫利等人（1988）还提供了证据表明钙蛋白酶抑制素水平的降低不能归因于红细胞寿命期间的加速衰变。

三森等人（1995）证明抗钙蛋白酶抑制素自身抗体存在于多达 57% 的类风湿性关节炎患者中，并得出结论，他们可能参与了这种和其他风湿病的发病机制，但频率较低。

林等人（2015）在 HaCaT 永生化角质形成细胞系中进行了 siRNA 介导的 CAST 敲低。机械应力前后的免疫细胞化学分析显示 CAST 敲低细胞单层中的细胞间连接断裂，与它们是否受到机械应力无关。相比之下，对照细胞在机械应力后显示出拉伸的角蛋白丝，但在应力前没有破坏细胞间粘附。林等人（2015）得出的结论是，钙蛋白酶抑制素在角质形成细胞粘附中起作用。

▼ 生化特征
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晶体结构

摩尔多瓦努等人（2008）报道了钙结合的 m-钙蛋白酶的 3.0 埃晶体结构（CAPN2; 114230）与第一个 calpastatin 重复序列复合，均来自大鼠，揭示了排他性的机制。该结构突出了钙激活钙蛋白酶的复杂性，说明了外围结构域中的关键残基，用于稳定钙结合时的蛋白酶核心。完全激活的钙蛋白酶结合 10 个 Ca（2+）原子，从而导致几种构象变化，允许钙蛋白酶抑制剂识别。钙蛋白酶抑制是由与钙蛋白酶抑制素的 3 个关键区域的密切接触介导的。两个区域靶向钙蛋白酶的五 EF 手结构域，第三个区域占据底物结合裂缝，在活性位点硫醇周围投射一个环以逃避蛋白水解。

汉娜等人（2008）报道了钙结合的钙蛋白酶-2（m-钙蛋白酶）异源二聚体的 2.4 埃分辨率晶体结构，该异二聚体与 4 个 calpastatin 抑制结构域中的 1 个结合。他们观察到钙蛋白酶抑制素通过占据活性位点裂缝的两侧来抑制钙蛋白酶。尽管抑制剂穿过活性位点裂缝，但它以一种新颖的方式通过环绕活性位点半胱氨酸并在其周围形成环来逃避裂解。calpastatin 的抑制结构域识别仅存在于酶的钙结合形式中的多个低亲和力位点，从而导致紧密、特异性和钙依赖性的相互作用。汉娜等人（2008）得出的结论是，这种晶体结构，以及Moldoveanu 等人描述的相关复合物的晶体结构（2008），还揭示了钙蛋白酶在结合钙时发生的构象变化，包括活性位点裂缝的打开和结构域相对于彼此的移动以产生更紧凑的酶。

▼ 测绘
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Inazawa 等人使用编码 CAST 5-prime 末端区域的 cDNA 探针对分选的染色体和染色体原位杂交进行斑点印迹分析（1990）将 CAST 基因分配给 5q14-q22。稻泽等人（1991）通过 2 种原位杂交方法将 CAST 定位到 5q15-q21，并通过分选染色体的斑点印迹分析证实了结果。

▼ 分子遗传学
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在来自 3 个无关家族的 4 个受影响个体中，有脱皮、白甲、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫（PLACK; 616295 ），Lin 等人（2015）确定了 CAST 基因（ 114090.0001 - 114090.0003 ）中3 个不同截断突变的纯合性，这些突变在每个家族中与疾病分离。对患者皮肤的分析表明细胞间粘附受损以及角质形成细胞凋亡；体外敲低研究证实了钙蛋白酶抑制素在角质形成细胞粘附中的作用。

▼ 动物模型
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据报道，mdx 小鼠的肌营养不良蛋白（ 300377 ）缺陷肌肉和杜氏肌营养不良症（DMD；310200 ）患者的肌膜完整性降低会导致钙稳态改变。以前的研究表明，营养不良肌肉中的钙蛋白酶活性与肌肉坏死之间存在相关关系，但尚未测试钙蛋白酶激活是否先于细胞死亡，或者是细胞死亡的结果。斯宾塞和梅尔格伦（2002）生成在肌肉中过度表达钙蛋白酶抑制素转基因的 mdx 小鼠。过表达calpastatin 的外观正常的转基因小鼠与mdx 小鼠杂交。检查了两种小鼠品系，具有不同水平的钙蛋白酶抑制素过表达。两种转基因/mdx 小鼠品系在 4 周龄时均显示肌肉坏死减少。改善程度与钙蛋白酶抑制素蛋白表达水平相关。通过procion orange 和肌酸激酶测定评估的膜损伤没有变化，支持钙蛋白酶在原发性肌肉缺陷下游起作用的观点。作者假设钙蛋白酶可能在营养不良肌肉的坏死过程中发挥积极作用，并且抑制钙蛋白酶可能为 DMD 的治疗提供一种治疗选择。

▼ 等位基因变体（ 3 精选示例）：
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.0001 脱皮皮肤白念珠菌、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫
CAST, 1-BP DUP, 607A
在一名 28 岁的中国女性（个体 1）中，出现皮肤脱皮、白甲病、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫（PLACK; 616295 ），Lin 等人（2015）鉴定了 CAST 基因中 1 bp 重复 c.607dup（c.607dup, NM_001042440.3）的纯合性，导致预计会导致过早终止密码子（Ile203AsnfsTer8）的移码。她未受影响的父母、同胞和女儿是重复的杂合子，这在 200 个种族匹配的对照中没有发现。与对照皮肤相比，患者皮肤的免疫组织化学分析显示没有钙蛋白酶抑制素染色，对照皮肤显示钙蛋白酶抑制素遍及整个表皮并位于细胞质中。透射电子显微镜显示细胞间隙增宽，病变皮肤上层棘层染色质浓缩和边缘化，表明细胞间粘附受损以及角质形成细胞凋亡。

.0002 脱皮皮肤白念珠菌、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫
铸造，LYS142TER
一名尼泊尔妇女（个体 2）有脱皮、白甲病、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫（PLACK; 616295 ），Lin 等人（2015）确定了 CAST 基因中 c.424A-T 颠换（c.424A-T，NM_001042440.3）的纯合性，导致 lys142-to-ter（K142X）取代。她未受影响的父母是突变的杂合子。患者皮肤的免疫荧光分析显示与对照皮肤相比，calpastatin 标记减少。

.0003 脱皮皮肤白念珠菌、肢端点状角化病、唇炎和指节垫
CAST, 1-BP DEL, 1750G
2 兄弟，54 岁和 58 岁（分别为 3 和 4 个人），皮肤脱皮、白甲病、肢端点状角化病、唇炎和指关节垫（PLACK；616295），最初由Haber 和 Rose（1986）报道，林等人（2015）确定了 CAST 基因中 1 bp 缺失 c.1750delG（c.1750delG, NM_001042440.3）的纯合性，导致预计会导致过早终止密码子（Val584TrpfsTer37）的移码。该突变与家族中的疾病分离。