氯离子通道 3； CLCN3

CLC3

HGNC 批准的基因符号：CLCN3

细胞遗传学位置：4q33 基因组坐标（GRCh38）：4:169,620,578-169,723,673（来自 NCBI）

▼ 说明

CLCN3 基因编码氯（Cl-）通道和转运蛋白，驻留在内体/溶酶体系统的细胞内囊泡上，并介导 2Cl-/H+ 交换，从而支持管腔酸化（Duncan 等人总结，2021）。

▼ 克隆与表达

博尔萨尼等人（1995）描述了人类基因（CLCN3）及其小鼠同源基因（Clcn3）的分离和表征，其与电压门控氯离子通道家族成员 CLCN1（118425）和 CLCN4（302910）具有显着的序列和结构相似性。发现 CLCN3 基因主要在神经外胚层来源的组织中表达。在大脑中，Clcn3 的表达在海马、嗅皮层和嗅球中尤其明显。CLCN3编码760个氨基酸的蛋白质，与Clcn3编码的蛋白质仅存在2个氨基酸残基不同。CLCN3 蛋白还与 GEF1 高度相似，GEF1 是酿酒酵母的一种整合膜蛋白，已知参与呼吸和铁限制细胞生长，并且与来自霉菌壳针孢（Septoria nodorum）的 DNA 序列的预测蛋白产物也具有高度相似性。远缘物种中序列的高度保守表明该基因在整个进化过程中保留了基本功能。

▼ 测绘

Borsani 等人通过分析含有不同人类染色体的人类/啮齿动物杂交体的基因组 DNA。Mills 等（1995）将 CLCN3 基因对应到人类 4 号染色体上（1996）将 CLCN3 基因对应到人类 4q32 和小鼠 8 号染色体。Taine 等人使用 FISH、CEPH 家族连锁分析以及与 YAC 组合的杂交（1998）得出结论，该基因位于带 4q33。

▼ 分子遗传学

伴有肌张力低下和大脑异常的神经发育障碍

Duncan 等人在 9 名患有神经发育障碍、肌张力低下和大脑异常的无关患者中（NEDHYBA; 619512）（2021）鉴定了CLCN3基因中的从头杂合错义变体（参见，例如，I607T，600580.0001和T570I，600580.0002）。这些突变是通过外显子组测序发现的，但在 gnomAD 数据库中并不存在。在不同的临床或研究环境中发现变异后，通过国际合作确定了这些患者。爪蟾卵母细胞的电生理学研究表明，与野生型相比，2 种错义变体（I607T 和 T570I）降低了电压依赖性电流整流。I607T 的电流幅度也降低，并且 I607T 和 T570I 都降低或没有大的瞬态电流。其他体外研究表明，I607T 和 T570I 在晚期内体的酸性 pH 下引起内向电流增加，这可能是由于反馈机制或门控过程中的缺陷造成的。相比之下，测试的另外 2 个错义变体（V772A 和 A413V）具有与野生型相似的电流幅度和校正。邓肯等人（2021）指出，尽管某些变异观察到的电生理改变的生物学后果仍不清楚，但错义变异可能会导致功能获得效应。携带 I607T 突变的患者具有最严重的表型，并在 23 天时死亡，这表明可能存在基因型/表型相关性。没有对患者细胞进行研究。

伴有癫痫发作和大脑异常的神经发育障碍

Duncan 等人在 2 名患有神经发育障碍（伴有癫痫发作和大脑异常）的同胞（第 10 个家庭）中（NEDSBA；619517）（2021）在 CLCN3 基因（600580.0003）中发现了纯合移码突变。通过外显子组测序发现的突变与疾病分离；每个未受影响的亲本都是该突变的杂合子。它不存在于 gnomAD 数据库中。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但预计会导致功能丧失。作者注意到与 Clcn3 纯合缺失小鼠的表型相似性（参见动物模型）。

▼ 动物模型

CLCN3被认为介导肿胀激活的质膜电流，但Stobrawa等人（2001）表明这种广泛表达的氯离子通道存在于神经元的内体区室和突触小泡中。虽然 Clcn3 被破坏的小鼠中肿胀激活电流没有变化，但突触小泡的酸化受到损害，并且视网膜和海马体出现严重的出生后退化。对幼年海马切片的电生理分析显示，尽管微型兴奋性突触后电流的幅度略有增加，但没有重大功能异常。几乎缺乏海马体的小鼠能够存活并表现出一些行为异常，但仍然能够获得运动技能。Clcn3 -/- 小鼠在所有年龄段都比其同窝小鼠小，除了出生后不久。尽管总体死亡率较高，Clcn3 -/- 小鼠仍存活了一年多。成年基因敲除小鼠的海马结构几乎完全丧失并不是由于早期发育缺陷，而是由出生后约两周开始的选择性退化引起。Clcn3 -/- 小鼠由于严重的视网膜变性而失明，导致出生后第 28 天光感受器完全丧失。免疫组织化学显示 Clcn3 集中于内丛状层和外丛状层，即突触连接区域。总之，Stobrawa 等人（2001）表明 CLCN3 是细胞内氯离子通道。它还存在于突触小泡上，有助于突触小泡的酸化。Clcn3 敲除小鼠的表型强烈表明 CLCN3 并不是突触小泡的唯一氯离子通道，Stobrawa 等人（2001）认为其他 CLC 渠道可能具有类似的作用。

为了确定 CLC3 的生理作用，Yoshikawa 等人（2002）通过靶向基因破坏产生了 Clc3 缺陷小鼠 Clcn3 -/-。除了发育迟缓和较高的死亡率外，无效小鼠还表现出神经系统表现，例如失明、运动协调缺陷和自发性过度运动。在组织学分析中，无效小鼠表现出视网膜、海马和回肠粘膜进行性退化的模式，这类似于在组织蛋白酶 D（CTSD; 116840）敲除小鼠中观察到的表型。组织蛋白酶 D 的缺陷导致绵羊先天性溶酶体贮积病并伴有严重的神经变性（Tyynela 等，2000）。该缺陷导致含有线粒体 F1F0 ATP 酶亚基 C（603192）的蜡质脂褐素在溶酶体中积聚。在免疫组织化学和蛋白质印迹分析中，Yoshikawa 等人（2002）发现亚基 C 在无效小鼠的溶酶体中大量积累。此外，他们检测到无效小鼠的内体 pH 值升高。结果表明，在无效小鼠中观察到的神经变性是由降解细胞蛋白的机制异常引起的，并且与神经元蜡样脂褐质沉着症（CLN1；256730）的表型相关。内体pH升高可能是CLN1发病机制的重要因素。

▼ 等位基因变异体（3 个选定示例）：

.0001 伴有肌张力减退和大脑异常的神经发育障碍
CLCN3、ILE607THR

Duncan 等人发现，一名患有神经发育障碍、肌张力低下和大脑异常的女婴（P8）（NEDHYBA；619512）在 23 天时死亡（2021）鉴定了 CLCN3 基因中的从头杂合 c.1820T-C 转变（c.1820T-C，NM_173872.3），导致 ile607 到 thr（I607T）取代。该变体是通过外显子组测序发现的，但在 gnomAD 数据库中不存在。对转染该突变的非洲爪蟾卵母细胞的体外电生理学研究表明，与对照组相比，该突变会导致电流幅度降低、电流整流受损、瞬态电流缺失以及低 pH 下电流增加。然而，在转染突变的 HEK293 细胞中进行的类似研究显示出不同的结果（振幅增加和正常校正），表明功能特性取决于表达系统。总体而言，该变异引起的电生理异常与功能获得一致。没有对患者细胞进行研究。

.0002 伴有肌张力减退和大脑异常的神经发育障碍
CLCN3、THR570ILE

Duncan 等人在 2 名患有神经发育障碍、肌张力低下和大脑异常（NEDHYBA；619512）的无关女孩（P6 和 P7）中进行了研究（2021）鉴定了 CLCN3 基因中的从头杂合 c.1709C-T 转换（c.1709C-T，NM_173872.3），导致 thr570 到 ile（T570I）取代。该变体是通过外显子组测序发现的，但在 gnomAD 数据库中不存在。对转染突变的细胞进行的体外电生理研究表明，它改变了某些电流特性，与功能获得最为一致。没有对患者细胞进行研究。

.0003 伴有癫痫发作和大脑异常的神经发育障碍（1 个家族）
CLCN3、4-BP DEL、NT336

Duncan 等人在 2 名患有神经发育障碍（伴有癫痫发作和大脑异常）的同胞（第 10 个家庭）中（NEDSBA；619517）（2021）在 CLCN3 基因中发现了一个纯合 4-bp 缺失（c.336_339del, NM_173872.3），导致移码和提前终止（Lys112AsnfsTer6）。通过外显子组测序发现的突变与疾病分离；每个未受影响的亲本都是该突变的杂合子。它不存在于 gnomAD 数据库中。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究，但预计会导致功能丧失。