钙通道，电压相关，L 型，α-1D 子单元

电压敏感的 Ca（2+）通道在调节激素和神经递质释放、肌肉收缩和大量其他细胞功能方面发挥着重要作用。电压敏感的 Ca（2+）通道是多亚基蛋白。例如，在骨骼肌中，复合物有 4 个不同的亚基，即 α-1（170 kD）、α-2/δ（175 kD）、β（52 kD）和 γ（32 kD）。α-1 和 β 亚基是基因家族的成员；已经报道了编码 4 个结构相关的 α-1 亚基和 2 个 β 亚基的 cDNA（Tsien 等，1991）。α-1 亚基被称为骨骼肌、心脏、大脑和神经内分泌/大脑亚型。根据它们的动力学和药理学，已经描述了 4 种类型的 Ca（2+）电流。与骨骼肌、心脏和神经内分泌/大脑 α-1 亚基亚型相关的 Ca（2+）通道活动被二氢吡啶（DHP）药物抑制，表明这些代表 L 型电流。相比之下，脑亚型的活动不受二氢吡啶类药物的抑制，因此可能代表 P 型电流。

▼ 克隆与表达
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威廉姆斯等人（1992）从人神经母细胞瘤细胞系中分离出对应于人 α-1D 亚基的 cDNA。推导出的 2,161 个氨基酸的蛋白质的计算分子量为 245 kD。预测结构由 4 个重复结构域组成，每个结构域包含 5 个疏水片段。有选择性剪接的证据。

塞诺等人（1992）从编码人神经内分泌/脑型 α-1 亚基的胰腺 β 细胞中孤立分离出 cDNA。

白格等人（2011）观察到 Cacna1d 交替剪接外显子 8B 在来自成年小鼠耳蜗的 Corti 制剂的内毛细胞和器官中表达，而外显子 8A 很少或不存在。在小鼠窦房结制备物中发现了类似的表达模式。

▼ 测绘
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钦等人（1991）使用大鼠脑 cDNA 探针定位小鼠和人类基因组中神经元 DHP 敏感 L 型钙通道的 α-1 亚基。通过对中国仓鼠/小鼠体细胞杂交 DNA 的 Southern 分析，将该基因分配到小鼠 14 号染色体上。通过对来自亚种间杂交的 DNA 的 Southern 分析，它被定位到 Np-1 近端 7.5 cM 的位置。人类/啮齿动物体细胞杂交体的 Southern 分析表明 CCHL1A2 基因定位到人类 3 号染色体。由于近端小鼠 14 号染色体和人类 3p 之间的同源性，Chin 等人（1991）建议 CCHL1A2 基因可能在 3p 上。

通过荧光原位杂交，Seino 等人（1992）将 CACNL1A2 基因定位到 3p14.3。塞诺等人（1992）建议称为脑 L 型钙通道亚基的 α-1 亚基基因被Chin 等人对应到 3p（1991）实际上可能是神经内分泌/大脑异构体，而不是Mori 等人描述的大脑异构体（1991）。它对 DHP 敏感的事实支持了这一结论。

Gross（2016）根据 CACNA1D 序列（GenBank AF055575 ）与基因组序列（GRCh38）的比对将 CACNA1D 基因定位到染色体 3p21.1 。

▼ 基因功能
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通过对非洲爪蟾卵母细胞的研究，Williams 等人（1992）发现 α-1D 亚基介导 DHP 敏感、高电压激活、持久的钙通道活性。显著表达依赖于β-2的共表达（CACNB2; 600003）亚基和由α-2b的共表达增强（CACNA2D1; 114204）亚基。

自咬和其他自伤行为发生在许多疾病中。它们最常见于患有严重智力低下或自闭症的发育障碍个体。这些行为也发生在特定的神经遗传疾病中，例如 Lesch-Nyhan 综合征（ 308000 ）、Rett 综合征（ 312750 ）和神经棘细胞增多症（ 200150 ）。真纳等人（1999）研究了一种 L 型钙通道激活剂，该激活剂可响应去极化刺激增加钙通量，据报道它会在啮齿动物中产生特征性运动异常，包括自伤行为。真纳等人（1999）表明这种 L 型钙通道激动剂在某些条件下可靠地激发了小鼠的自咬和自伤行为。通过用二氢吡啶L型钙通道拮抗剂如硝苯地平预处理小鼠可以抑制由该试剂引起的自咬。然而，非二氢吡啶类拮抗剂（包括维拉帕米）不会抑制自咬行为。

达瓦雷等人（2001）发现 β-2 肾上腺素能受体（ 109690 ）与其最终效应器之一CACNA1D直接相关。该复合物还包含 G 蛋白、腺苷酸环化酶（参见103070）、cAMP 依赖性激酶（参见601639）和平衡磷酸酶 PP2A（参见605997）。达瓦雷等人（2001）使用海马神经元的电生理记录来证明从受体到通道的高度局部信号转导。这种信号复合物的组装提供了一种机制，可确保 G 蛋白偶联受体的特异性和快速信号传导。

彭纳茨等人（2002）证明了通过视交叉上神经元中的 L 型钙通道介导的钙电流的昼夜调节。这种电流极大地促进了膜电位自发振荡的产生，这种振荡在白天有选择地发生并且与尖峰产生紧密耦合。因此，Pennartz 等人（2002）得出的结论是，钙电流的昼夜调节是将分子钟的细胞内循环（昼夜节律）转换为自发放电率节律的核心步骤。

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游离 apoCaM（CALM1; 114180 ）的浓度。这种方法将定量的 CaM 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）发现 Ca（v）1.3（CACNA1D）和 Ca（v）1.4（ CACNA1F ; 300110 ）的长剪接形式）通道包括一个类似于酶竞争抑制剂的远端羧基尾巴，它重新调整了 apoCaM 的通道亲和力，这样自然的 CaM 变化就会影响 Ca（2+）反馈调制的强度。鉴于这些渠道无处不在，环境 CaM 水平和 Ca（2+）通道之间的联系对于 Ca（2+）稳态具有广泛的意义。

▼ 分子遗传学
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窦房结功能障碍和耳聋

在 2 个有窦房结功能障碍和耳聋的近亲巴基斯坦家庭（SANDD; 614896 ）中，Baig 等人（2011）确定了 CACNA1D 基因（ 114206.0001 ）中3 bp 插入的纯合性，该基因在两个家族中都与疾病分离。作者注意到这种人类通道病与 Cacna1d 基因敲除小鼠表型之间的惊人相似性。

原发性醛固酮增多症、癫痫和神经系统异常

肖尔等人（2013）对 100 名不明原因的早发性原发性醛固酮增多症的无关个体的候选基因 CACNA1D 进行了测序，并确定了 2 名具有 de novo 杂合性功能获得性错义突变的女孩，G403D（ 114206.0002 ）和 I770M（ 1104206 ）。除了高血压，两名患者都有癫痫发作和神经系统异常（PASNA；615474）。

肖尔等人（2013）在 CACNA1D 中发现了 5 个体细胞突变，其中 4 个改变 G403，1 个改变 I770，在 43 个没有 KCNJ5 突变的肾上腺醛固酮腺瘤（APA）中（ 600734 ）。改变的残基位于排列通道孔的 S6 段中。两种改变都会导致去极化程度较低的通道激活；G403 改变也会损害通道失活。肖尔等人（2013）得出的结论是，这些影响可能导致 Ca（2+）流入增加，这足以刺激肾上腺肾小球中醛固酮的产生和细胞增殖。

阿齐赞等人（2013）对 10 个肾小球带样 APA 进行了外显子组测序，并确定了 9 个在 ATP1A1（ 182310 ）中发生体细胞突变，编码 Na+/K+ ATPase α-1 亚基或 CACNA1D。ATP1A1 突变在生理条件下都会引起向内泄漏电流，而 CACNA1D 突变引起电压依赖性门控向更负电压的转变，抑制失活或增加电流。许多具有这些突变的 APA 直径小于 1 厘米，在传统的肾上腺成像中被忽略了。阿齐赞等人（2013）得出结论，识别该 APA 子集的不同基因型和表型可以促进诊断。

▼ 动物模型
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Platzer 等人（2000）产生了 Cacna1d 缺陷小鼠，这些小鼠在葡萄糖代谢没有重大干扰的情况下存活。由于耳蜗内毛细胞中完全没有 L 型电流以及外毛细胞和内毛细胞的退化，Cacna1d 缺陷小鼠耳聋。在野生型对照中，Cacna1d 介导的电流显示出低激活阈值和缓慢的失活动力学。心电图记录显示 Cacna1d 缺陷小鼠的窦房结功能障碍（心动过缓和心律失常）。作者得出结论，CACNA1D 可以形成 L 型钙通道，其负激活阈值对正常听觉功能和控制心脏起搏器活动至关重要。

▼ 等位基因变体（ 3 精选示例）：
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.0001 窦房结功能障碍和耳聋
CACNA1D，3-BP INS，1208GGG
在来自 2 个无血缘关系的巴基斯坦家庭的先天性耳聋和心动过缓（SANDD; 614896 ）的受影响个体中，Baig 等人（2011）在 CACNA1D 基因的可变剪接外显子 8B 中确定了 3 bp 插入（1208_1209insGGG）的纯合性，导致在进化高度保守的内孔的细胞质末端插入一个甘氨酸残基（403_404insGly）。结构域 1 中的内衬 S6 螺旋。突变的纯合性与两个家族中的疾病完全分离。转染的 tsA-201 细胞中的全细胞膜片钳记录表明突变通道无法传导 Ca（2+）电流并具有异常的电压依赖性门控。

.0002 原发性醛固酮增多症、癫痫和神经系统异常
CACNA1D, GLY403ASP
在一名 3 岁欧洲血统女孩中，原发性醛固酮增多症、癫痫发作和神经系统异常（PASNA；615474 ），Scholl 等人（2013）确定了 CACNA1D 基因外显子 8B 中从头 c.1208G-A 转变的杂合性，导致在通道孔内衬的 S6 区段内高度保守的残基处发生 gly403 至 asp（G403D）取代。该突变不存在于她未受影响的父母中，也未在 SNP 或外显子组数据库中报告。HEK293 细胞中的全细胞膜片钳记录显示 G403D 突变体的通道激活，其去极化电位低于野生型，并且失活受损。此外，还观察到 G403D 突变体的电流密度增加。

.0003 原发性醛固酮增多症、癫痫和神经系统异常
CACNA1D, ILE770MET
在一名患有原发性醛固酮增多症、癫痫发作和神经系统异常的 10 岁非洲裔美国女孩（ 615474 ）中，Scholl 等人（2013）确定了 CACNA1D 基因外显子 8A 中从头 c.2310C-G 颠换的杂合性，导致在通道孔内衬的 S6 区段内高度保守的残基处发生 ile770-to-met（I770M）取代。该突变不存在于她未受影响的父母中，也未在 SNP 或外显子组数据库中报告。HEK293 细胞中的全细胞膜片钳记录显示 I770M 突变体的通道激活，其去极化电位低于野生型。此外，观察到 I770M 突变体的电流密度增加。