KALIRIN; KALRN

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• 包含亨廷顿蛋白相关蛋白相互作用蛋白；HAPIP，包括
• DUO，包括
• 具有 DBL 同源性和 血小板-白细胞C 激酶底物 同源结构域的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括；包含二重唱

HGNC 批准的基因符号：KALRN

细胞遗传学位置：3q21.1-q21.2 基因组坐标（GRCh38）：3:124,033,340-124,726,324（来自 NCBI）

▼ 描述

Kalirin 是 Rho 家族小 GTP 结合蛋白的多域鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）（参见 165390）。表达包含不同功能域组合的多种 Kalirin 亚型，并且 Kalirin 在大脑发育过程中显示出复杂的表达模式（McPherson 等，2004）。Kalirin 在细胞骨架重塑、神经元树突棘形成以及突触结构和功能中发挥作用（Makrythanasis 等人总结，2016）。

▼ 克隆与表达

Colomer 等人使用以 HAP1（600947） 作为诱饵的酵母 2-杂交筛选（1997） 鉴定了 HAIP 或亨廷顿蛋白（613004） 相关蛋白相互作用蛋白的人脑 cDNA，他们将其称为 DUO，因为编码的蛋白与 TRIO（601893） 密切相关但比 TRIO（601893） 短。推导的 HAIP 蛋白含有 1,663 个氨基酸，与 Alam 等人发现的人 TRIO 相同性为 80.6%，与大鼠 Duo（PCIP10） 相同性为 98.5%（1996）与肽基甘氨酸α-酰胺化单加氧酶（PAM；170270）相互作用。DUO 包含一个 GEF 结构域、一个 血小板-白细胞C 激酶底物（PLEK; 173570） 同源（PH） 结构域和 4 或 5 个血影蛋白（参见 182790）样重复单元。Northern blot分析显示，大脑皮层、壳核、杏仁核、海马体中高水平表达了约7.0 kb和4.7 kb的2个大脑特异性mRNA，和尾状核以及脑干和小脑的较低水平。其中一些区域受到亨廷顿病的影响（143100）。

Alam 等人通过使用部分 Pcip10 cDNA 并使用 3-prime RACE 筛选大鼠海马 cDNA 文库（1997） 分离出全长 Pcip10 cDNA，他们将其命名为 kalirin，因为它能够与多种蛋白质及其类似血影蛋白的结构域（Kali，拥有许多手的印度教女神）相互作用。Kalirin 编码一种推导的 1,899 个氨基酸的酸性（pI 5.67） 胞质蛋白。

Kawai 等人通过搜索与 DAP 激酶（DAPK; 600831） 催化结构域具有相似性的 EST，然后筛选骨骼肌 cDNA 文库（1999） 克隆了 DUET，一种卡里林同种型（Johnson et al., 2000）。Northern 印迹分析检测到 DUET 在骨骼肌中表达，而在其他组织中几乎没有表达。表位标记的 DUET 与细胞骨架成分相关，在转染的小鼠成纤维细胞的不溶部分中发现。

麦克弗森等人（2002） 指出全长大鼠 kalirin 异构体 kalirin-12 包含 N 端 Sec14（参见 601504）样脂质结合基序、9 个血影蛋白样重复、2 个 Dbl（MCF2; 311030） 同源（DH）/PH GEF 结构域、2 个 SRC（190090） 同源 3（SH3） 结构域、1 个 Ig 样结构域、1 个纤连蛋白-1（FN1; 135600） 样（FN3） 结构域和 C 端丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域。人 HAIP/Duo 对应于大鼠 kalirin-7，其在 kalirin-12 的第一个 DH/PH GEF 结构域后被截短。人类 Duet 转录物在内含子 34 内以一个短的替代外显子开始，编码具有独特的 28 个氨基酸 N 末端的蛋白质，随后是第二个 DH/PH GEF 结构域和 kalirin-12 的 C 末端激酶结构域。另外两种大鼠亚型 Kalirin-8 和 -9 在 Kalirin-12 的第一个和第二个 SH3 结构域后被截短，分别。通过对人脑 cDNA 文库进行 PCR，McPherson 等人（2002）克隆人kalirin-12和kalirin-9；Kalirin-8 在人类中不表达。麦克弗森等人（2002）还在大鼠和人类中克隆了几种新的kalirin变体，包括含有kalirin-9和δ-kalirins独特的3-prime末端的Duet变体，它们在内含子10内起始，编码缺乏N端Sec14样基序和kalirin-12的前4个血影蛋白重复序列​​的蛋白质。δ-kalirins 可以以 kalirin-7、-8、-9 或 -12 的独特 3 素末端终止。人体组织的 RT-PCR 显示 kalirin-7、-9 和 -12 以及 δ-kalirin 主要在脑中表达。Kalirin-7在成人脑中表达较高，而kalirin-9和-12在胎儿脑中表达较高。除kalirin-7外，所有这些变异在脊髓和胎儿肝脏中均以较低水平表达或检测不到。相比之下，Duet 变体在脊髓和胎儿肝脏中的表达水平高于胎儿和成人大脑中的表达水平。

通过 EST 数据库分析，McPherson 等人（2004） 鉴定出含有替代第一外显子的人类 kalirin 转录本。外显子 1B、1C 和 1E 编码 23 至 25 个氨基酸的独特 N 端序列。外显子 1F 包含与外显子 2 符合读框的终止密码子，从而产生从外显子 4 中的起始密码子翻译而来的截短蛋白质。人体组织的 RT-PCR 检测到成人和胎儿大脑中外显子 1B、1C 和 1F 以及 δ 5 引物末端的表达。外显子1B和1C也在脊髓中表达，外显子1B在胎儿肝脏中表达。外显子 1B 是主要的 5 引物末端，未检测到外显子 1E 的表达。SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞系表达除1E之外的所有kalirin第一外显子。小鼠和大鼠基因组中不存在与人类外显子 1E 和 1F 相对应的序列。

▼ 基因功能

通过蛋白质印迹和免疫沉淀分析，Alam 等人（1997） 发现 kalirin 与 RAC1（602048） 结合，参与调节肌节蛋白组织、内吞作用、胞吐作用和自由基产生。在促肾上腺皮质激素肿瘤细胞中表达的 Kalirin 也增强了新合成的 PAM 的周转。与未转染的细胞或仅表达PAM的细胞相比，稳定表达kalirin和PAM的细胞产生更长和更多分支的神经突。

通过体外激酶测定转染的 COS-7 细胞表达的 DUET，Kawai 等人（1999）证明了自磷酸化。将 DUET 激酶亚结构域 II 中的保守赖氨酸替换为丙氨酸，可阻断 ATP 结合，从而导致无活性蛋白的表达。与 DAPK 不同，DUET 无法磷酸化肌球蛋白轻链（参见 160781）。

麦克弗森等人（2004）发现SH-SY5Y细胞中kalirin-7和-9、δ-kalirins和含有外显子1C的kalirins的表达根据所用培养基的类型而变化。视黄酸处理可诱导 SH-SY5Y 细胞中的神经元分化，增加 δ-kalirins 的表达，并减少带有外显子 1C 的 kalirins 的表达。其他 kalirin 转录物的表达不受培养基或视黄酸处理的影响。

费拉罗等人（2007） 表明，kalirin 和 Trio 的一些亚型与小鼠和大鼠神经内分泌细胞中的未成熟分泌颗粒共定位，并调节其货物分泌。其 N 端 GEF 结构域的过度表达增强了未成熟颗粒的分泌，在缺乏促分泌剂的情况下耗尽细胞的分泌物。该反应需要 GEF 活性，并由 kalirin/Trio 底物 Rac1（602048） 和 RhoG（179505） 模拟。内源性 GEF 活性的选择性药理学抑制减少了激素前体的不依赖于促分泌剂的释放，导致产物肽在成熟的分泌颗粒中积累。费拉罗等人。

马等人（2008） 指出，kalirin-7 包含 C 端 PDZ 结合基序，是成年大鼠海马中最常见的 kalirin 亚型。他们表明，kalirin-7 定位于突触后密度，与 Psd95（DLG4；602887）相互作用，并在大鼠锥体神经元中过度表达时导致树突棘的形成。在海马无刺中间神经元中，kalirin-7 水平较低，kalirin-7 定位于树突轴上兴奋性突触的突触后侧，并与 Psd95 和 NMDA 受体亚基 Nr1 簇共定位（GRIN1；138249）。选择性降低kalirin-7水平会降低海马中间神经元树突轴上Psd95阳性、巴松管（BSN；604020）阳性簇的密度。Kalirin-7 的过度表达增加了树突分支，并诱导沿着树突和正常无刺海马中间神经元的体细胞形成棘状结构。基本上所有响应 Kalirin-7 形成的棘状结构都与囊泡谷氨酸转运蛋白 1（SLC17A7; 605208） 阳性、巴松管阳性突触前末端相关，而 GAD（见 605363） 阳性、囊泡 GABA 转运蛋白（SLC32A1; 616440） 阳性抑制性末端不受影响。几乎每个 kalirin-7 阳性树突簇都含有 Psd95 以及 Nr1 和 AMPA 受体亚基 Glur1（GRIA1; 138248） 和 Glur2（GRIA2; 138247）。Kalirin-7 诱导形成脊柱样结构需要其 PDZ 结合基序，

蔡等人（2012） 表明，人 kalirin-7 以 HDAC6（300272） 依赖性方式促进核周 synphilin-1（SNCAIP; 603779） 内含物招募到聚集体中，并增加了 synphilin-1 内含物降解的敏感性。Kalirin-7 和 synphilin-1 彼此相互作用，并且两者也与 HDAC6 相互作用。所有 3 种蛋白质均充当共同复合物，并通过 Kalirin 介导的 HDAC6 脱乙酰化增加 synphilin-1 向聚集体的转运。

米勒等人（2017） 表明，编码具有 Sec14 结构域的大鼠 kalirin 亚型的转录本的表达是在 4 个备用启动子中的 1 个处启动的，从而产生具有初始外显子（1A、1B、1C 或 1D）的转录本，该外显子编码位于常见脂质结合 Sec14 结构域之前的短肽。PCR 分析表明，启动子的使用在大鼠大脑中受到发育调节，并且在外显子 1B 或 1C 处起始的转录物占了大部分 kalirin 转录物。kalirin-7 的两个亚群 bKal7 和 cKal7 分别由外显子 1B 和 1C 转录本编码，仅在 N 末端存在差异，并且均位于神经元的树突棘中。替代启动子的使用不影响kalirin-7的RacGEF活性，但影响其亚细胞定位及其促进大鼠海马神经元突触发生的能力。

▼ 基因结构

McPherson 等人（2002） 确定 KALRN 基因包含 60 个编码外显子，跨度超过 600 kb。内含子 10 包含一个内部起始位点，δ-kalirin 转录物从该位点起始。

麦克弗森等人（2004） 鉴定了 KALRN 基因的 4 个替代第一外显子，按 5-prime-1B-1E-1C-1F-3-prime 的顺序排列。外显子 1B、1E 和 1C 包含启动子区域和短编码序列。外显子 1F 位于紧邻外显子 2 的上游并与其相邻，并且包含启动子区域，但没有编码序列。由于外显子 1F 包含终止密码子，因此包含外显子 1F 的转录物是从外显子 4 中的起始密码子翻译的。启动子均不包含规范的 TATA 框，但外显子 1B 和 1C 包含富含 AT 的序列，这些序列可能充当 TATA 框。所有启动子都具有独特的转录因子结合位点。

▼

王测绘等（2007） 在一项与早发性冠状动脉疾病相关的染色体 3q 区域的精细绘图研究中，发现了位于染色体 3q13 的 KALRN 基因（CHDS5; 608901）。

▼ 分子遗传学

关联有待确认

有关 KALRN 基因变异与冠心病 5（608901） 易感性之间可能关联的讨论，请参阅 604605.0001。

有关 KALRN 基因变异与身材矮小常染色体隐性智力发育障碍之间可能关联的讨论，请参阅 604605.0002。

▼ 动物模型

VanLeeuwen 和 Penzes（2012） 发现，Kalrn 基因的 1 个或两个拷贝的丢失会导致成年晚期突变小鼠的认知、工作记忆和社会行为出现不同程度的损伤。这些表型异常与树突棘可塑性的扰动有关，因为突变小鼠的各个大脑区域的树突棘密度降低。

▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：.

0001 重新分类 - 意义未知的变异体
KALRN, GT（rs9289231）
该变异体原标题为“冠状动脉心脏病，易感性 TO, 5”，已根据 Hamosh（2019） 对 gnomAD 数据库的审查进行了重新分类。

在与早发性冠状动脉疾病（CHDS5; 608901） 相关的染色体 3q13 区域的峰全关联图谱研究中，Wang 等人（2007） 在所有检查的白色数据集中发现 KALRN 基因替代转录物 rs9289231 的第一个内含子中的单核苷酸多态性（SNP） 与早发性冠状动脉疾病存在显着关联（p = 0.05）。在对 332 名早发性冠状动脉疾病白人患者和 546 名对照者进行联合分析时，该 SNP 非常显着（P = 0.00008），优势比估计值为 2.1。此外，该 SNP 的风险等位基因与 145 个人类主动脉中的动脉粥样硬化负担相关（P = 0.03）。

Hamosh（2019） 在 gnomAD 数据库中发现，该变异以杂合状态存在于 31,378 个等位基因中的 4,328 个等位基因和 434 个纯合子中，等位基因频率为 0.1379（2019 年 11 月 27 日）。

.0002 意义不明的变异体
KALRN，THR1215LYS
该变异体被归类为意义不明的变异体，因为其对身材矮小常染色体隐性智力发育障碍的贡献尚未得到证实。

Makrythanasis 等人的 2 名同胞，由近亲埃及父母所生，患有常染色体隐性遗传性智力发育障碍且身材矮小（2016） 在 KALRN 基因中发现了纯合 c.3644C-A 颠换（c.3644C-A，NM_003947.4），导致第九个也是最后一个血影蛋白重复序列​​中的保守区域发生 thr1215 到 lys（T1215K） 的取代。该变异是通过纯合性作图和外显子组测序相结合发现的，并通过桑格测序证实，与该家族中的疾病分离：每个未受影响的父母和未受影响的同胞都是该变异的杂合子。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。患者年龄分别为 15 岁和 7 ，整体发育迟缓，伴有言语迟缓和孤立行走轻度迟缓。智商测量值分别为 58 和 68。其他特征包括肌张力低下、身材矮小、生长激素缺乏和骨龄延迟、头围小以及畸形特征，包括高额头、稀疏的眉毛和睫毛、下垂、突出的鼻子、低位的耳朵和异常的手掌折痕。脑部核磁共振检查正常。