碳酐酶 IV

碳酸酐酶（CA）是一类锌金属酶。有关 CA 系列的背景信息，请参阅114800。

CA IV 是一种糖基磷脂酰肌醇锚定膜同工酶，在肺（和某些其他）毛细血管的管腔表面和近端肾小管的管腔表面表达。CA IV 在 CA 同工酶中具有古老的进化地位。它在 CO2 和碳酸氢盐转移中具有重要的功能，并且可能在碳酸氢盐转移的遗传性肾异常中起作用（Okuyama 等人的评论，1993 年）。CA IV 负责碳酸化的味道。

▼ 克隆与表达
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CA IV 最初由Whitney 和 Briggle（1982）从牛肺中纯化为 52-kD 蛋白质。人类酶更小（35 kD）并且不包含可检测的 N-连接或 O-连接糖基化（ Zhu 和 Sly, 1990 ）。

奥山等人（1992）从肾脏 cDNA 文库中分离出人类 CA IV 的全长 cDNA。推导出的 CA IV 蛋白包含一个 18 个氨基酸的信号序列，一个 260 个氨基酸的区域，与 29-kD 细胞质 CA（例如，CA1，114800）显示 30% 到 36% 的相似性，以及一个额外的 27 个氨基酸 C -末端序列以 21 个氨基酸的疏水结构域结尾。

▼ 基因结构
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奥山等人（1993）分离了一个全长的 CA IV 基因组克隆。他们发现 9.5-kb 基因包含 8 个外显子和 7 个内含子。第一个外显子（外显子 1a）编码信号序列。外显子 7 编码酶前体的 C 端、成熟蛋白的 C 端以及对应于 cDNA 3 级非翻译区的 120 bp 序列。

▼ 基因功能
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CA IV 表达于肾单位某些节段的顶端表面（ Brown et al., 1990 ）、结肠顶端质膜和特殊毛细血管床的质膜，包括大脑皮层毛细血管（ Ghandour et al ., 1990 ） ., 1992 ）、眼睛的脉络膜毛细血管（ Hageman et al., 1991 ）、肺微血管系统（ Fleming et al., 1993 ）以及骨骼肌和心肌的微毛细血管（ Sender et al., 1994 ）。

弗莱明等人（1995）提供了 Northern 印迹数据，该数据表征了 CA IV 在大鼠胃肠道中的区域分布，与已知在肠道中表达的其他 CA 同工酶相比。他们证明 CA IV 是大鼠和人类下胃肠道中丰富的刷状缘酶。他们表示，这些发现与 CA IV 在远端小肠和大肠中广泛的铁和液体转移的参与一致。

在哺乳动物中，碳酸化会引起体感和化学反应，包括味觉神经元的激活。Chandrashekar 等人（2009）确定了碳酸化味道的细胞和分子底物。通过在特定的味觉受体细胞群中进行靶向基因消融和突触沉默，他们证明了酸感细胞（表达PKD2L1，604532）充当碳酸化的味觉传感器，并表明碳酸酐酶-4，一种糖基磷脂酰肌醇-锚定酶，作为主要的 CO（2）味觉传感器。Chandrashekar 等人（2009）得出的结论是，综合起来，他们的研究揭示了碳酸化味道的基础以及味觉细胞在对 CO（2）的感官反应中的贡献。

▼ 测绘
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通过对来自人类/啮齿动物体细胞杂交体的 DNA 使用 PCR，Okuyama 等人（1993）将 CA4 基因分配到 17 号染色体。他们通过原位杂交确认并区域化了对 17q23 的分配（早先分配给第 16 号染色体的一个名为 CA4 的不同基因实际上是 CA7（ 114770 ）。）

▼ 分子遗传学
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待确认的关联

有关视网膜色素变性（参见268000）与 CA4 基因变异之间可能关联的讨论，请参见114760.0002和114760.0003。

▼ 动物模型
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沙阿等人（2005）产生了 Ca4-、Ca14（ 604832 ）- 和 Ca4/Ca14-null 小鼠。尽管 Ca4 或 Ca14 敲除导致小鼠存活，但 Ca4 缺失小鼠，尤其是雌性小鼠，其产生的数量比预测的要少。Ca4/Ca14 缺失小鼠的产生数量也比预测的少，体型比野生型小鼠小，许多雌性在 10 个月大之前死亡。对敲除小鼠海马切片的电生理学研究表明，在没有另一个 CA 的情况下，任一 CA 都可以在海马切片的突触传递后介导缓冲，但消除两者都显着降低了海马 pH 调节。沙阿等人（2005）得出的结论是 CA4 和 CA14 都有助于 CNS 中的细胞外缓冲，尽管 CA4 在海马中似乎更重要。

▼ 等位基因变体（ 3 个选定的例子）：
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.0001 重新分类 - 意义未知的变体
CA4, ARG14TRP
这种变体，以前称为 RETINITIS PIGMENTOSA 17，已根据de Bruijn 等人的报告重新分类（2020），在Bardien 等人报告的南非家庭中发现了视网膜色素变性 17（RP17）（1995）和Bardien 等人（1997 年）作为一种连续的基因疾病（见600852），瑞典北部健康对照中该变异的群体频率为 4%（Golovleva 等人，2010 年；de Bruijn 等人，2020 年）。

在Bardien 等人先前报道的 2 个南非大型无关家庭的 24 名受影响成员中，患有色素性视网膜炎（1995）和Bardien 等人（1997） , Rebello 等人（2004）鉴定了 CA4 基因外显子 1a 中的 40C-T 转换，导致 arg14 到 trp（R14W）取代。突变发生在基因的信号序列中相对于信号序列切割位点的位置-5。发现该突变与疾病表型共分离，并且在 36 个未受影响的家庭成员或 100 个对照中未发现。R14W 突变 cDNA 在 COS-7 细胞中的表达表明突变（1）由于合成减少和周转加速的组合使碳酸酐酶 IV 活性的稳态水平降低了 28%；（2）导致免疫球蛋白重链结合蛋白（BiP; 138120 ）、双链 RNA 调节蛋白激酶样 ER 激酶（PERK; 604032）的上调）, 和 CCAAT 增强子结合蛋白同源蛋白（CHOP; 126337 ），未折叠蛋白反应和内质网应激的标志物；（3）诱导细胞凋亡，如膜联蛋白 V（ 131230 ）结合和末端脱氧核苷酸转移酶介导的 dUTP 缺口末端标记染色所证明，在大多数表达突变体而非野生型蛋白质的细胞中。雷贝洛等人（2004）表明，脉络膜毛细血管内皮细胞中突变等位基因的高水平表达导致细胞凋亡，进而导致上覆视网膜缺血并产生常染色体显性视网膜色素变性。

在一个大白种人家庭的 13 名受影响成员中，RP 被发现是Bardien 等人报告的南非家庭的一个分支（1995），杨等人（2005）确定了 R14W 突变的杂合性。

脉络膜毛细血管从视网膜和视网膜色素上皮（RPE）中有效去除酸负荷的机制尚不清楚。杨等人（2005）表明 CA4 和 NBC1（SLC4A4; 603345 ）的功能复合物在脉络膜毛细血管中特异性表达，并且 R14W 和 R219S（ 114760.0002 ）突变破坏了 NBC1 介导的 HCO3 转运。作者指出，功能性 CA4 对光感受器存活的重要性意味着广泛用作药物的 CA 抑制剂，特别是在青光眼的治疗中，可能对视力产生长期的不利影响。

.0002 重新分类 - 意义未知的变体
CA4、ARG219SER
这种变体，以前称为 RETINITIS PIGMENTOSA 17，已根据de Bruijn 等人的报告重新分类（2020），它在 22 个家庭中提供了令人信服的证据，证明视网膜色素变性-17（RP17; 600852 ）是一种连续的基因疾病。

通过对患有色素性视网膜炎的欧洲家庭的 CA4 基因进行测序，Yang 等人（2005）鉴定了 CA4 基因外显子 7 中 CA 颠换的杂合性，导致保守残基中的 arg219 到 ser（R219S）取代。在 1,000 条对照染色体中未发现该突变。生化分析表明，该突变蛋白是无酶活性的。

.0003 重新分类 - 意义未知的变体
CA4, ARG69HIS
这种变体，以前称为 RETINITIS PIGMENTOSA 17，已根据de Bruijn 等人的报告重新分类（2020），它在 22 个家庭中提供了令人信服的证据，证明视网膜色素变性-17（RP17; 600852 ）是一种连续的基因疾病。

Alvarez 等人来自 96 名患有单纯性和常染色体显性遗传色素性视网膜炎的中国患者队列（见268000）（2007）鉴定了一名 11 岁男孩，他是 CA4 基因外显子 3 中 206G-A 转换的杂合子，导致 arg69 到他的（R69H）替换。该突变损害了酸负荷后NBC1（ 603345 ）介导的 pH 恢复。未报告分离分析，但在 432 条种族匹配的对照染色体中未发现突变。