钙通道，电压依赖性，α-1F 子单元； CACNA1F

HGNC 批准的基因符号：CACNA1F

细胞遗传学位置：Xp11.23 基因组坐标（GRCh38）：X:49,205,063-49,233,340（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

人类 Xp11.23-p11.22 区间与多种遗传性疾病有关。费舍尔等人（1997） 指出，在构建跨越该区域的 YAC 重叠群时，发现突触素基因（SYP; 313475） 周围的 Xp 区域难以在 YAC 中克隆，但在粘粒中高度稳定。对粘粒的初步分析表明编码序列密度很高，并促使对含有 SYP 的粘粒进行完整测序。费舍尔等人（1997） 除了完整 SYP 编码区的 7 个外显子之外，还鉴定了组织成 3 个基因的 29 个推定外显子，所有外显子都映射在 44 kb 间隔内。有两个基因是新的：一个（CACNA1F）与钙通道的 α-1 亚基具有高度同源性（参见 CACNA2；114204），而另一个（LMO6；300111）编码的产物与 LIM 结构域蛋白具有显着相似性。 RT-PCR 和 Northern 印迹研究证实这些基因座确实被转录。第三个基因座（A4；300112）先前已被描述，但未定位于特定的染色体位点。该区域的 GC 含量较高（超过 53%），Fisher 等人（1997） 确定了与 SYP、A4 和 LMO6 的 5 素数末端相关的 CpG 岛。

内勒等人（2000） 克隆了小鼠 Cacna1f 基因。推导的 1,985 个氨基酸的通道蛋白与 1,977 个氨基酸的人类蛋白具有 90% 的同一性，功能域之间几乎完美的保守性，并且跨膜片段内只有一个氨基酸取代。几种小鼠组织的 RT-PCR 仅在眼睛中检测到 Cacna1f 表达。原位杂交在小鼠视网膜的外核层、内核层和神经节细胞层中检测到Cacna1f。

▼ 基因功能

为了研究 L 型钙通道 CACNA1F 的电生理学和药理学特性，Baumann 等人（2004） 从小鼠视网膜中克隆并功能表达了完整的 Cacna1f cDNA。数据表明CACNA1F构成视网膜L型钙电流的主要分子相关物。其固有的生物物理特性，特别是其独特的失活特性，使其能够在光感受器突触释放强效谷氨酸所需的电压范围内提供持续的钙电流。

刘等人（2010） 结合电生理学来表征通道调节与光学荧光共振能量转移传感器测定活细胞中游离脱钙调蛋白（CALM1; 114180） 浓度。这种方法将定量钙调蛋白生物化学从传统的试管环境转化为完整细胞内功能全通道的领域。从这个角度来看，刘等人（2010） 发现 Ca（V）1.3（CACNA1D; 114206） 和 Ca（V）1.4（CACNA1F） 通道的长剪接形式包括远端羧基尾，类似于酶竞争性抑制剂，可重新调整通道对脱钙调蛋白的亲和力，从而使天然钙调蛋白变化影响 Ca（2+） 反馈调制的强度。鉴于这些通道的普遍存在，环境钙调蛋白水平与通过通道的 Ca（2+） 进入之间的联系对于 Ca（2+） 稳态具有广泛的意义。

▼ 测绘

费舍尔等人（1997） 确定 Xp11.23-p11.22 区间中的基因座顺序为 Xpter-A4-LMO6-SYP-CACNA1F-Xcen，基因间距离范围为约 300 bp 至约 5 kb。该区域转录序列的密度（超过 80%）与基因高度丰富的条带 Xq28 中发现的转录序列密度相当。

内勒等人（2000） 将小鼠 Cacna1f 基因定位到 X 染色体的一个区域，该区域显示出与人类染色体 Xp11.23 同线性的同源性。

▼ 分子遗传学

不完全先天性静止性夜盲症，2A 型

Strom 等人对 13 个不完全型 X 连锁先天性静止性夜盲症（CSNB2A; 300071） 家族进行了突变分析（1998）在10个家族中鉴定出9种不同的突变，其中包括3种无义突变和1种移码突变。同样，通过对 20 个不完全 CSNB 家系的 CACNA1F 基因进行突变分析，Bech-Hansen 等人（1998） 发现了 6 种不同的突变，所有这些突变都预测蛋白质过早截断。

抵制等人（2001）总结了在 36 个不完全 X 连锁先天性静止性夜盲症家庭中发现的 20 个 CACNA1F 突变。其中三种突变导致 2 个或更多家族中不完全 CSNB，并且其中一种突变可证明创始人效应。在确定的 20 个突变中，预计 14 个（70%） 会导致蛋白质过早截短，6 个（30%） 会导致 α-1F 蛋白质保守位置的氨基酸取代或缺失。

伍兹等人（2002）报道了根据ERG数据和暗适应测试，对诊断为不完全型X连锁先天性静止性夜盲症的34个无关病例（33个家庭和1个散发病例）的CACNA1F基因的48个外显子进行了全面突变分析。其中十个家族之前已被部分表征（Strom 等人，1998）。这些患者来自德国（32 人）、比利时人（1 人）和法国人（1 人）。还对 2 名患有奥兰岛病（300600） 相关表型的患者进行了突变分析。在 33 名患者、31 名 CSNB2 家族病例和 2 名具有 AIED 样表型的患者中总共鉴定出 30 种不同的突变（其中 20 种是新的）。对 AIED 样表型的重新评估表明患者的症状完全相容。 CSNB2 的眼部检查结果。突变均匀分布在整个基因序列上，包括 13 个错义、8 个无义、5 个剪接位点、3 个缺失和 1 个插入突变。在光感受器变性小鼠品系中进行的 RT-PCR 实验表明，Cacna1f 基因不仅在光感受器中表达，还在外核、内核和神经节细胞层中表达。

中村等人（2003） 描述了 2 位日本兄弟患有视网膜和视神经盘萎缩，并且随着年龄的增长，视功能逐渐下降。尽管这些临床特征对于不完全性 CSNB 患者来说是非典型的，但这两名患者都存在 CACNA1F 基因外显子 4 缺失和插入的框内突变。在这两名患者中，明亮的闪光、混合杆状锥体 ERG 呈阴性构型，这是不完全 CSNB 的特征。然而，全视野暗视和明视 ERG 无法记录，表明存在严重的弥漫性视网膜功能障碍，这不是不完全 CSNB 的典型特征。这些发现强调了不完全 CSNB 的表型变异。

赫马拉-瓦哈努伊等人（2005） 在一个新西兰家庭的 CACNA1F 基因中发现了 ile745 到 thr 的突变（I745T; 300110.0006），该家庭的视觉障碍比典型的 CSNB2 更严重。

锥杆营养不良症 3

在芬兰的一个大家族中，患有 X 连锁锥杆营养不良 3（CORDX3; 300476），最初由 Mantyjarvi 等人描述（2001），贾卡宁等人（2006） 鉴定了 CACNA1F 基因（300110.0007） 中的剪接位点突变。

Huang 等人通过对 47 名患有 CORD 的中国先证者进行全外显子组测序（2013） 鉴定出 1 名男性先证者在 CACNA1F 基因（G848S; 300110.0009） 中存在错义突变。

Hauke 等人在患有视杆细胞营养不良症的德国大家族中受影响的男性和未受影响的女性携带者中，对应到染色体 Xp11.3-p11.23（2013） 分别鉴定了包含 CACNA1F 基因（300110.0010） 外显子 18 至 26 的大框内缺失的半合性或杂合性。

奥兰岛眼病

Forsius 和 Eriksson（1964）、Jalkanen 等人描述了患有奥兰岛眼病（300600） 的原生家庭成员（2007） 鉴定了包含 CACNA1F 基因（300110.0008） 外显子 30 和相邻内含子部分的 425 bp 缺失突变的纯合性。该突变在该家族的女性携带者中以杂合状态被发现，但在 121 名芬兰男性对照受试者的样本中未发现。

▼ 动物模型

曼瑟等人（2005） 培育出小鼠 Cacna1f 基因外显子 7 具有功能丧失突变的小鼠。突变小鼠的视网膜电图显示，与野生型小鼠相比，暗视 a 波幅度略有降低，并且不存在感受器后 b 波和振荡电位。视锥 ERG 反应以及视觉诱发电位和上丘多单位活动也缺失。用 KCl 去极化的视网膜切片的钙成像显示，Cacna1f 突变体的光感受器突触中的峰值信号比野生型小鼠少 90%。感受器后ERG反应的缺失和光感受器钙信号的减弱与光感受器Ca（2+）通道功能的丧失一致。免疫细胞化学显示，Cacna1f 突变小鼠的外丛状层中未检测到 Cav1.4 蛋白，光感受器突触严重丧失，光感受器层二级神经元出现异常树突芽。曼瑟等人（2005） 得出结论，Cav1.4 钙通道对于感光带突触的功能组装和/或维持以及突触功能至关重要。

Jia 等人使用大规模诱变筛选斑马鱼视觉行为缺陷（2014）确定了“等到天黑”的方法（wud）突变体并分离出5个wud等位基因。 Wud 突变体是可行的，但表现出完全失明。与野生型相比，wud 突变体表现出视网膜外丛状层变薄，并且 ERG 与视锥光感受器的突触传递缺陷一致。透射电子显微镜显示 wud 突变体中完全不存在突触带，并且突触带蛋白 ribeye（CTBP2; 602619） 定位错误。 Jia 等人使用定位克隆策略和序列分析（2014） 在所检查的 2 个 wud 等位基因中发现了 2 个斑马鱼 CACNA1F 直系同源物之一 cacna1fa 的突变。两种突变都引入了过早终止密码子并产生无效等位基因。贾等人（2014） 指出，斑马鱼 cacna1fa 和 cacna1fb 基因分别在感光层和视网膜内层表达，而单个小鼠和人类 CACNA1F 基因则在视网膜的多层中表达。

▼ 等位基因变异体（10 个精选示例）：

.0001 夜盲症，先天性固定，2A 型
CACNA1F、GLY369ASP

Strom 等人发现的错义突变之一（1998） 在不完全 X 连锁先天性静止性夜盲症（CSNB2A; 300071） 的病例中，Gly369 到 asp（G369D） 氨基酸取代是由外显子 8 中核苷酸 1106 的转变引起的。

.0002 夜盲症，先天性固定，2A 型
CACNA1F、ARG958TER

Strom 等人在不完全 X 连锁先天性静止性夜盲症（CSNB2A; 300071） 家族中发现了一种无义突变（1998） 是由于外显子 24 中核苷酸 2172 的 C 到 T 转换而导致的 arg958-to-ter（R958X） 突变。

.0003 夜盲症，先天性固定，2A 型
CACNA1F、1-BP INS、991C

在 15 个患有先天性静止性夜盲症 2A 型（CSNB2A；300071）和常见门诺单倍型的家庭中，表明这些家庭共享一个创始人突变（Boycott 等人（1998）），Bech-Hansen 等人（1998） 发现亮氨酸密码子 991 处插入了单个 C 核苷酸（L991insC）。插入导致终止密码子 1001 发生移码。

.0004 夜盲症，先天性固定，2A 型
CACNA1F、ARG830TER

在先天性静止性夜盲症 2A 型（CSNB2A；300071）家族中，Bech-Hansen 等人发现了一种截短突变（1998） 是 CACNA1F 基因外显子 21 中的 C 到 T 转换，导致 arg830 到 ter（R830X） 无义氨基酸变化。

.0005 夜盲症，先天性固定，2A 型
CACNA1F，1-BP DEL，4548C

Jacobi 等人在法国家庭的 2 名受影响成员中隔离了 X 连锁先天性静止性夜盲症 2A 型（CSNB2A；300071）（2003） 在 CACNA1F 基因的核苷酸 4548 处发现了 1 bp 缺失（C），导致移码，预计在密码子 1524 处提前终止。

.0006 夜盲症，先天性固定性，2A 型，严重
CACNA1F，ILE745THR

赫马拉-瓦哈努伊等人（2005） 在一个新西兰家庭中，在 CACNA1F 基因外显子 17 的核苷酸 2234 处发现了 C 到 T 的转变，该家族患有类似于 X 连锁先天性静止性夜盲症 2（CSNB2A；CSNB2A； 300071）。该转变导致跨膜片段 IIS6 内残基 745（I745T） 处的保守异亮氨酸被苏氨酸取代。受影响的男性有先天性眼球震颤、视力下降、频繁远视和眼底正常。女性家庭成员患有先天性眼球震颤、视力下降和频繁高度近视，而典型的 CSNB2A 家庭则相反，其中女性杂合子不受影响。视网膜电图显示男性有类似 CSNB2A 的特征，女性有类似但不太严重的特征。此外，一些视力障碍男性存在智力障碍和自闭症。赫马拉-瓦哈努伊等人（2005） 发现 I745T 突变在人胚胎肾细胞中表达后导致通道活性改变。该通道在激活电压依赖性方面表现出约-30 mV 的显着变化，并且失活动力学显着减慢。赫马拉-瓦哈努伊等人（2005） 得出结论，I745T 突变增加了在生理膜电位下打开的突变通道的数量，并由于通道失活减少而允许持续的 Ca（2+） 进入，从而导致功能获得缺陷。

.0007 锥杆营养不良，X染色体连锁，3
CACNA1F，5-BP DEL/3-BP INS

Mantyjarvi 等人之前报道过，芬兰的一个大家族患有 X 连锁锥杆营养不良 3（CORDX3；300476）（2001），贾卡宁等人（2006）在CACNA1F基因的内含子28的剪接受体位点的-1位置鉴定了缺失/插入（IVS28-1 GCGTC-TGG）。该突变与该家族中的疾病表型完全共分离，该家族包括 7 名患病男性、10 名携带者女性和 33 名未患病的家庭成员；在 200 条对照染色体中没有发现它。 RNA 研究表明，该突变导致 CACNA1F 转录本的剪接发生改变，从而产生 5 个变异体，这些变异体具有预测的提前终止和编码蛋白的外显子缺失。

.0008 奥兰岛眼病
CACNA1F，425-BP DEL

Forsius 和 Eriksson（1964）、Jalkanen 等人描述了患有奥兰岛眼病（300600） 的原生家庭成员（2007） 鉴定了包含 CACN1F 基因外显子 30 和相邻内含子部分的 425 bp 缺失突变的纯合性。该突变在该家族的女性携带者中以杂合状态被发现，但在 121 名芬兰男性对照受试者的样本中未发现。预计该突变会导致跨膜结构域 IVS2 和前面的胞外环缺失，从而导致蛋白质 C 端部分的膜拓扑结构发生改变。

.0009 锥杆营养不良，X染色体连锁，3
CACNA1F、GLY848SER

在一名患有视杆细胞营养不良的中国男性先证者（CORDX3；300476）中，Huang 等人（2013） 鉴定了 CACNA1F 基因中 c.2542G-A 转换（c.2542G-A, NM_005183.2） 的半合性，导致 gly848 到 Ser（G848S） 取代。

.0010 锥杆营养不良，X染色体连锁，3
CACNA1F，EX18-26DEL

Hauke 等人在一个患有缓慢进行性锥杆营养不良症的德国大家族中，在其 3 代以上受影响的男性成员中（CORDX3；300476）（2013） 鉴定了包含 CACNA1F 基因（EX18-27del, NM_005183.2） 外显子 18 至 26 的大基因内框内缺失的半合性。该缺失两侧都有 AluSx 重复序列，表明它是 Alu-Alu 重复介导的非同源重组的结果。对受影响个体的截短转录物进行测序显示，外显子 17 与外显子 27 存在异常连接，代表 267 个氨基酸（残基 77-1041）的丢失，包括同源结构域 III 内的 4 个跨膜螺旋。该缺失与家族中的疾病分离，无症状的女性携带者是该缺失的杂合子。