蛋白激酶，cAMP 依赖性，催化，α; PRKACA

蛋白激酶 A, C-α 子单元

此条目中代表的其他实体：

包含 PRKACA/DNAJB1 融合基因

HGNC 批准的基因符号：PRKACA

细胞遗传学定位：19p13.12 基因组坐标（GRCh38）：19:14,091,688-14,117,762（来自 NCBI）

▼ 说明

cAMP在真核细胞中的大部分作用是通过cAMP依赖性蛋白激酶（EC 2.7.1.37）对靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基进行磷酸化来介导的。无活性的 cAMP 依赖性蛋白激酶是由 2 个调节子单元和 2 个催化子单元组成的四聚体。4 个 cAMP 分子的协同结合使调节子单元二聚体和 2 个游离活性催化子单元中的酶解离。在人类中，4个不同的调节（R）子单元（PRKAR1A, 188830; PRKAR1B，176911；PRKAR2A，176910；和 PRKAR2B, 176912）和 3 个催化子单元（PRKACA; PRKACB，176892；和 PRKACG 176893）已被鉴定（Tasken 等人总结，1996）。

▼ 生化特征

晶体结构

Kim et al.（2005）确定了与调节子单元（RI-α；RI-α；缺失突变体）结合的cAMP依赖性蛋白激酶催化子单元的晶体结构。PRKAR1A，188830），分辨率为2.0埃。该结构定义了一个先前未识别的扩展界面，其中催化子单元的大叶就像一个稳定的支架，其中G螺旋中的tyr247和磷酸化激活环中的trp196作为结合RI-α子单元的锚点。这些残基与 cAMP 竞争 RI-α 中的磷酸盐结合框。与该催化子单元相比，当复合物与 cAMP 结合的 RI-α 进行比较时，RI-α 经历了主要的构象变化。Kim 等人（2005）得出结论，该复合物提供了抑制 PKA 的分子机制，并表明 cAMP 结合如何导致激活。

张等人（2012）描述了全长四聚体RII-β（PRKAR2B；PRKAR2B；176912）（2）：催化子单元-α（2）全酶。显示二聚体的二聚体的结构提供了对 cAMP 变构激活的机制理解。异二聚体通过 RII-β 子单元中的 β-4/β-5 环产生的界面锚定在一起，该界面对接到相邻 C 子单元的羧基末端尾部，从而迫使 C 子单元形成在没有核苷酸的情况下完全闭合的构象。镁 ATP 扩散到这些晶体中，捕获的不是 ATP，而是反应产物二磷酸腺苷和磷酸化的 RII-β 子单元。该复合物对 PKA 的解离-重结合循环具有影响。RII-β四聚体的四级结构与RI-α四聚体的模型明显不同，证实了小角X射线散射预测，每个PKA四聚体的结构是不同的。

▼ 测绘

Tasken et al.（1996）利用PCR和Southern印迹分析，将PRKACA基因归属于染色体19。通过2色荧光原位杂交，他们将其归属于19p13.1。

▼ 基因功能

Yasuda et al.（2003）通过研究不同年龄大鼠的海马切片发现，新生组织（出生后9天以内）的长时程增强（LTP）需要蛋白激酶A。此后，LTP 需要钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II（参见 CAMK2A，114078）。Yasuda et al.（2003）提出，突触形态的发育变化，包括从树突轴到树突棘的转变以及钙的区室化，可能是激酶活性变化的基础。

Lignitto et al.（2011）鉴定出PRAJA2（PJA2；619341）作为 A 激酶锚定蛋白（AKAP），与 PKA R 子单元结合并与人细胞和大鼠脑中的 PKA 共定位。PRAJA2 通过泛素化和随后的蛋白水解控制 PKA R 子单元的稳定性。PRAJA2 的活性受到 PKA 催化子单元（PKAc）的调节，因为 PKAc 通过 PRAJA2 的磷酸化和招募到 R 子单元来调节 R 子单元区室化池的丰度，从而导致随后的 R 蛋白水解。PRAJA2下调R子单元可延长PKAc激活时间，从而控制PKAc向核转位、CREB（CREB1; 123810）ser133，并激活核基因转录。Praja2 的下调影响大鼠大脑中的核 PKAc 信号传导和 LTP，表明 PRAJA2 活性对于 PKA 介导的长期记忆过程至关重要。

Schernthaner-Reiter et al.（2018）发现，内源性Aip（605555）与大鼠促乳腺激素瘤细胞系GH3细胞质中的R1-α和C-α发生物理相互作用并共定位。分级分析显示所有 3 种蛋白质均定位于 GH3 细胞的细胞质和细胞膜。Aip 分别与 R1-α 和 C-α 相互作用并形成 3 蛋白复合物。Aip 过表达降低了 GH3 细胞中的 PKA 活性。C-α 过表达稳定了 Aip 和 R1-α 蛋白水平，与 PKA 活性无关。Aip 蛋白水平通过泛素/蛋白体途径通过蛋白和降解来调节。Aip 敲低适度增加了 GH3 细胞中的 PKA 活性。进一步分析表明，Aip 通过 Pde4（600126）与 PDE 依赖性 PKA 通路活性发生功能性相互作用。

▼ 细胞遗传学

纤维板层肝细胞癌（参见 HCC，114550）是一种罕见的肝脏肿瘤，影响没有原发性肝病或肝硬化病史的青少年和年轻人。Honeyman et al.（2014）鉴定了一种嵌合转录本，该转录本在纤维板层 HCC 中表达，但在邻近的正常肝脏中不表达，并且是由于染色体 19 上约 400 kb 的缺失而产生的。嵌合 RNA 预计将编码一种蛋白质含有DNAJB1（604572）的氨基末端结构域，DNAJB1（604572）是分子伴侣DNAJ的同源物，与蛋白激酶A的催化结构域PRKACA框内融合。免疫沉淀和Western blot分析证实嵌合蛋白在肿瘤组织中表达，细胞培养测定表明它保留了激酶活性。支持 100% 检查的纤维板层 HCC（15 个中的 15 个）中存在 DNAJB1-PRKACA 嵌合转录本的证据表明，这种遗传改变有助于肿瘤发病机制。

Beuschlein 等人（2014）在 35 名因双侧肾上腺腺瘤而患有明显 ACTH 孤立库欣综合征的患者中，有 5 名发现了染色体 19p13 的种系杂合重复。重复的大小从 294 kb 到 2.7 Mb 不等，但都包含整个 PRKACA 基因。这5名患者包括一对成年母子和3名没有血缘关系的3至9岁男孩。其中4名患者被诊断为原发性色素结节性肾上腺皮质疾病（PPNAD4；615830）。患者细胞表现出 PKA 催化子单元的蛋白质水平增加以及基础蛋白激酶 A 活性增加，这与功能的获得一致。在基因组变异数据库或包含 2,000 名智力障碍、先天畸形或两者兼而有之的人的内部数据库中，未发现 PRKACA 全基因重复。

▼ 分子遗传学

体细胞ACTH非依赖性肾上腺库欣综合征

Beuschlein 等人（2014）在 10 例明显库欣综合征患者的皮质醇分泌性肾上腺腺瘤中的 8 例（见 615830）中发现了 PRKACA 基因的体细胞杂合突变。其中七个肿瘤携带相同的 L206R 突变（601639.0001），该突变在体外被证明会导致蛋白激酶 A 的组成型激活，而该激活不能被调节子单元抑制。这些突变是通过全外显子组测序发现的。随后对另外 129 个腺瘤中的 PRKACA 基因进行分析，发现 14 名患有明显库欣综合征的患者的肿瘤组织中存在体细胞 L206R 变异。总体而言，59 例单侧肾上腺腺瘤导致的明显库欣综合征患者中，22 例（37%）携带体细胞杂合 PRKACA 突变。分子和细胞遗传学研究结果提供了证据，证明 PRKACA 激活导致皮质醇显着过量，这是由于介导促肾上腺皮质激素依赖性肾上腺类固醇生成作用的酶的组成性激活。

同时孤立地，Cao等（2014）、Sato等（2014）和Goh等（2014）在源自临床库欣综合征患者的肾上腺皮质肿瘤中发现了复发性L206R体细胞突变。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并在其他肿瘤样本队列中得到证实。Cao等人（2014）在高达69.2%的样本中发现了突变，Sato等人（2014）在52.3%的样本中发现了突变，Goh等人（2014）在35%的样本中发现了突变。每组都在体外证明，该突变导致蛋白激酶 A 的 cAMP 孤立激活，并增加底物磷酸化。Sato et al.（2014）和Goh et al.（2014）发现L206R变体破坏了催化和调节子单元的界面，导致蛋白激酶A的组成型激活和功能获得效应。

心面部发育不良1

来自3个不相关家庭的受影响个体患有心面部发育不良（CAFD1；Palencia-Campos et al.（2020）鉴定出PRKACA基因（G137R; 619142）错义突变的杂合性或嵌合性 601639.0002）。功能分析表明，突变型 PKA 全酶比野生型蛋白对 cAMP 的激活更敏感。此外，这些变体抑制了hedgehog（参见600725）信号传导，作者认为这是观察到的发育缺陷的潜在机制。

▼ 动物模型

细胞内第二信使cAMP通过直接与效应分子相互作用影响细胞生理，效应分子包括环核苷酸门控离子通道、cAMP调节的G蛋白交换因子和cAMP依赖性蛋白激酶（PKA）。两个催化子单元 C-α（PRKACA）和 C-β（PRKACB）在小鼠中表达并介导 PKA 的作用。Skalhegg等人（2002）在PKA的主要催化子单元C-α中产生了无效突变，并在大多数C-α敲除小鼠中观察到了早期产后致死性。令人惊讶的是，一小部分 C-α 基因敲除小鼠虽然身材矮小，但仍存活至成年。这种生长迟缓并不是由于 GH（139250）产生减少，而是与肝脏中 IGF1（147440） mRNA 的减少和肾脏中主要尿蛋白产生的减少有关。在这些动物中，大脑中 C-β 水平出现代偿性增加，而许多组织，包括骨骼肌、心脏和精子，所含的 PKA 活性不到正常 PKA 活性的 10%。对 C-α 敲除雄性的精子分析表明，精子发生进展正常，但成熟精子的向前运动能力有缺陷。

▼ 等位基因变异体（2个精选例子）：

.0001 库欣综合征，ACTH 孤立性肾上腺，体细胞

普尔卡卡，LEU206ARG

Beuschlein et al.（2014）在 7 名患有非 ACTH 肾上腺库欣综合征的无亲缘关系女性的肾上腺腺瘤组织中（见 615830），在 PRKACA 基因中发现了体细胞杂合性 c.617A-C 颠换，导致 leu206 变为 arg （L206R）在调节子单元的抑制序列所结合的活性位点裂缝中高度保守的残基处进行取代。该突变是通过全外显子组测序发现的，在 1000 个基因组计划数据库或 1,600 个内部外显子组中不存在。随后对另外 129 个腺瘤中的 PRKACA 基因进行分析，发现 14 名患有明显库欣综合征的患者的肿瘤组织中存在体细胞 L206R 变异。体外功能表达研究表明，该突变导致蛋白激酶A的组成型激活，且不能被调节子单元抑制。

Cao等（2014）利用全外显子组测序，在39例肾上腺皮质腺瘤中的27例（69.2%）中发现了PRKACA基因的体细胞突变。进一步筛选发现87例肾上腺皮质腺瘤中有57例（65.5%）存在这种体细胞突变。大多数肿瘤发现于女性。Cao et al.（2014）将该变异称为c.617T-G颠换，导致leu205-to-arg（L205R）取代。该变异在 13 例非促肾上腺皮质激素依赖性大结节性肾上腺皮质增生症（AIMAH）、6 例肾上腺皮质癌或 3 例肾上腺皮质嗜酸细胞瘤样本中不存在，表明它是肾上腺皮质腺瘤所特有的。结构分析表明，受影响的残基是保守 P+1 环的一个组成部分，该环控制激酶与其底物（包括调节子单元）之间的特异性结合。蛋白质印迹分析显示 PKA 底物磷酸化增加，基因表达分析显示参与类固醇生成的基因上调。293T 细胞的体外研究表明，L205R 突变具有功能获得效应，磷酸化增加。然而，Cao等人（2014）的免疫共沉淀研究表明，突变体PRKACA被PKA调节子单元拉低，表明这种相互作用没有被L205R突变打断。

Sato等人（2014）在PRKACA基因中发现了体细胞c.617T-G颠换，导致来自促肾上腺皮质激素非依赖性库欣综合征患者的8个肾上腺皮质肿瘤中的4个发生leu206到arg（L206R）的替换。该突变是通过全外显子组测序发现的。随后在 57 例随访病例中的 30 例中发现了相同的 L206R 突变，其中 24 例被证实为体细胞突变。总体而言，52.3% 的病例携带这种突变。L206残基位于C子单元和抑制性R子单元之间的界面处，预计该取代会引起空间位阻并消除C和R子单元的结合，从而导致组成型cAMP孤立激活使用纯化蛋白和HEK293细胞进行的体外研究表明，L206R突变蛋白不能与野生型PRKAR1A（188830）结合。与野生型相比，突变蛋白表现出更高的基础蛋白激酶活性，并且该活性不依赖于 cAMP。

Goh等人（2014）在63例临床库欣综合征患者的肾上腺皮质腺瘤中鉴定出13例（35%）存在体细胞杂合L206R突变。最初的突变是通过外显子组测序发现的。L206R 突变发生在高度保守的残基处，其中调节子单元与催化 PRKACA 子单元结合。免疫沉淀研究表明，突变蛋白不与 PRKAR1A 子单元结合，蛋白质印迹分析检测到与野生型相比，与突变蛋白相关的 PRKACA 底物磷酸化增加。研究结果与功能获得一致。

.0002 心面部发育不良 1

普尔卡卡，GLY137ARG

来自埃及（家庭1）、比利时（家庭2）和意大利（家庭3）的3个无关家庭的受影响个体患有心面部发育不良（CAFD1；619142），Palencia-Campos et al.（2020）鉴定了 PRKACA 基因中 c.409G-A 转换（c.409G-A, NM_002730.4）的杂合性或嵌合性，导致 gly137 到 arg（G137R））在与调节蛋白相互作用的束缚表面的高度保守残基处进行取代。在 gnomAD 数据库中未发现 G137R 变体。埃及先证者（P1）中，变异为嵌合体，变异等位基因分数（VAF）为0.28；他的 2 个受影响的后代（可获得 DNA）携带杂合状态的变异。比利时先证者（P2）未受影响的父亲是G137R（VAF 0.16）嵌合体，但该变异在P2（VAF 0.55）和她受影响的胎儿（VAF 0.46）中是种系遗传的。发现该突变在意大利先证者（P3）中从头发生。纯化全酶的荧光偏振测定显示，与野生型蛋白相比，突变型全酶对较低 cAMP 浓度的敏感性更高，转染 HEK293 细胞中的 PepTag 测定显示，与野生型蛋白相比，G137R 突变体在低 cAMP 浓度下激酶活性增加。用 SMO（601500）激动剂 SAG 刺激后，对逆转 NIH 3T3 细胞中的 hedgehog（参见 600725）通路信号进行分析，结果表明 G137R 突变体会损害 SAG 介导的 PKA 失活。