钙通道，电压依赖性，T 型，α-1I 子单元； CACNA1I

KIAA1120

HGNC 批准的基因符号：CACNA1I

细胞遗传学位置：22q13.1 基因组坐标（GRCh38）：22:39,570,753-39,689,735（来自 NCBI）

▼ 说明

CACNA1I 基因编码 T 型电压激活钙通道 CaV3.3，它调节神经元兴奋性和神经元回路的节律活动（El Ghaleb 等人总结，2021）。

电压依赖性钙通道控制 Ca（2+） 快速进入多种细胞类型，因此参与电信号和细胞信号传导（Monteil 等人总结，2000）。 T 型通道，例如 CACNA1I，由小的膜去极化激活，可以产生突发放电和起搏器活动。

▼ 克隆与表达

Mittman 等人通过在数据库中搜索 T 型 α-1 序列，然后对大脑 cDNA 文库进行 PCR，得出了这一结论（1999）克隆了CACNA1I。推导的 2,016 个氨基酸的蛋白质显示出具有 4 个结构域的膜拓扑结构，每个结构域由 6 个跨膜片段、一个孔环以及细胞质和细胞外连接环组成。 N 和C 末端是细胞质的。假定的细胞外环包含 5 个潜在的 N-糖基化位点和 17 个半胱氨酸，可能有助于形成正确的蛋白质构象。长的细胞内域间环包含 28 个潜在的磷酸化位点。 CACNA1I 的跨膜片段与 CACNA1G（604065） 和 CACNA1H（607904） 的跨膜片段有 84% 相同。

Monteil 等人通过筛选数据库中与 α-1 钙通道亚基弱同源的序列，然后对大脑 cDNA 文库进行 PCR 检测（2000）克隆了CACNA1I。推导的 1,981 个氨基酸的蛋白质的计算分子量约为 220.8 kD。 Northern 印迹分析几乎只在大脑中检测到 10.5 kb 的转录本。 Northern 和 mRNA 斑点印迹分析检测到大多数受检查的单个大脑区域的表达，斑点印迹分析还检测到肾上腺和甲状腺的表达。

Gomora 等人通过使用大鼠 Cacna1i 作为探针筛选大脑 cDNA 文库，然后进行基因组序列分析和 PCR（2002） 克隆了 CACNA1I，他们将其称为 Ca（v）3.3。推导的 2,188 个氨基酸的蛋白质与 Mittman 等人报道的不同（1999） 和 Monteil 等人（2000），因为它具有含有亮氨酸拉链基序的 C 末端延伸。

▼ 基因功能

通过在人胚胎肾细胞中的功能表达，Monteil 等人（2000） 确定 CACNA1I 在比 CACNA1G 更高的正电压下被激活。 CACNA1I 转染的细胞中的激活和失活动力学比 CACNA1G 转染的细胞慢 6 倍，而失活动力学更快并且几乎没有电压依赖性。 CACNA1I 电流的其他特征包括失活恢复较慢、对 Ni（2+） 的敏感性较低以及通道电导较大。蒙泰尔等人（2000） 得出结论，CACNA1I 是一种具有独特通道特性的 T 型通道。

哥莫拉等人（2002） 确定全长 2,188 个氨基酸的 CACNA1I 蛋白和 2 个具有截短 C 末端的 CACNA1I 构建体显示出相似的通道激活、失活、失活和恢复动力学。主要区别在于，2,188 个氨基酸的蛋白质产生的电流是截短亚型的 2 倍。一小部分 CACNA1I 通道并不像低电压激活通道那样门控，而是需要更强的去极化才能打开。强去极化预脉冲增加了低电压门控通道的比例。 C 末端截短的 CACNA1I 亚型受前脉冲的影响较小。哥莫拉等人（2002） 得出结论，CACNA1I 与高压激活的 Ca（2+） 通道相似，去极化前脉冲可以调节其活性，并且其 C 末端在调节通道活性中发挥作用。

通过动作电位钳研究，Chemin 等人（2002） 发现瞬时转染人胚胎肾细胞后，CACNA1G、CACNA1H 和 CACNA1I 的生化特性存在显着差异。他们使用在分离的大鼠小脑浦肯野神经元和丘脑皮质中继神经元中记录的放电活动作为电压钳波形，表明CACNA1I电流有助于持续的电活动，而CACNA1G和CACNA1H电流产生短脉冲放电。凯明等人（2002） 假设每个 T 通道成孔亚基都表现出特定的门控特性，这些特性对神经元放电有独特的贡献，并且 CACNA1I 通道提供起搏器活动。

▼ 基因结构

米特曼等人（1999） 确定 CACNA1I 基因至少包含 36 个外显子，跨度超过 115 kb。外显子 1 未翻译。米特曼等人（1999） 指出选择性剪接发生在至少 2 个外显子中。哥莫拉等人（2002） 在 CACNA1I 基因中发现了一个额外的外显子，即外显子 37，它编码 C 末端延伸。

▼ 测绘

通过基因组序列分析，Mittman 等人（1999） 和 Monteil 等人（2000） 将 CACNA1I 基因定位到染色体 22q12.3-q13.2。哥莫拉等人（2002） 指出 CACNA1I 基因对应到染色体 22q13.1。

▼ 分子遗传学

El Ghaleb 等人在 3 名无亲属关系的儿童（P1、P5 和 P6）和 3 名受影响的家庭成员（家庭 2、P2、P3 和 P4）中发现，患有神经发育障碍、言语障碍、伴或不伴癫痫发作（NEDSIS; 620114）等人（2021） 发现了 CACNA1I 基因（608230.0001-608230.0004） 中的杂合错义突变。外显子组测序鉴定出突变后，通过 GeneMatcher 程序确定了患者。 gnomAD 数据库中不存在任何突变。患者 P1、P5 和 P6 中的突变被证明是 P1 和 P5 中从头发生的，并且 P6 的母亲中不存在突变，而 P6 的父亲无法进行检测。这些患者具有严重的表型，包括严重的整体发育迟缓、失语、肌张力低下、皮质视觉障碍和癫痫发作。相比之下，来自家庭 2 的 3 名患者（P2、P3 和 P4）的表型较轻，智力障碍较轻，只有 1 名患者出现迟发性癫痫发作。所有突变都影响各自跨膜螺旋细胞质末端的高度保守残基，这些残基构成通道激活门的一部分。转染突变的 HEK293 细胞的体外电生理学研究表明，它们不同程度地改变了通道的门控特性，导致激活时间增加、失活动力学降低以及激活电压依赖性左移，所有这些都与功能获得效应。进一步的研究表明，这些突变导致稳态以及去极化和复极化期间钙流入量不同程度地增加，这被认为会导致神经元过度兴奋并可能导致细胞毒性。埃尔·加莱布等人（2021） 表明神经元过度兴奋可能导致癫痫发作，而钙毒性可能是神经发育表型的基础。表型的严重程度与每种突变特有的电生理变化的程度相关（参见例如 I860N, 608230.0001 和 I860M, 608230.0002）。

▼ 等位基因变异体（4 个选定示例）：

.0001 伴有言语障碍和癫痫发作的神经发育障碍
CACNA1I、ILE860ASN

El Ghaleb 等人在一名患有神经发育障碍、严重智力障碍、言语障碍和癫痫发作的 8 岁女孩（患者 1）中进行了研究（NEDSIS; 620114）（2021） 在 CACNA1I 基因的外显子 14 中鉴定出从头杂合的 c.2579T-A 颠换（c.2579T-A, NM_021096.3），导致高度保守残基处的 ile860 到 asn（I860N） 取代位于跨膜 IIS6 的细胞质末端，形成通道激活门的一部分。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在 gnomAD 数据库中并不存在。转染该突变的 HEK293 细胞的体外电生理学研究表明，该突变显着改变了通道的门控特性，导致激活时间增加（与对照相比 3 倍）、失活动力学降低（与野生型相比 52%），并且激活电压依赖性左移（15.5 mV），所有这些都与功能增益效应一致。失活动力学也减慢。与另一个家族（家族 2）中发现的 I860M 突变（608230.0002） 相比，这些变化的幅度更大，这对应于患者 1 中观察到的更严重的表型。患者 1 患有严重的整体发育迟缓，伴有肌张力低下，没有运动能力里程碑、无认知发育、失语、皮质视觉障碍、喂养困难和婴儿期难治性肌阵挛癫痫发作。值得注意的是，T 型通道阻滞剂（乙舒酰亚胺）的靶向治疗改善了癫痫发作的控制。

.0002 伴有言语障碍且伴有或不伴有癫痫发作的神经发育障碍
CACNA1I、ILE860MET

El Ghaleb 等人在患有神经发育障碍和言语障碍的 3 名受影响家庭成员（家庭 2，患者 2-4）中，其中 1 人出现癫痫发作（NEDSIS; 620114）（2021） 在 CACNA1I 基因的外显子 14 中鉴定出杂合的 c.2580C-G 颠换（c.2580C-G，NM_021096.3），导致在跨膜螺旋 IIS6 的细胞质末端，形成通道激活门的一部分。该突变是通过外显子组测序发现的，与该家族中的疾病分离，并且不存在于 gnomAD 数据库中。转染该突变的 HEK293 细胞的体外电生理学研究表明，该突变显着改变了通道的门控特性，导致激活时间增加（与对照相比增加了 2 倍），失活动力学降低（与野生型相比为 87%），并且激活电压依赖性左移（8.1 mV），所有这些都与功能增益效应一致。失活动力学与野生型相似。与患者 1 中发现的 I860N 突变（608230.0001） 相比，这些变化的幅度没有那么大，这对应于在家庭 2 中观察到的较温和的表型。家庭 2 的母亲有轻度智力障碍，并在 58 岁时出现癫痫发作，而她的 2 个成年子女有中度智力障碍和言语迟缓，但没有癫痫发作。

.0003 伴有言语障碍和癫痫发作的神经发育障碍
CANCA1I、ILE1306THR

El Ghaleb 等人在一名 21 个月大的女孩（P5） 中进行了研究，该女孩患有神经发育障碍，伴有严重智力障碍、言语障碍和癫痫发作（NEDSIS; 620114）（2021） 在 CANCA1I 基因的外显子 22 中发现了一个从头杂合的 c.3917T-C 转换（c.3917T-C, NM_021096.3），导致在高度保守的残基处发生 ile1306 到 thr（I1306T） 的取代跨膜螺旋 IIIS5 的细胞质末端，形成通道激活门的一部分。该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。转染该突变的 HEK293 细胞的体外电生理学研究表明，它显着改变了通道的门控特性，导致激活时间增加、失活动力学降低以及激活电压依赖性左移（14.5 mV），所有这些与功能获得效应一致。该患者具有严重的表型，包括严重肌张力减退、失语、2周龄时癫痫发作、喂养困难和皮质视力障碍。

.0004 伴有言语障碍和癫痫发作的神经发育障碍
CANCA1I、MET1425ILE

El Ghaleb 等人对一名患有神经发育障碍并伴有严重智力障碍、言语障碍和癫痫发作的 8 岁男孩（P6）（NEDSIS; 620114） 进行了研究（2021） 在 CANCA1I 基因的外显子 25 中鉴定出杂合 c.4275G-A 转换（c.4275G-A，NM_021096.3），导致细胞质保守残基处的 met1425 至 ile（M1425I） 取代跨膜螺旋 IIIS6 的末端，形成通道激活门的一部分。该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。母亲体内不存在这种突变；父亲没有接受测试。转染该突变的 HEK293 细胞的体外电生理学研究表明，它显着改变了通道的门控特性，导致激活时间增加、失活动力学降低以及激活电压依赖性左移（13.7 mV），所有这些与功能获得效应一致。该患者具有严重的表型，包括言语缺失、喂养困难、肌张力低下、8 岁时行走、2 岁时癫痫发作、皮质视觉障碍以及脑成像显示胼胝体发育不全。