钙调蛋白 1

钙调蛋白是一种必不可少的钙感应信号转导蛋白。三个钙调蛋白基因 CALM1、CALM2（ 114182 ）和 CALM3（ 114183 ）具有独特的核苷酸序列，但编码具有 4 个 EF 手钙结合环的相同 149 个氨基酸的钙调蛋白。钙调蛋白的钙诱导的活化调节许多钙依赖性过程并调节心脏离子通道，包括CaV1.2功能（CACNA1C; 114205 ;），钠通道的（SCN5A 600163（RYR2;以及兰诺定受体）180902）（Boczek 等人的总结，2016 年）。

▼ 克隆与表达
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直到Sen Gupta 等人的研究（1987）仅报道了 1 种人钙调蛋白 cDNA。这些作者在人体内发现了第二个活跃转录的钙调蛋白基因的证据。钙调蛋白是磷酸化酶激酶的 δ 亚基，它有 3 种其他类型的亚基。尽管在人类中只发现了 1 种形式的钙调蛋白，但已分离出 3 种不同的人类 cDNA，它们编码相同的多肽（Koller 等人，1990 年；Pegues 和 Friedberg，1990 年）。存在 3 个可表达的钙调蛋白基因可能表明其中一个是看家基因，并且额外的拷贝被差异调节以调节钙调蛋白功能。

莱纳等人（1994）在所有测试的人体组织中检测到 CALM1 的表达，尽管水平不同。他们鉴定了 2 个不同的 CALM1 相关假基因。

Toutenhoofd 等（1998）发现所有 3 个 CALM 基因都在人类畸胎癌细胞中表达。CALM1 表达为主要的 1.7-kb 转录本和次要的 4.1-kb 转录本。CALM1 的转录活性至少比 CALM3 低 5 倍（ 114183 ）。

▼ 生化特征
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为了确定钙/钙调蛋白如何激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 I（CAMK1; 604998 ），Chin 等人（1997）描述了钙调蛋白突变体的 CAMK1 激活，在疏水残基上有取代。他们发现，CAMK1 的活性依赖于钙调素 C 端结构域内的met124 以及钙调素的 N 端疏水残基。

克雷辛格等人（1986）描述了钙调蛋白的晶体结构，分辨率为 3.6 埃。

舒马赫等人（2001）确定了与 KCNN2 结合的钙调蛋白的晶体结构（ 605879 ）。钙调素结合结构域形成一个细长的二聚体，两端结合有一个钙调素分子；每个钙调素环绕着 3 个 α 螺旋，其中 2 个来自 1 个钙调素结合域亚基，1 个来自另一个。

水肿因子是炭疽杆菌的外毒素，通过炭疽来源的转运蛋白、保护性抗原转运到宿主细胞中。与致死因子（见603060）一起，水肿因子对皮肤和全身性炭疽都有显着影响，并且是一种由 CALM1 激活的腺苷酸环化酶。鼓等（2002）描述了单独的水肿因子和水肿因子与 CALM1 和 3-prime-deoxy-ATP 的晶体结构。在钙调素结合时，15 kD 的水肿因子螺旋结构域会发生 15 埃的转录和远离水肿因子催化核心的 30 度旋转，这稳定了无序的环并导致酶激活。

▼ 基因结构
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莱纳等人（1994）发现 CALM1 基因包含 6 个外显子，分布在大约 10 kb 的基因组 DNA 中。外显子-内含子结构与CALM3相同。在 ATG 翻译起始密码子上游 200 bp 处鉴定了一组转录起始位点，并且在 5 引物侧翼区域以及内含子 1 中发现了几个推定的调控元件。鉴定了一个短的 CAG 三核苷酸重复区域在基因的 5-prime 非翻译区。

Toutenhoofd 等（1998）确定在 3 个 CALM 基因中，只有 CALM1 包含规范的 TATA 框。与 CALM3 一样，CALM1 的 5-prime 区域富含 GC。

▼ 测绘
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麦克弗森等人（1991）使用一组人类/啮齿动物体细胞杂交体来证明 CALM1 的 cDNA 探针定位于 14 号染色体，在 7 号染色体上有明显的交叉杂交，而在 X 染色体上则非常弱。14 号和 7 号染色体的分配证实了Scambler 等人的早期报告（1987）。麦克弗森等人（1991）暂时将 CALM2（ 114182 ）基因分配给 10 号染色体，但随后显示该基因位于 2 号染色体上。他们明确地将 CALM3 的 cDNA 探针分配给了 19 号染色体。与其他染色体没有明显的交叉杂交。钙调素假基因位于 17 号染色体上（Sen Gupta 等，1989）并且在其他几个染色体上可能有更多。贝希托德等人（1993）通过使用来自人类/仓鼠细胞杂交体的 DNA 作为模板对 CALM1 特异性序列进行基于 PCR 的扩增，将 CALM1 基因分配到 14 号染色体。使用基因内含子或侧翼部分的 CALM1 特异性 DNA 探针，通过原位杂交进行区域亚定位；发现区域定位是 14q24-q31。

▼ 基因功能
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为了了解调节每个 L 型钙通道的钙调素分子数量（参见114205）与了解每个通道局部钙信号的钙调素分子数量之间的关系，Mori 等人（2004）将 L 型钙通道与单个钙调素分子融合。这些嵌合分子表明单个钙调蛋白分子指导 L 型通道调节。类似的融合分子被用来估计钙通道附近的局部钙调蛋白浓度。这一估计表明局部钙调素显着富集，就好像附近的钙调素学校准备增强局部钙进入不同信号通路的转导。

荣格等人（2004）在 Munc13s 中鉴定了一个保守的钙调蛋白结合位点（见605836），这是突触小泡启动和突触功效的重要调节因子。他们表明，由钙调蛋白和 Munc13s 组成的 Ca（2+）传感器/效应复合物调节突触小泡启动和突触功效，以响应残留的 Ca（2+）浓度信号，从而在持续突触活动期间形成短期可塑性特征.

迪克等人（2008）表明 N 叶钙调素调节的空间钙离子选择性并非总是全局性的，而是可以通过通道氨基末端内的新型钙离子/钙调素结合位点（NSCaTE，用于 N 端空间钙离子转化元素）。本机 Ca（v）2.2 通道缺乏这种元素，并显示出具有全局选择性的 N 叶调节。在将 NSCaTE 引入这些通道后，空间钙离子选择性从全局分布到局部分布。鉴于这种影响，迪克等人（2008）检查了天然包含 NSCaTE 的 Ca（v）1.2/Ca（v）1.3 通道，发现它们的 N 叶选择性确实是局部的。该元素的破坏产生全局选择性，证实了 NSCaTE 的本机功能。因此，迪克等人（2008）得出结论，高级 Ca（v）1 和 Ca（v）2 通道亚型之间空间选择性的差异是由 NSCaTE 的存在或不存在来解释的。除了功能影响之外，NSCaTE 在通道氨基末端的位置表明钙调蛋白可以桥接通道的氨基末端和羧基末端。最后，NSCaTE 的模块化为理解全球钙离子选择性的基础提供了实用的方法。

刘等人（2010）结合电生理学来表征通道调节与光学荧光共振能量转移（FRET）传感器测定活细胞中的游离 apoCaM 浓度。这种方法将定量的钙调素生物化学从传统的试管环境转化为完整细胞内功能全通道的领域。从这个角度来看，刘等人（2010）中发现的Ca（V）1.3（CACNA1D;的该长剪接形式114206）和Ca（V）1.4（CACNA1F; 300110）通道包括一个远端羧基尾部，类似于一种酶竞争抑制剂，重新调整通道对 apocalmodulin 的亲和力，这样自然钙调蛋白变化会影响 Ca（2+）反馈调节的强度。鉴于这些渠道的普遍性，环境钙调素水平和 Ca（2+）通过渠道进入之间的联系对于 Ca（2+）稳态具有广泛的意义。

▼ 分子遗传学
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儿茶酚胺能多形性室性心动过速 4

在一个具有常染色体显性遗传儿茶酚胺能多形性室性心动过速（CPVT4; 614916 ）的瑞典 4 代大家族中，Nyegaard 等人（2012）确定了 CALM1 基因（N53I；114180.0001）中错义突变的杂合性，该突变与家族中的疾病完全分离，并且在 1,200 个对照中未发现。随后在一名 23 岁的伊拉克妇女中发现了 CALM1 的从头错义突变（N97S；114180.0002），该妇女在 4 岁时因跑步时心室颤动而出现心脏骤停史。两种替代都表明钙结合受到损害。

长 QT 综合征 14

在 3 名 QTc 间期显着延长和危及生命的室性心律失常（LQT14; 616247 ）的儿童中，Crotti 等人（2013）确定了 CALM1 基因中 de novo 错义突变的杂合性：D130G（ 114180.0003 ）和 F142L（ 114180.0004 ）。

在一个摩洛哥家庭中，在运动后的恢复阶段 QTc 间期轻度延长以及在生命的前 20 年中发生心室颤动，Marsman 等人（2014）确定了 CALM1 基因（F90L; 114180.0005 ）中错义突变的杂合性，该突变与家族中的疾病分离，在 500 名摩洛哥对照中未发现。

牧田等人（2014）指出，与 CPVT 相关的突变不会像与 LQTS 相关的突变那样损害钙亲和力。

博泽克等人（2016）对 38 名不相关的 LQTS 患者进行了全外显子组测序，这些患者的 14 个已知 LQTS 相关基因的突变为阴性，并确定了 3 名具有 CALM1 基因杂合突变的不相关患者，其中包括 2 名具有 F142L 突变的已故儿童（ 114180.0004 ） Crotti 等人此前曾报道过一名 14 岁的意大利男孩（2013）。

克罗蒂等人（2019）审查了来自国际钙调素病登记处和已发表文献的 74 名患者，这些患者在 CALM1、CALM2（ 114182 ）或 CALM3（ 114183 ）中有突变）基因（分别为 36、23 和 15 名患者）并且在其他心律失常易感基因中没有临床相关的致病变异。64 名（86.5%）患者出现症状，10 年累积死亡率为 27%。两种流行的表型是 LQTS（49%）和 CPVT（28%）；其他诊断包括特发性心室颤动（10%）、不明原因猝死（5%）和 LQTS/CPVT 的重叠特征（4%）。大多数变体（80%）影响 EF 手 Ca（2+）结合环 III 和 IV 上的氨基酸残基，其中几乎 90% 影响主要参与 Ca（2+）结合的 4 个残基中的 1 个（Asp、Asp、Asp/Asn 和 Glu，分别位于每个 12 残基循环开始的位置 1、3、5 和 12）。三个残基似乎是相对热点，分别是 N98S、D130G、和 F142L 分别在 10、5 和 4 个家族中鉴定。作者指出，主要位于 EF 手 III 和 IV 中的 LQTS 相关钙调蛋白变体在 Ca（2+）依赖的 L 型 Ca（2+）通道 Ca（v）失活中显示出强烈的显性负减少1.2（CACNA1C;114205 ），导致复极延迟然而，CPVT 相关变体的主要影响，主要位于 EF 手 III 或 EF 手 I-II 间接头，似乎是对 RyR2 的更高结合亲和力（ 180902 ），促进其开放构象并增加 Ca（2+）波的频率。作者补充说，由于所有 3 个钙调蛋白基因的突变可能会导致不同的表型，因此无法建立基因特异性的表型相关性。

与骨关节炎的关系

在 2 个孤立的日本人群中，共有 428 名骨关节炎（OA；165720 名）患者和 1,008 名对照者，Mototani 等人（2005）确定了髋关节 OA 与CALM1 基因中-16C-T 启动子 SNP（ rs12885713 ）之间的显着关联。功能分析表明-16T 等位基因在体外和体内降低了CALM1 转录。CALM1 在培养的软骨细胞和关节软骨中表达，在 OA 中表达增加。在软骨细胞中抑制 CALM1 会降低主要软骨基质基因 COL2A1（ 120140 ）和 AGC1（ 155760 ）的表达。元谷等人（2005）表明 CALM1 的转录水平可能通过调节软骨形成活性与髋关节 OA 的易感性相关。

▼ 动物模型
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自然选择下适应性辐射的经典教科书例子是达尔文雀科 14 种密切相关物种的进化，它们的主要多样性在于喙的大小和形状。每个物种喙的精确尺寸（长度、深度和宽度）对其生活方式和生存至关重要，环境的波动导致选择改变了具有各种喙形状的鸟类的相对成功率。这些进化过程在加拉帕戈斯群岛实时显现（Grant 和 Grant，2006 年）。阿布扎诺夫等人（2004）表明 BMP4 基因（ 112262）在小鼠的骨骼和软骨发育中发挥作用，在地雀深而宽的喙的胚胎发育过程中比在喙较窄的雀类的发育过程中表达更广泛。Abzhanov 等人通过对喙原基中表达的转录本进行 cDNA 微阵列分析来发现先前未知的基因和通路，这些基因和通路的表达与特定的喙形态相关（2006）发现钙调蛋白在仙人掌雀胚胎的长而尖的喙中的表达水平比在其他雀类胚胎的喙中高得多。他们进一步表明，当钙调蛋白依赖性通路的上调在小鸡额鼻隆突中人工复制时，它会导致上喙伸长，重现仙人掌雀的喙形态。结果表明，钙调素依赖性途径的局部上调可能是具有细长喙形态的达尔文雀科物种进化的一个组成部分，并为喙沿不同轴进化的孤立性提供了机械解释，例如，宽与细长. 更普遍，

▼ 历史
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Scambler 等人（1987）通过对体细胞杂交的研究，在染色体 7pter-p13 上鉴定了一个钙调蛋白样基因座，命名为 CALML1。根据地图和其他间接证据，Scott（2007）得出结论，该基因座是一个假基因（CALM1P2）。

▼ 等位基因变体（ 5 精选示例）：
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.0001 室性心动过速，儿茶酚胺多态性，4
CALM1, ASN53ILE
Nyegaard 等人在患有儿茶酚胺能多形性室性心动过速（CPVT4; 614916 ）的4 代瑞典大家族的 10 名受影响成员中进行了研究（2012）确定了 CALM1 基因外显子 3 中 161A-T 颠换的杂合性，导致在 Ca（2+）结合的第一个 α 螺旋内高度保守的残基处发生 asn53-to-ile（N53I）取代站点二。在未受影响的家庭成员或 1,200 名对照中未发现该突变。功能分析表明，与野生型相比，该突变体显着降低了 Ca（2+）亲和力。

.0002 室性心动过速，儿茶酚胺多态性，4
CALM1, ASN97SER
Nyegaard 等人在一名患有儿茶酚胺能多形性室性心动过速（CPVT4; 614916 ）的 23 岁伊拉克女性中（2012）鉴定了 CALM1 基因外显子 5 中从头 293A-G 转变的杂合性，导致高亲和力结合位点内高度保守的 Ca（2+）结合残基处的 asn97 到 ser（N97S）取代III 在钙调素 C 结构域中。在她未受影响的父母或 500 名丹麦对照者中未发现该突变，并且该患者的其他 8 个心律失常相关基因的突变为阴性。4岁时，患者在跑步时因心室颤动发生心脏骤停；她通过使用 β-1 肾上腺素能受体阻滞剂治疗而稳定下来。心电图（ECG）显示前导联有明显的 U 波，但没有长 QT 或 Brugada 综合征的证据。在 12 岁时，停药运动心电图显示心室异位，并伴有形态各异的对联和三联体，有时似乎是双向的。15 岁时，她再次心脏骤停，并接受了内部心脏除颤器（ICD）的植入。功能分析表明，与野生型钙调蛋白相比，该突变体已显着降低 Ca（2+）亲和力。此外，对于 N97S 突变体，钙调蛋白-RYR2（180902 ）相互作用在低细胞内 Ca（2+）浓度下有缺陷，并在中等至高 Ca（2+）浓度下恢复。

.0003 长 QT 综合征 14
CALM1, ASP130GLY
在一个意大利女孩和一个希腊男孩中，QTc 间期显着延长和早发性室性心律失常（LQT14；616247），Crotti 等人（2013）确定了 CALM1 基因中 A 到 G 转变的杂合性，导致 EF 手结构域 IV 中高度保守的残基被 asp130 到甘氨酸（D130G）取代。在 1,800 名欧洲白人对照或 dbSNP（build 130）、1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 Helmholtz 数据库中均未发现这两名患者从头发生的突变。功能分析表明，与野生型钙调蛋白相比，D130G 突变体的钙亲和力降低了 53 倍。

.0004 长 QT 综合征 14
CALM1, PHE142LEU
在一名 14 岁的意大利男孩中，QTc 间期显着延长，反复发作非持续性室性心动过速、T 波交替和因心室颤动引起的心脏骤停（LQT14；616247 ），Crotti 等人（2013）鉴定了 CALM1 基因中 C 到 G 颠换的杂合性，导致 EF 手结构域 IV 中高度保守的残基的 phe142 到 leu（F142L）取代。在 1,800 名欧洲白人对照或 dbSNP（build 130）、1000 Genomes Project、Exome Variant Server 或 Helmholtz 数据库中未发现该突变。功能分析表明，与野生型钙调蛋白相比，F142L 突变体的钙亲和力降低了 5 倍。该患者于 8 岁时被收养，超声心动图显示心脏解剖结构和收缩功能正常。

Boczek 等在 2 岁死亡的女孩和 1.25 岁死于 LQTS 的无关男孩中（2016）确定了 CALM1 基因中 F142L 突变（c.426C-G，NM_006888）的杂合性。突变似乎在两名患者中都是从头出现的。男孩的父母和女孩的母亲都没有携带这种突变，女孩父亲的 DNA 也无法获得。在她去世之前，女孩的超声心动图显示左心室收缩功能严重减弱，尸检显示心脏增大伴扩张和肥厚。

.0005 长 QT 综合征 14
CALM1, PHE90LEU
在运动后恢复阶段 QTc 间期轻度延长以及生命的前 20 年内发生心室颤动的摩洛哥家庭中（LQT14; 616247 ），Marsman 等人（2014）确定了 CALM1 基因中 c.268T-C 转变的杂合性，导致 EF-hand 结构域 II 和 III 之间高度保守的残基处的 phe90 到 leu（F90L）取代。该突变存在于母亲和 4 名受影响的同胞中，但未在未受影响的父亲、未受影响的同胞或 500 名摩洛哥对照中检测到。