关节弯曲、腭裂、颅缝早闭和智力发育受损

PPP3CA 基因编码钙调神经磷酸酶亚基的 α 同种型，该亚基编码钙和钙调素依赖性丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶，在广泛的生物过程中发挥作用，包括突触囊泡循环（Myers 等人总结）。，2017 年）。

▼ 克隆与表达
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钙调神经磷酸酶，Ca（2+）/钙调蛋白调节的蛋白磷酸酶，首先在骨骼肌和大脑中检测到，已在从酵母到哺乳动物的所有细胞中发现。它是 19-kD Ca（2+）结合蛋白钙调神经磷酸酶 B 和 61-kD 钙调蛋白结合催化亚基钙调神经磷酸酶 A 的异源二聚体。Guerini 和 Klee（1989）提出了不同形式的钙调神经磷酸酶 A 的证据可变剪接的结果。钙调神经磷酸酶的多个催化亚基来源于至少 2 个结构基因，1 型（钙调神经磷酸酶 A-α）和 2 型（钙调神经磷酸酶 A-β；CALNA2, 114106），每个基因都可以产生选择性剪接转录本（Giri 等人， 1991 年）。

▼ 基因功能
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Semsarian 等人（1999）和Musaro 等人（1999）孤立表明 IGF1（ 147440 ）通过激活钙调神经磷酸酶 A 和诱导转录因子 NFATC1 的核易位来刺激骨骼肌肥大和糖酵解代谢的转换（ 600489 ）。Semsarian 等人（1999）发现钙调神经磷酸酶抑制剂环孢菌素 A 或 FK506 抑制肥大，但 MAP 激酶或磷脂酰肌醇-3-OH 激酶途径的抑制剂不能抑制肥大。穆萨罗等人（1999）表明显性负钙调神经磷酸酶突变体的表达也抑制了肌细胞分化和肥大。穆萨罗等人（1999）证明 IGF1 或激活的钙调神经磷酸酶可诱导转录因子 GATA2（ 137295 ）的表达，GATA2在肌细胞核的一个子集中积累，在那里它与钙调神经磷酸酶和 NFATC1 的特定去磷酸化同工型相关联。

DCSR1（RCAN1; 602917 ）是 21 号染色体上的一个基因座，与唐氏综合症的病理生理学有关（ 190685 ）。富恩特斯等人（2000）证明 DSCR1 在唐氏综合症胎儿的大脑中过度表达，并在物理和功能上与钙调磷酸酶 A 相互作用。结合域，在之前在钙调神经磷酸酶 A 中定义的其他功能域之外。 DSCR1 属于进化上保守的蛋白质家族，在人类中有 3 个成员：DSCR1、ZAKI4（RCAN2；604876）和 DSCR1L2（RCAN3；605860））。DSCR1 和 ZAKI4 的过表达通过抑制 NFAT 易位到细胞核来抑制钙调神经磷酸酶依赖性基因转录。作者假设这个人类蛋白质家族的成员是钙调神经磷酸酶介导的信号通路的内源性调节剂，可能参与许多生理过程。

Leinwand（2001）讨论了钙调神经磷酸酶抑制和心脏肥大。

塞茨等人（2002）在所有牛眼组织中发现了钙调神经磷酸酶，并假设它参与角膜的免疫特权、视网膜信号转导以及免疫抑制剂对眼睛的毒性作用。

巴克什等人（2002）发现 NFATC2（ 600490 ）的异位表达抑制了人类 CDK4（ 123829 ）启动子的基础活性。此外，Calna -/- 和 Nfatc2 -/- 小鼠的 Cdk4 蛋白水平升高，证实了钙调神经磷酸酶/NFAT 通路的负调节作用。因此，该途径可能在转录水平上调节 CDK4 的表达，并控制细胞如何重新进入静息、非增殖状态。

进食期间循环葡萄糖和肠道激素的升高部分通过转录因子 CREB 的钙和 cAMP 依赖性激活来促进胰岛细胞活力（ 123810 ）。斯克里顿等人（2004）确定了一个信号模块，该模块通过刺激CREB 共激活剂TORC2（ 608972 ）的去磷酸化和核进入来介导这些途径对细胞基因表达的协同作用。该模块由钙调节的磷酸酶钙调神经磷酸酶和丝氨酸/苏氨酸激酶 SIK2（ 608973 ）组成，两者都与 TORC2 相关。在静息条件下，TORC2 通过与 14-3-3 蛋白的磷酸化依赖性相互作用被隔离在细胞质中（见601288）。通过对TORC2去磷酸化的互补作用，葡萄糖和肠道激素触发钙和cAMP第二信使通路破坏TORC2：14-3-3复合物；钙流入增加了钙调神经磷酸酶活性，而 cAMP 抑制了 SIK2 激酶活性。结果说明了磷酸酶/激酶模块如何连接 2 条信号通路以响应营养和激素提示。

在蛙卵中，钙离子激活钙/钙调蛋白激活激酶（例如，114078），从而使细胞生长抑制因子失活，使后期促进因子开启并泛素化细胞周期蛋白和 securin，从而使细胞周期返回到间期。Mochida 和 Hunt（2007）表明钙激活蛋白磷酸酶钙调神经磷酸酶在这个过程中也很重要。在鸡蛋提取物中加入钙离子后，钙调神经磷酸酶被瞬时激活，并且钙调神经磷酸酶抑制剂如环孢菌素 A 延迟了细胞周期蛋白的破坏、M 期特异性磷蛋白的整体去磷酸化以及功能齐全的核膜的重建。持田与亨特（2007）发现针对有丝分裂磷蛋白的第二波磷酸酶活性出现在钙调神经磷酸酶活性峰值之后。这种活性在下次提取物进入 M 期时消失，并在有丝分裂结束时重新出现。Mochida 和 Hunt（2007）推测，抑制第二个磷酸酶活性对于允许细胞进入有丝分裂很重要，相反，它的激活是及时返回到间期所必需的。需要钙调神经磷酸酶来打破由 Mos-MAP 激酶途径强加的深度细胞周期停滞，Mochida 和 Hunt（2007）表明 Fizzy/Cdc20（ 603618 ）是后期促进因子的关键调节因子，是一种极好的底物这种磷酸酶。

Nishiyama 等人使用非洲爪蟾未受精卵的无细胞提取物（2007）表明钙调神经磷酸酶在钙离子添加到诱导减数分裂 II 退出的浓度后立即被瞬时激活。当钙调神经磷酸酶激活被抑制时，细胞周期蛋白 B（ 123836 ）降解导致的细胞周期蛋白依赖性激酶 1（CDK1; 116940 ）失活被阻止，并且在提取物中孵育的精子染色质保持浓缩。类似地，如果完整鸡蛋中的钙调神经磷酸酶受到抑制，则可防止鸡蛋激活时减数分裂 II 退出。此外，皮质中的激活收缩受到抑制，而皮质颗粒胞吐发生。西山等人（2007）进一步证明，当激活后保持高水平的钙调神经磷酸酶活性时，卵提取物中的紫菀精子生长受到阻止，并且始终如一地阻碍了受精卵中雄性和雌性原核相互迁移。因此，西山等人（2007）得出结论，受精卵中钙调神经磷酸酶的激活和随后的失活对于脊椎动物胚胎发育的开始至关重要。

Kishi 等人（2007）指出 RCN 蛋白（见 RCN1；602735）是高度保守的，并且根据它们的磷酸化状态，刺激或抑制钙调神经磷酸酶。在酵母中，Kishi 等人（2007）发现 Cdc4（FBXW7; 606278 ）直接与磷酸化的 Rcn1 结合，导致 Rcn1 泛素化和随后的降解和钙调神经磷酸酶抑制的缓解。

王等人（2011）发现 Cna-α 和 -β 在新生大鼠心肌细胞暴露于缺氧后执行促凋亡程序中至关重要。Cna-α 和-β 使线粒体裂变蛋白 Drp1（DNM1L; 603850 ）去磷酸化，允许 Drp1 从细胞质向线粒体易位，随后线粒体断裂和细胞凋亡。王等人（2011），其特征在于上游事件在此凋亡途径，发现p53的（191170）微小RNA-499（MIR499的下调表达; 613614），它解除了依赖 Mir499 的 Cna-α 和 -β 抑制。通过小干扰 RNA 敲除 Cna-α 或 Cna-β 减弱了线粒体中的 Drp1 积累、线粒体断裂和缺氧诱导的细胞死亡。

王等人（2012）在小鼠中表明，胰高血糖素通过动员细胞内钙储存和激活钙/钙调蛋白依赖性 PPP3CA 来刺激肝细胞中的CRTC2（ 608972 ）去磷酸化。胰高血糖素通过 PKA 介导的肌醇-1,4,5-三磷酸受体（InsP3Rs）（ITPR1, 147265 ; ITPR2, 600144 ; ITPR3, 147267）的磷酸化增加细胞溶质钙浓度，这与 CRTC2 相关。激活后，InsP3Rs 通过促进钙调神经磷酸酶介导的 CRTC2 去磷酸化来增强糖异生基因的表达。在喂食期间，胰岛素信号的增加通过 AKT 降低了 CRTC2 的活性（ 164730）-介导的 InsP3R 失活。InsP3R 活性在糖尿病中增加，导致糖异生程序上调。由于 InsP3Rs 和钙调神经磷酸酶的肝脏下调改善了胰岛素抵抗中的循环葡萄糖水平，这些结果证明了 cAMP 和钙通路之间在 InsP3R 水平上的相互作用如何调节空腹条件下和糖尿病中的肝葡萄糖产生。

久光等人（2012）发现人 Na+/H+ 交换剂-1（NHE1 或 SLC9A1；107310）直接结合 CANA-CANB 二聚体中的 CANA，并促进人成纤维细胞中血清诱导的 NFAT 核易位和信号传导。NHE1 和 CANA 共定位于膜脂筏中，钙调神经磷酸酶活性在 pH 值升高时强烈增强。NHE1 诱导的 NFAT 信号需要 Na+/H+ 交换，表明 NHE1 可能通过增加局部膜微区的 pH 值来促进钙调神经磷酸酶-NFAT 信号。NHE1 的过表达还诱导原代大鼠心肌细胞中 NFAT 的核易位并诱导肥大信号传导。

▼ 测绘
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通过使用设计为选择性结合开放解读码组外显子 3 的探针分析人/仓鼠杂交细胞系的基因组 DNA，Giri 等人（1991）通过与 Southern 杂交发现 CALNA1 定位到 4 号染色体，而 CALNA2 定位到 10 号染色体。通过对体细胞杂交体的 Southern 分析，Wang 等人（1996）证实了 CALNA 基因分配到染色体 4 并使用符号 PPP3CA。

▼ 分子遗传学
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在6名无关患者发育和癫痫性脑病-91（DEE91; 617711），Myers等（2017）在 PPP3CA 基因（ 114105.0001 - 114105.0005 ）中鉴定了 5 个不同的从头杂合突变。患者是从几个大型孤立的神经发育障碍或癫痫患者队列中确定的（参见，例如，EuroEPINOMICS-RES Consortium 等人，2014 年和Zhu 等人，2015 年）; 通过外显子组测序发现突变并通过Sanger测序证实。有1个无义突变和4个错义突变，其中3个发生在催化域。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。然而，迈尔斯等人（2017）指出，钙调神经磷酸酶是神经末梢突触小泡循环的关键调节因子，并与 DNM1（ 602377 ）相互作用，表明该过程的破坏可能导致早发性癫痫和神经发育异常。在接受研究的 4,760 名患有神经发育障碍的先证者中发现了其中 5 人。

通过全外显子组测序，Mizuguchi 等人（2018）鉴定了 PPP3CA 基因中的 6 个杂合突变，包括催化域中的 3 个错义突变、1 个移码插入（ 114105.0006 ）和自身抑制域中的 2 个错义突变（ 114105.0007 - 114105.0008））。通过Sanger测序确认突变；除了 1 名催化结构域发生突变的患者外，父母双方都可用于研究，并且发现突变是从头发生的。使用酵母模型，鉴定了 2 种功能不同的突变类型：催化结构域的功能丧失突变（如钙调神经磷酸酶信号减弱所证明），以及自身抑制结构域的组成型激活突变（如钙调神经磷酸酶信号增加所证明）。催化域中的功能丧失突变和移码突变与 DEE91 相关，而自身抑制域中的功能获得性突变与关节弯曲、腭裂、颅缝早闭和智力发育受损相关（ACCIID; 618265）。

▼ 动物模型
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温德等人（1998）产生了在 CaMKII-α 启动子控制下过表达截短形式的鼠钙调神经磷酸酶 A-α 催化亚基的转基因小鼠。表达这种转基因的小鼠在海马体中显示出增加的钙依赖性磷酸酶活性。生理学研究和药理学实验揭示了海马 CA1 区域的长时程增强（I-LTP）新的中间阶段。这种 I-LTP 与 E-LTP（LTP 的早期组成部分）不同，它需要多个列车进行诱导并且依赖于 PKA（cAMP 依赖性蛋白激酶）。它还不同于 L-LTP（LTP 的后期成分），因为它不需要新的蛋白质合成。这些数据向Winder 等人提出了建议（1998）钙调神经磷酸酶作为 I-LTP 的抑制性约束被 PKA 解除，并且这种抑制性约束作为调节 L-LTP 突触诱导的门。

曼苏伊等人（1998）研究了Winder 等人产生的转基因小鼠（1998）过表达截短形式的钙调神经磷酸酶。这些小鼠具有正常的短期记忆，但在空间任务和视觉识别任务中都有明显的长期记忆缺陷，这为啮齿动物海马体在空间和非空间记忆中的作用提供了遗传证据。长期记忆的缺陷可以通过增加训练试验的次数来完全挽救，这向这些研究人员表明，小鼠具有长期记忆的能力。曼苏伊等人（1998）还分析了以调节方式（通过强力霉素抑制转基因）过度表达钙调神经磷酸酶的小鼠，发现记忆缺陷是可逆的，而不是由于发育异常。这些结果表明钙调神经磷酸酶在从短期记忆到长期记忆的转变中起作用。

钙调神经磷酸酶抑制剂环孢菌素 A 和 FK506 已被广泛用于评估钙调蛋白通路在啮齿动物心脏肥大模型中的重要性。为了研究更具体的抑制策略，De Windt 等人（2001）产生的转基因小鼠中表达任钙调磷酸酶结合蛋白1（CAIN，或CABIN1;钙调磷酸酶抑制性结构域604251）或A激酶锚定蛋白79（AKAP79，或AKAP5; 604688）。他们发现每一种都会部分减少儿茶酚胺和压力超负荷引起的心脏肥大。在成年大鼠心脏中，腺病毒介导的 CAIN 基因传递也减轻了超负荷引起的心脏肥大。这些不同的方法强烈暗示钙调神经磷酸酶是心肌细胞对病理生理刺激做出反应的机制的重要调节剂。

由于环孢菌素 A 和 FK506 在人类和动物模型中导致严重的骨质流失，Sun 等人（2005）检查了钙调神经磷酸酶在骨骼重塑中的作用。他们发现小鼠成骨细胞含有钙调神经磷酸酶 A 和 B 的所有亚型的 mRNA 和蛋白质。钙调神经磷酸酶 A-α 的过度表达导致成骨细胞分化标志物 Runx2（ 600211 ）、碱性磷酸酶（ALPL; 171760 ）、骨唾液蛋白（SPP1）的表达增强; 166490 ）和骨钙素（BGLAP; 112260），并且这种表达与完整颅骨培养物中骨形成的显着增强有关。钙调神经磷酸酶 A-α -/- 小鼠在 10 天的离体基质细胞培养物中表现出严重的骨质疏松症、显着降低的矿物质沉积率和减弱的集落形成。后者与成骨细胞标记基因表达的显着降低和对 FK506 的反应降低有关。孙等人（2005）得出结论，钙调神经磷酸酶通过对成骨细胞分化的影响来调节骨形成。

罗瑟梅尔等人（2001）通过工程转基因小鼠过表达编码富含肌细胞的钙调神经磷酸酶相互作用蛋白 1（MCIP1; 602917）的人类 cDNA 来抑制完整动物心脏中的钙调神经磷酸酶）在心脏特异性α-肌球蛋白重链启动子的控制下。在无压力的小鼠中，MCIP1 的强制表达导致心脏质量相对于野生型同窝仔鼠减少 5% 到 10%，但在其他方面没有产生明显的结构或功能异常。然而，MCIP1 的心脏特异性表达抑制了心脏肥大、胎儿基因表达的再诱导和扩张型心肌病的进展，否则该病是由组成性活性形式的钙调神经磷酸酶的表达引起的。MCIP1 转基因的表达也抑制了对β-肾上腺素能受体刺激或运动训练的肥大反应。这些结果表明，在正常心脏细胞中不产生明显有害影响的 MCIP1 水平足以抑制几种形式的心脏肥大。

海马依赖性突触可塑性和记忆存储的阈值被认为是由激酶 PKA 和磷酸酶钙调神经磷酸酶介导的蛋白质磷酸化和去磷酸化之间的平衡决定的。为了确定内源性钙调神经磷酸酶是否在这种平衡中起抑制作用，Malleret 等人（2001）检查了基因抑制钙调神经磷酸酶对可塑性和记忆力的影响。使用依赖强力霉素的反向四环素控制的反式激活系统在小鼠大脑中可逆地表达钙调神经磷酸酶抑制剂（CNA-α 的 C 端自抑制域），他们发现钙调神经磷酸酶活性的瞬时降低促进了长期增强（LTP）体外和体内。这种促进作用依赖于 PKA，并在体内持续数天。它伴随着增强的学习和增强的短期和长期记忆在几个海马依赖的空间和非空间任务中。LTP 和记忆力的改善被转基因表达的抑制完全逆转。这些结果表明内源性钙调神经磷酸酶限制了 LTP 和记忆。

▼ 等位基因变体（ 8 精选示例）：
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.0001 发育和癫痫性脑病 91
PPP3CA, GLN445TER
在一个7岁男孩的韩国和欧洲血统（病人EGI0251B1）发育和癫痫性脑病-91（DEE91;对617711），迈尔斯等人（2017）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合 c.1333C-T 转换（c.1333C-T, NM_000944.4），导致 gln445-to-ter（Q445X）取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 Exome Variant Server、1000 Genomes Project、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0002 发育和癫痫性脑病 91
PPP3CA, HIS92ARG
在12.5岁的男孩欧洲血统（病人lgsnd30299is1）发育和癫痫性脑病-91（DEE91;对617711），迈尔斯等人（2017）在 PPP3CA 基因中发现了一个从头杂合 c.275A-G 转变（c.275A-G，NM_000944.4），导致催化域中的 his92 到 arg（H92R）取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 Exome Variant Server、1000 Genomes Project、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0003 发育和癫痫性脑病 91
PPP3CA, ALA447THR
在发育和癫痫性脑病-91（DEE91; 21.5岁女子的德系和西班牙系血统（病人isrl69xx3）617711），迈尔斯等人（2017）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合 c.1339G-A 转换（c.1339G-A, NM_000944.4），导致 ala447 到 thr（A447T）取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 Exome Variant Server、1000 Genomes Project、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0004 发育和癫痫性脑病 91
PPP3CA, HIS281GLN
在发育和癫痫性脑病-91（DEE91;一个10岁的女孩毛利和欧洲的新西兰人血统（病人T26323）的617711），迈尔斯等人（2017）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合 c.843C-G 颠换（c.843C-G，NM_000944.4），导致催化域中的 his281-to-gln（H281Q）取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 Exome Variant Server、1000 Genomes Project、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0005 发育和癫痫性脑病 91
PPP3CA, GLU282LYS
在2名无关患者（个体5和6）有发育和癫痫性脑病-91（DEE91; 617711），Myers等（2017）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合 c.844G-A 转换（c.844G-A，NM_000944.4），导致催化域中的 glu282-to-lys（E282K）取代。通过全外显子组测序发现并通过 Sanger 测序确认的突变在 Exome Variant Server、1000 Genomes Project、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。一名患者是巴基斯坦裔，另一名是欧洲和德系犹太人的混血。

.0006 发育和癫痫性脑病 91
PPP3CA, 1-BP DUP, 1290C
在一个2岁的女孩（患者4）发展和癫痫性脑病-91（DEE91; 617711），谁最初被诊断为West综合征，水口等（2018）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合 1-bp 重复（c.1290dupC, NM_000944.4），导致移码（Met431HisfsTer20）。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序进行验证。

.0007 关节畸形、腭裂、颅缝和智力发育受损
PPP3CA、PHE470LEU
在一名患有关节弯曲、腭裂、颅缝早闭和智力发育受损（ACCIID, 618265 ）的5 岁女孩（患者 5 ）中，Mizuguchi 等人（2018）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合转变（c.1408T-C，NM_000944.4），导致 phe470 到 leu（F470L）在自身抑制域中的保守残基处被取代。该患者的表型与骨颅狭窄症（ 602361 ）有一些相似之处，后者由 FAM111A 基因（ 615292 ）突变引起，但外显子组测序数据显示该基因没有突变。

.0008 关节畸形、腭裂、颅缝和智力发育受损
PPP3CA, ALA473THR
在一名患有关节弯曲、腭裂、颅缝早闭和智力发育受损（ACCIID; 618265 ）的 7 岁男孩（患者 6 ）中，Mizuguchi 等人（2018）在 PPP3CA 基因中发现了一个 de novo 杂合转变（c.1417G-A，NM_000944.4），导致在自身抑制域中的保守残基处发生 ala473 到 thr（A473T）的取代。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序证实。