碳酐酶 I

碳酸酐酶（CA；碳酸盐脱水酶；碳酸盐水解酶；EC 4.2.1.1）形成编码具有重要生理意义的锌金属酶的基因大家族。作为二氧化碳可逆水合的催化剂，这些酶参与多种生物过程，包括呼吸、钙化、酸碱平衡、骨吸收以及房水、脑脊液、唾液和胃酸的形成（道奇森等人，1991 年）。CA 由 3 个孤立的 CA 基因家族成员编码，即 α-CA、β-CA 和 γ-CA（Hewett-Emmett 和 Tashian，1996）。α-碳酸酐酶家族中的基因编码活性碳酸酐酶同工酶或“无催化”（即，缺乏CO 2 水合活性）碳酸酐酶相关蛋白。α-碳酸酐酶在组织分布及其推定的或已建立的生物学功能方面表现出广泛的多样性。一些α-CA 在几乎所有组织中表达（例如，CA II, 611492），而一些表现出更受限的表达（例如，在唾液腺中的CA VI（ 114780 ））。在细胞中，它们可能存在于细胞质、线粒体或分泌颗粒中，或与细胞膜结合。

▼ 克隆与表达
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红细胞碳酸酐酶有2种同工酶，其氨基酸序列和比活性各不相同。B 和 C 是这两种主要形式的原始名称，后来分别称为 CA I（或 A）和 CA II（或 B；611492）。Tashian（1969）回顾了两种形式的红细胞碳酸酐酶的生化遗传学，它们受孤立的常染色体位点控制。

安德森等人（1972）指出 CA I 是人类红细胞中酶的主要形式。他们发现这种蛋白质由 260 个氨基酸组成。巴洛等人（1987）克隆人碳酸酐酶 I cDNA。

▼ 测绘
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CA I 和 CA II 在啮齿动物属 Cavia（ Carter, 1972 ）中相连，在旧大陆猴 Macaca nemestrina 中紧密相连（ DeSimone et al., 1973 ），在小鼠中紧密相连（ Eicher et al., 1976））。

在人-啮齿动物杂交研究中使用 CA1 基因的 cDNA 克隆，Butterworth 等人（1985）和Edwards 等人（1986）将 CA1 基因分配给 8 号染色体，它携带一组 CA 基因。

通过体细胞遗传技术和原位杂交，Davis 等人（ 1986 , 1987 ）将 CA1 和 CA3（ 114750 ）基因定位到 8q13-q22。通过脉冲场凝胶电泳，Lowe 等人（1991）确定基因的顺序是 CA2、CA3、CA1。CA2 和 CA3 相隔 20 kb，并以相同方向转录，远离 CA1。CA1 与 CA3 的距离超过 80 kb，并以与 CA2 和 CA3 相反的方向转录。洛等人（1991）得出的结论是，基因的排列与产生 CA1 的复制事件早于产生 CA2 和 CA3 的复制事件的提议一致。3 个基因的顺序与基于重组频率为小鼠建议的顺序不同。

▼ 基因结构
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Tashian（1992）回顾了碳酸酐酶的基因组织和进化关系。另见Hewett-Emmett 和 Tashian（1996）。

▼ 基因功能
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高等人（2007）对玻璃体液样本进行蛋白质组学分析，发现糖尿病视网膜病变患者（见603933）的 CA1 浓度分别比非糖尿病患者和无糖尿病视网膜病变的糖尿病患者高 15.3 倍和 8.2 倍。大鼠玻璃体内注射 CA1 会增加视网膜血管渗漏并引起视网膜内水肿。CA1 诱导的玻璃体碱化增加激肽释放酶（见147910）及其生成因子 XIIa（见610619）；补体1抑制剂（C1NH; 606860），中和抗体，以激肽释放酶原（KLKB1; 229000），以及缓激肽受体（参见600337）拮抗作用减少了 CA1 诱导的视网膜水肿。在大鼠中硬膜下输注 CA1 可诱导脑血管通透性。高等人（2007）得出结论，细胞外 CA1 通过激活前激肽释放酶来介导出血性视网膜和脑血管通透性。

▼ 分子遗传学
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通过淀粉凝胶电泳，Tashian 等（1963）检测到红细胞碳酸酐酶的遗传变异。

Carter 等人确定了几个 CA I 突变体中的氨基酸变化（1972）。摩尔等人（1973）证明了 CA I 和 CA II 变体的常染色体显性遗传。

Roychoudhury 和 Nei（1988）列出了等位基因变异的基因频率数据。

碳酸酐酶 I 缺乏症

在希腊伊卡利亚岛上的一个家庭中，Kendall 和 Tashian（1977）发现 3 人几乎完全缺乏红细胞碳酸酐酶 I，而另外 2 人被认为代表杂合状态的水平降低。在其中任何一个中都没有发现明显的血液学或肾脏后果。文塔等人（1987）报告了初步观察结果，包括对该家族的 CA I 缺陷成员的白细胞 DNA 进行限制性分析，这表明该缺陷不是由至少 1 部分基因的主要缺失引起的。瓦格纳等人（1991）和Tashian（1992）报告说，该家族的 CA I 缺陷成员在其 CA1 基因的外显子 7 中有一个错义突变（arg246-to-his；114800.0002）。替换高度保守的 arg246 是 CA I 缺陷的可能原因。

▼ 等位基因变体（ 2 精选示例）：
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.0001 碳酐酶 I，关岛
CA1, GLY253ARG
碳酸酐酶关岛用精氨酸代替甘氨酸（ Tashian and Carter, 1976 ）。大本等人（1981）确定了菲律宾内格里托斯的 CA-1 变种 CA-1（3N）与 CA-1（关岛）的身份；两者都在氨基酸 253 处用精氨酸取代了甘氨酸。

.0002 碳酐酶 I 缺乏
CA1, ARG246HIS
在Kendall 和 Tashian（1977）报道的 Icaria 家族中几乎完全没有红细胞 CA I 的健康成员中，Wagner 等人（1991）在 CA1 基因中发现了 arg246 到他的错义突变。