承認済シンボル：CACNA1C
遺伝子名：calcium voltage-gated channel subunit alpha1 C
参照：
HGNC: 1390
AllianceGenome : HGNC : 1390
NCBI：775
遺伝子OMIM番号114205
Ensembl :ENSG00000151067
UCSC : uc001qkl.3
遺伝子のlocus type :タンパク質をコードする
遺伝子のグループ：Calcium voltage-gated channel alpha1 subunits
遺伝子座: 12p13.33
遺伝子の別名
CACH2
CACN2
CACNL1A1
calcium channel, cardic dihydropyridine-sensitive, alpha-1 subunit
calcium channel, L type, alpha 1 polypeptide, isoform 1, cardic muscle
calcium channel, voltage-dependent, L type, alpha 1C subunit
CaV1.2
CCHL1A1
DHPR, alpha-1 subunit
MGC120730
voltage-dependent L-type calcium channel alpha 1C subunit
voltage-gated calcium channel alpha subunit Cav1.2
概要
CACNA1C遺伝子は、いくつかのカルシウムチャネルの一つを形成する指令を持っています。このカルシウムチャネルは、プラスの電荷を持つカルシウム原子（カルシウムイオン）を細胞内に移動させ、細胞が電気信号を生成する能力において重要な役割を果たします。カルシウムイオンは、細胞の電気活動を調整したり、細胞間でのコミュニケーション、筋肉の収縮、特定の遺伝子の制御など、様々な細胞機能にとって不可欠です。特に、胎児期の脳や骨の発達に関係しています。
CACNA1C遺伝子によって作られるカルシウムチャネルはCaV1.2と呼ばれており、多くの種類の細胞に存在しますが、特に心筋細胞（心臓の細胞）や脳のニューロン（神経細胞）の機能に重要だと考えられています。心臓では、CaV1.2チャネルが特定のタイミングで開閉し、心拍ごとに心筋細胞へのカルシウムイオンの流れを制御しています。この開閉のタイミングは、正常な心臓機能を維持するために調節されています。脳では、CaV1.2チャネルが記憶形成、恐怖反応、神経信号の迅速な伝達などに関与しているとされていますが、脳や他の組織におけるその役割はまだ完全には明らかになっていません。
研究者たちは、CACNA1C遺伝子がalternative splicingというメカニズムを通じて、CaV1.2チャネルの多くの異なるバージョン（アイソフォーム）を作り出すことを発見しました。このプロセスでは、遺伝子の指令を異なる方法でカットしたり並べ替えたりして、様々なバージョンのチャネルを生成します。いくつかのCaV1.2チャネルのバージョンは、体の特定の部位で他のものより一般的です。例えば、心臓と脳では、CaV1.2チャネルの約80%が「エクソン8」という特定のセグメントで作られています。残りの20%は、「エクソン8A」として知られるわずかに異なるバージョンのこのセグメントを含んでいます。この違いは、様々な組織でのCACNA1C遺伝子の変異の影響を研究する際に重要です。
遺伝子と関係のある疾患
Long QT syndrome 8 QT延長症候群8 618447 AD 3
Neurodevelopmental disorder with hypotonia, language delay, and skeletal defects with or without seizures 筋緊張低下・言語発達遅延・骨格異常を伴う神経発達障害±けいれん 620029 AD 3
Timothy syndrome ティモシー症候群 601005 AD 3
●自閉症スペクトラムASDとの関係
この遺伝子は、特定の症候群を持つ人の一部が自閉症を発症する症候性自閉症と関連している。特に、CACNA1C遺伝子の変異は、チモシー症候群やASDに該当する患者さんと関連することがわかっています。さらに、いくつかの研究では、CACNA1C遺伝子と統合失調症および双極性障害との間に遺伝的関連性があることが示されている。
遺伝子の発現とクローニング
ヒトCCHL1A1遺伝子のクローニングとその塩基配列の一部の決定が行われました。電位依存性カルシウムチャネルは4つのドメイン（IからIV）から構成され、それぞれが膜貫通領域を持ち、可変長のリンカーで連結されています。ヒト心臓からCACH2と呼ばれるCACNA1Cの3つの変異体が同定されました。
ヒト線維芽細胞CACNA1Cには4つの分子多様性部位があり、そのうち3つはチャネルのゲーティングに関連しています。Schultzらはヒト心臓cDNAライブラリーからCACNA1Cをコードする全長cDNAを得て、そのタンパク質の分子量は約243.6kDで、複数のリン酸化部位とN-グリコシル化部位を持つことがわかりました。
また、ヒト心臓においては2つのCACNA1C転写産物が同定され、それぞれ異なるN末端セグメントをコードしています。さらに、平滑筋含有組織では、特定のエクソンを利用したCACNA1C転写産物が発現していることが確認されました。
遺伝子の構造
Blumensteinら（2002年）は、CACNA1C遺伝子の代替エクソン1bの約80kb上流に新しい代替5プライムエキソン1aを発見しました。さらに、Saadaら（2003年）は、エクソン1aと1bが別々の機能的上流プロモーターを持っていることを明らかにしました。これらの発見は、CACNA1C遺伝子の複雑な制御機構と機能的多様性に関する理解を深めるものです。
マッピング
Schultzら（1993年）は、12p体細胞ハイブリッドマッピングパネルと蛍光in situハイブリダイゼーションの研究を行い、CCHL1A1遺伝子を12p13.3に特定しました。
Aerssensら（1994年）は、転座t(X;12)(q22;p13)を唯一の染色体変化として持つ中皮腫から得られた体細胞ハイブリッド（der(12)またはder(X)を含む）を研究し、ゲノム配列に基づくPCR解析を使用して、CACNL1A1遺伝子を12p13のブレークポイントの遠位とVWF（613160）遺伝子にマッピングしました。
生化学的特徴
LCCを介したカルシウム流入は、細胞表面と小胞体膜によって形成されたクレフト（約12nm）を通過し、隣接するリアノジン受容体を活性化します。これによりカルシウムスパークとして知られるカルシウムの放出が行われます。Wangら（2001）による研究は、LCCとリアノジン受容体間の結合の速度論、忠実度、化学量論を明らかにしました。彼らは、「カルシウムスパークレット」と名付けられた現象を観察し、これがカルシウムスパークを引き起こすために約4〜6個のリアノジン受容体を誘発できることを示しました。LCCとリアノジン受容体の結合は確率的であり、スパークレットがスパークを引き起こす成功率は使用量に依存して減少します。
このメカニズムは、心臓細胞の収縮における基本的な生化学的過程を表し、カルシウムシグナリングの細胞内ダイナミクスの理解に重要です。また、心臓病などの疾患の研究にも重要な意味を持ちます。
遺伝子の機能
カルシウムチャネルは、α-1、α-2/δ、β、γサブユニットが1:1:1:1の割合で複合しています。これらのタンパク質には複数のアイソフォームがあり、異なる遺伝子によってコードされているか、転写産物の代替スプライシングの結果です。ジヒドロピリジンと結合し、ジヒドロピリジンによって阻害されるタンパク質がこの遺伝子によってコードされます。選択的スプライシングにより、異なるタンパク質をコードする多くの転写産物が生じ、予測されたタンパク質のいくつかは機能的なイオンチャネルサブユニットを作らない可能性があります。
この遺伝子は、高電圧ゲートカルシウムチャネルを介したカルシウムイオンの膜貫通輸送、胚前肢形態形成、心臓収縮制御などいくつかの過程に関与し、細胞質、細胞膜、およびシナプス後密度に存在します。L型電位依存性カルシウムチャネル複合体の一部であり、ブルガダ症候群3およびチモシー症候群に関与しています。2012年10月、RefSeqより提供。
1993年にSchultzらの研究チームは、Xenopus（ツメガエル）の卵母細胞で発現されたCACNA1C遺伝子が、脱分極時に大きな内向きのバリウムイオン（Ba(2+)）電流を生じることを発見しました。このチャネルの開口確率は電圧に依存し、その解析から、天然の薬理学的特性とチャネルの特性が明らかになりました。
1997年には、Soldatovらが3種類のヒト海馬のCACNA1C変異体を同じくツメガエルの卵母細胞で発現させました。これらの変異体はDHP（ジヒドロピリジン）に対して高い感受性を示しましたが、ゲーティング（チャネルの開閉）特性に大きな違いがありました。特に、細胞質尾部の一部分が、チャネルの不活性化速度や不活性化のCa(2+)依存性、電圧依存性に影響を与えていました。
同じく1997年にKlocknerらは、異なるC末端を持つ心臓用CACNA1Cスプライスバリアント（遺伝子の異なるバージョン）を、ツメガエルの卵母細胞とヒトの胚性腎臓細胞で発現させました。これらのチャネルは、誘導されたカルシウムチャネル電流の特性に重要な差異を示さなかったことが分かりました。
2002年にはBlumensteinらが、ツメガエルの卵母細胞での発現を通じて、プロテインキナーゼCの活性化因子が、心臓用CACNA1Cアイソフォームの46アミノ酸のN末端セグメントを含むチャネル活性を増強することを発見しました。しかし、N末端が16アミノ酸のCACNA1Cは阻害されました。
神経細胞へのカルシウム流入の様式は、どのシグナル伝達経路が活性化されるかを決定し、細胞のカルシウムに対する応答を特定します。L型電位活性化チャネルを通じたカルシウム流入は、CREBやMEF2などの転写因子を活性化するのに特に効果的です。2001年、Dolmetschらは、遺伝子発現を制御するシグナル伝達経路に特異的に結合するL型チャネルの特徴を調べるために、機能ノックイン法を開発しました。彼らは、カルシウム-カルモジュリンと結合するL型チャネルのC末端のIQモチーフが核へのカルシウムシグナル伝達に重要であることを見出しました。この結果、L型チャネルへのカルシウム-カルモジュリンの結合が、Ras/MAPK経路の活性化に必要であることが示されました。
2004年のMoriらの研究では、L型カルシウムチャネルを単一のカルモジュリン分子と融合させることで、単一のカルモジュリン分子がチャネルの制御を行っていることが明らかになりました。この研究は、カルシウムチャネル近傍でのカルモジュリンの局所濃度が、さまざまなシグナル伝達経路への局所的なカルシウム侵入の伝達を強化していることを示唆しています。
Gomez-Ospinaら（2006年）の研究では、CaV1.2のC末端断片がマウスとラットの神経細胞、ラットの心筋細胞、ヒト胚性腎細胞の核内に存在することを発見しました。この核内にあるCCATは、発生過程や細胞内カルシウム濃度の変化によって調節されます。CCATはNono（300084）という核内タンパク質と結合し、プロモーターと関連して、哺乳類の神経細胞における神経信号伝達や興奮性に重要な様々な遺伝子の発現を制御します。彼らは電位依存性カルシウムチャネルが遺伝子の転写を直接活性化できると結論付けました。
Tiwariら（2006年）は、6人の血管外科患者から採取した動脈のアテローム性動脈硬化症と非アテローム性動脈硬化症の血管平滑筋細胞（VSMC）を研究しました。非動脈硬化部位のVSMCでは、CACNA1C転写物のバリエーションが拡大していることが明らかになりました。しかし、動脈硬化したVSMCではCACNA1Cの発現が減少し、特異的なエクソン22アイソフォームが見られました。これにより、アテローム性動脈硬化症に伴うCACNA1Cの分子的変化が、カルシウムイオンの流れや電圧依存性に影響を与えることが判明しました。彼らは、炎症によるサイトカインの変化がCACNA1Cのalternative splicingに影響を及ぼし、その結果チャネルのリモデリングが起こると示唆しました。
Dickら（2008年）の研究では、カルモジュリンによるカルシウムイオン選択性の制御が、常にグローバルではなく、チャネルのアミノ末端にある新しい結合部位（NSCaTE）によって切り替わることを発見しました。このNSCaTEの存在により、カルシウムイオンの選択性が局所的に変化することが分かりました。この発見により、Ca(v)1.2やCa(v)1.3チャネルのN-lobe選択性が局所的であることが明らかになりました。
Parkら（2010年）は、間質相互作用分子-1（STIM1）が電位依存性カルシウムチャネルCa(v)1.2の開口を直接抑制することを発見しました。STIM1はCa(v)1.2のC末端に結合し、チャネルの急性的な阻害や長期的な内在化を引き起こします。この発見は、細胞内でのこれら2つのチャネルの相互作用メカニズムを明らかにしました。
Wangら（2010年）は、Ca(v)1.2チャネルとOraiチャネル間に、STIMタンパク質を介した相互制御のリンクがあることを明らかにしました。STIM1の活性化はCa(v)1.2を抑制し、Oraiチャネルを活性化します。この発見は、これらのチャネルが細胞内カルシウムシグナル生成において重要な役割を果たすことを示しています。
Liuら（2014年）は、ラット心室筋細胞でKCNE2とCav1.2が共沈し、共局在することを発見しました。KCNE2の過剰発現はCav1.2の電流を減少させ、その動作特性にわずかな変化をもたらしました。KCNE2のノックダウンはCav1.2依存のカルシウム電流を増加させました。
Liuら（2020年）は、βアドレナリン作動薬が電位依存性カルシウムチャネルを刺激するメカニズムを明らかにしました。プロテインキナーゼAによるRadのリン酸化が、CaV1.2の活性化に関与していることが分かりました。これは、電位依存性カルシウムチャネルに対するアドレナリン作動性調節の進化的に保存されたメカニズムを示しています。
分子遺伝学
ティモシー症候群
ティモシー症候群（TS）は、多臓器機能障害を特徴とする遺伝性の疾患です。これには致死性の不整脈、手足の指の異常、先天性心疾患、免疫不全、間欠性の低血糖、認知障害、自閉症などが含まれます。この症候群は、CACNA1C遺伝子に関連していることが知られています。以下は、この疾患に関する主要な研究成果の概要です：
Splawskiら（2004年）
TSはCACNA1C遺伝子のエクソン8Aにある同一のde novoミスセンス変異（G406R）に起因することを発見。
CACNA1CはTSに影響を受けるすべての組織で発現しており、細胞内Ca(2+)過負荷を引き起こす可能性がある。
心臓では、この変異が不整脈のリスクを高める可能性がある。
Splawskiら（2005年）
TSの重篤な変型（合指症を伴わない）の患者2人で、CACNA1C遺伝子のエクソン8に新たなミスセンス変異（G406RとG490R）が発見された。
エクソン8の変異はチャネルの不活性化を引き起こし、不整脈のリスクを高める。
Boczekら（2015年）
3.75歳で死亡した男児でCACNA1C遺伝子のエクソン27に新しいde novoミスセンス変異（I1166T）を同定。
この変異は、活性化における機能獲得シフトと電流密度の全体的な損失を引き起こす。
心臓に関連する症状としてQT延長、不整脈、心肥大、PDAが一般的。
Ozawaら（2018年）
14歳の日本人男児でCACNA1C遺伝子のde novoミスセンス変異（S643F）を同定。
この変異は、後期CaV1.2電流の増加とピーク電流の顕著な減少を引き起こす。
Yeら（2019年）
14歳の男児でCACNA1C遺伝子のミスセンス変異（E1115K）を同定。
この変異は、L型カルシウムチャネルを非選択性1価カチオンチャネルに変換し、内向きナトリウム電流と外向きカリウム/セシウム電流の増加を引き起こす。
これらの研究は、CACNA1C遺伝子の変異がティモシー症候群の様々な症状を引き起こすメカニズムを解明し、特に心臓に関連した症状に対する理解を深めるものです。また、これらの変異は、心臓以外の症状にも影響を及ぼすことが示されています。
ブルガダ症候群
ブルガダ症候群は、心臓の電気的活動に異常がある遺伝性の状態で、突然の心停止や心室細動のリスクが高いことが特徴です。この症候群は、心電図（ECG）で特定のパターンを示し、しばしば胸痛や意識喪失のエピソードを伴います。ブルガダ症候群は、心臓のイオンチャネル、特にナトリウムチャネルやカルシウムチャネルの機能障害に関連しています。
Antzelevitchらが2007年に行った研究では、ブルガダ症候群と診断された82人の患者（プロバンド）を対象に、16の異なるイオンチャネル遺伝子の変異をスクリーニングしました。この研究では、特に2人のブルガダ症候群の患者が注目されました。これらの患者（BRGDA3と参照される）は、心電図でQTc間隔が360ミリ秒以下と異常に短いことが示されました。QTc間隔は、心電図で心室が収縮してから完全にリセットされるまでの時間を表し、この間隔が短いと心臓のリズム障害が生じるリスクがあります。
この研究において、AntzelevitchらはCACNA1C遺伝子にヘテロ接合の変異を同定しました。この遺伝子は、心筋細胞のカルシウムチャネルをコードしており、これらのチャネルの機能不全は心臓の電気的活動に影響を与えることが知られています。特に、CACNA1C遺伝子の変異は、心室のリポーライゼーション過程に影響を与え、ブルガダ症候群のような心臓リズム障害を引き起こす可能性があります。
この発見は、ブルガダ症候群の診断や治療において重要な意味を持ちます。遺伝的要因の理解は、リスク評価や遺伝カウンセリングに役立ち、個々の患者に対する治療戦略を導くための重要な情報を提供します。また、このような遺伝子の変異を明らかにすることで、将来的な治療薬の開発にも繋がる可能性があります。
QT延長症候群
QT延長症候群（LQT）は、心臓の電気活動に異常をもたらし、心拍の異常や突然の心停止のリスクを高める病態です。QT間隔は心電図上で心室が収縮してからリセットされるまでの時間を示し、この間隔が異常に長い状態を長QT症候群と呼びます。LQT8は、この症候群のサブタイプの一つで、特にCACNA1C遺伝子の変異と関連しています。
Boczekら（2013）の研究では、既知の原因遺伝子に変異がない長QT症候群（LQT8）の患者を含む多世代家族において、トリオベースの全エクソームシークエンシングを行いました。この手法により、CACNA1C遺伝子の特定のミスセンス変異（P857R）が同家族内で発見されました。また、同じ研究チームは、分子的根拠を持たない他のLQT患者102人についてCACNA1C遺伝子の塩基配列を調べ、そのうち3人の患者において異なるヘテロ接合性のミスセンス変異が存在することを明らかにしました。
福山ら（2014）は、既知の原因遺伝子の変異が陰性の日本人LQT患者278人を対象に研究を行い、7人の患者からCACNA1C遺伝子の5つの新規変異体を同定しました。これらの変異は、参照データベースには存在しないものでした。
Wemhonerら（2015）は、LQT1からLQT8までの遺伝子を対象にしたLQT患者540人のサンガー配列決定を行い、CACNA1C遺伝子にヘテロ接合体変異を有する患者6人を同定しました。これらの変異は家族内で表現型と分離していました。
最後に、Gardnerら（2019）は、LQT8を有するヨーロッパ人家族を対象に研究を行い、福山らによって以前に日本人患者で同定されたCACNA1C遺伝子のR858H変異を確認しました。
これらの研究は、長QT症候群の遺伝的背景の理解を深め、特にLQT8の原因となるCACNA1C遺伝子の役割に光を当てています。
神経発達障害（NEDHLSS）
これらの段落は、CACNA1C遺伝子の変異と、それが引き起こす可能性のある神経発達障害（NEDHLSS）に関する複数の研究を要約しています。NEDHLSSは、「Neurodevelopmental Disorder with Hypotonia, Language Impairment, and Skeletal Abnormalities」の略で、筋緊張低下、言語遅延、骨格異常を特徴とする症候群です。この症候群は、てんかん発作の有無にかかわらず発生することがあります。
Kosakiら（2018年）の研究では、5歳の日本人女児においてCACNA1C遺伝子のエクソン24に新規のヘテロ接合性ミスセンス変異（R1024G）を発見しました。この変異はエクソーム配列決定によって特定されましたが、その機能的な影響についての研究は行われていません。
Bozarthら（2018年）の研究では、18ヶ月の女児においてCACNA1C遺伝子の新規ヘテロ接合ミスセンス変異（V1363M）を同定しました。この変異もエクソーム配列決定によって発見され、公開データベースには記載されていませんでした。この変異の機能研究も行われていません。
Rodanら（2021年）の研究では、14人のNEDHLSS患者からCACNA1C遺伝子のde novo heterozygous non-truncating変異（13ミスセンス変異と1インフレーム欠失）を発見しました。これらの変異はエクソーム配列決定によって特定され、gnomADデータベースには存在しませんでした。電気生理学的パッチクランプ電圧研究では、これらの変異がチャネル電流に及ぼす影響が様々であることが示されました。著者らは、CACNA1C遺伝子が広範囲なスプライシングを受け、複数のアクセサリーサブユニットと相互作用することを指摘し、これらの変異がドミナントネガティブな影響をもたらす可能性を示唆しました。
これらの研究は、CACNA1C遺伝子の変異がNEDHLSSの原因となる可能性があることを示唆していますが、変異の正確な機能的影響についてはさらなる研究が必要です。
確認待ちの関連
このテキストは、CACNA1C遺伝子の変異と特定の心臓疾患との関連についての研究結果を紹介しています。主なポイントは以下の通りです：
Blancardら（2018）の研究:
ブルガダ症候群、QT短縮症候群、早期再分極症候群、または特発性心室細動を有する患者65人を対象にCACNA1Cなどの遺伝子を解析。
5人の患者でCACNA1C遺伝子のミスセンス変異を同定。
その中のT1787M変異は2人の患者に見られ、心停止からの回復、早期再分極パターン、torsades de pointesの発症が報告されています。
T1787M変異はアフリカ人集団において一定の頻度で見られ、心室性不整脈のリスク因子である可能性が示唆されています。
Rodanら（2021）の研究:
CACNA1C遺伝子のヘテロ接合性の推定切断型変異を非血縁の8家系の患者11人で同定。
これらの変異は神経学的障害に関連し、様々な発現率と浸透率が見られた。
これらの変異体はgnomADデータベースには記載されておらず、ハプロ不全が発症機序として仮定されています。
これらの研究は、CACNA1C遺伝子の変異が心臓疾患や神経学的障害にどのように影響を与えるかを理解する上で重要な情報を提供しています。CACNA1Cはカルシウムチャネルの機能に関連する遺伝子であり、その変異は心臓や神経系における重要な生理学的プロセスに影響を及ぼす可能性があります。
除外研究
O’Brienら（1995年）の研究は、悪性高熱症（Malignant Hyperthermia, MH）の遺伝的基盤に関する除外研究の一例です。MHは遺伝的に決定される、特定の麻酔薬に対する重篤な反応であり、高熱や重篤な筋収縮などを引き起こす可能性があります。
この研究では、悪性高熱症の家族のメンバーにおいて、特定の遺伝子の機能セグメントに欠損がないか調査しました。具体的には、研究者たちは、カルシウムチャネルに関連する遺伝子の特定の領域（II-IIIループまたはIS3/IS3-IS4セグメント）に焦点を当て、これらの領域に欠損が存在するかどうかを検討しました。
その結果、O’Brienらはこれらの機能セグメントに欠損がないことを発見しました。これは、少なくともこの特定の遺伝子領域が悪性高熱症の原因ではないことを示唆しています。このような除外研究は、病気の原因を特定する過程で重要なステップとなります。MHのような複雑な遺伝的疾患では、多くの異なる遺伝子が関与している可能性があるため、特定の遺伝子領域や変異を除外することによって、研究はより狭い範囲に焦点を絞ることができます。
動物モデル
Valenzuelaら（1997）:
Go-α遺伝子を欠損させたノックアウトマウスの作製。
Go-α -/-マウスではムスカリン受容体からL型電位依存性カルシウムチャネルへのシグナル伝達が阻害されることが示された。
Rottbauerら（2001）:
ゼブラフィッシュのCACNA1C遺伝子の変異が、心筋の発達障害に関与することの発見。
この変異は、心室の成長不全や電気的な沈黙を引き起こす。
Ouditら（2003）:
鉄過剰症マウスモデルにおいて、L型電位依存性カルシウムチャネルが心筋への鉄の輸送に関与していることの示唆。
LVDCCの阻害が心筋細胞の鉄蓄積と酸化ストレスを減少させ、心機能を改善。
Schullaら（2003）:
Cacna1c遺伝子の膵β細胞特異的ノックアウトマウスの作製。
インスリン分泌の減少と全身の耐糖能異常の関連。
Smedlerら（2022）:
マウス胚性幹細胞分化中のCacna1cの発現増加。
Cacna1c遺伝子の変異が神経の発達障害や行動変化に関与することの示唆。
これらの研究は、CACNA1C遺伝子が心臓の機能、神経系の発達、および疾患の進行において重要な役割を担っていることを示しています。
アレリックバリアント
.0001 ティモシー症候群
CACNA1C, GLY406ARG
ティモシー症候群(601005)の13人の患者において、Splawskiら(2004)はCACNA1C遺伝子のスプライシングされたエクソン8Aを解析し、de novo c.1216のヘテロ接合性を同定した。 機能解析の結果、G406R変異は、電位依存性チャネルの不活性化をほぼ完全に失わせることにより、内向きCa(2+)電流を維持することが明らかになった。G406R変異は、民族的に一致した180の対照サンプルでは同定されなかった。2人の罹患児を持つ1家族では、臨床的に罹患していない母親がG406R変異のモザイクであった。
ティモシー症候群（601005参照）で6歳で死亡した女児において、Splawskiら（2005）は、CACNA1C遺伝子のエクソン8にG406R変異を同定した。エクソン8のスプライスバリアントは心臓と脳で高発現（CACNA1C mRNAの80％）しており、この患者はエクソン8Aに類似の変異を有する患者よりも平均QT間隔が長く、重症の不整脈を有していた。彼女は重度の徐脈のため妊娠38週で帝王切開で生まれ、出生時には2：1の房室ブロックでQTcは730msであった。新生児期に植え込み型ペースメーカーを装着したにもかかわらず、乳児期に除細動や蘇生を必要とする重篤な不整脈を何度も起こした。生後4ヵ月で頸部交感神経節切除術と心室ペースメーカー植え込み術を施行したが、不整脈の軽減には至らなかった。また、てんかん発作、静的脳症、重度の発達遅滞を経験した。彼女は心室細動により6歳で死亡した。
ティモシー症候群の重篤な乳児において、Etheridgeら（2011）はCACNA1C遺伝子のエクソン8におけるG406R変異のヘテロ接合を同定した。この患者の軽症の父親もG406Rのヘテロ接合体であったが、父親にはてんかん発作とQTc 480msの延長があり、失神や発作の経験はなかった。無関係の中等度罹患の14歳の少女は、思春期まで症状がなかったが、G406Rについてはモザイクであり、変異対立遺伝子についてはマイナーピークであった。
変異体の機能
トランスフェクトしたHEK293細胞で全細胞電流を測定することにより、BarrettとTsien（2008）は、G406R変異が電位依存性不活化（VDI）を強力かつ選択的に遅らせる一方で、Ca(2+)依存性不活化（CDI）の動態を免れるか、あるいは速める可能性があることを示した。VDIとCDIの解離は、Ca(2+)チャネルのゲート電流の測定によってさらに立証された。さらに、CDIは完全には進行せず、約50%で水平になった。これは、ゲーティングモードの変化と一致し、吸収性の不活性化プロセスではなかった。
CaV1.2チャネルのティモシー症候群変異G406Rがヒト心筋細胞の電気活性と収縮に及ぼす影響を調べるため、矢澤ら（2011）は、ティモシー症候群患者のヒト皮膚細胞を再プログラムして人工多能性幹細胞を作製し、その細胞を心筋細胞に分化させた。これらの細胞の電気生理学的記録とカルシウムイメージング研究により、心室様細胞における不規則な収縮、過剰なカルシウム流入、活動電位の延長、不規則な電気活動、異常なカルシウム過渡現象が明らかになった。Yazawaら（2011）は、CaV1.2の電位依存性不活性化を増加させる化合物であるロスコビチンが、ティモシー症候群患者の心筋細胞の電気的およびカルシウムシグナル伝達特性を回復させることを見出した。Yazawaら(2011)は、この研究は、ヒトにおける不整脈の分子および細胞メカニズムを研究する新たな機会を提供し、これらの疾患を治療する薬剤を開発するための強固なアッセイ法を提供するものであると結論づけた。
.0002 ティモシー症候群
CACNA1C, GLY402SER
ティモシー症候群（601005）の21歳の男性において、Splawskiら（2005）は、CACNA1C遺伝子のエクソン8に1204G-A転移を同定し、その結果、gly402-to-ser（G402S）置換が生じた。エクソン8のスプライスバリアントは心臓と脳で高発現（CACNA1C mRNAの80％）しており、この患者はエクソン8Aの変異を持つ患者（114205.0001を参照）よりも平均QT間隔が長く、重症の不整脈を有していた。この患者は4歳になるまで一見元気であったが、遊びの最中に心停止を経験し、QT延長症候群と診断された。その後も心停止のエピソードは続き、最終的には自動除細動器の投与を受けた。21歳になっても、夜驚症に関連した夜間不整脈を毎週経験していた。口腔粘膜と血液から採取したDNAの変異ピークを比較したところ、この患者はモザイクであることが判明した。著者らは、このことが、エクソン8に変異を有するもう1人の患者（114205.0001を参照）と比較して、この患者の表現型が比較的軽度であることの理由かもしれないと指摘した。
ティモシー症候群の13歳のフィンランド人少女において、Hiippalaら（2015）はCACNA1C遺伝子のG402S変異のヘテロ接合性を同定した。彼女の罹患していない両親は変異を持っていなかった。次世代シークエンシング（NGS）のリードから変異対立遺伝子と正常対立遺伝子の比率を計算すると、プロバンドは変異のモザイクであり、リードの37％のみが変異対立遺伝子を示し、61％が正常対立遺伝子を示していた。血液および唾液由来のDNAのサンガーシークエンシングにより変異が確認された。両サンプルにおいて、変異のピークは正常遺伝子型よりもわずかに弱く、NGSにより検出された対立遺伝子の分布と一致していた。
.0003 ブルガダ症候群3
CACNA1C, GLY490ARG
Antzelevitchら(2007)は、ブルガダ症候群とQTc間隔の短縮を有するトルコ系の41歳男性(BRGDA3; 611875)において、CACNA1C遺伝子のエクソン10にヘテロ接合性の1468G-A転移を同定した。この転移は、タンパク質の高度に保存された領域内のドメインIとII間の細胞質リンカーにおいて、gly490-to-arg(G490R)置換をもたらすと予測された。また、この患者はCACNA1Cの2つの多型、P1820LとV1821Mを有しており、それぞれ健常対照者114人中31人と27人に認められた。G490R変異は2人の娘にもみられ、それぞれQTc間隔が360msと370msであった。QTc間隔が長い方の娘はKCNH2遺伝子の既知のK897T多型も有していた。チャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞を用いたパッチクランプ実験では、ピーク電流の電圧は変わらなかったものの、変異型チャネルの電流振幅が野生型に比べて著しく減少していることが示された。共焦点顕微鏡では、G490R CaV1.2サブユニットを含むチャネルの正常な輸送が明らかになった。G490R変異は640人の民族的に一致した対照対立遺伝子には認められなかった。
.0004 ブルガダ症候群3
CACNA1C, ALA39VAL
Antzelevitchら(2007)は、ヨーロッパ系の44歳の白人男性で、ブルガダ症候群とQTc間隔の短縮(BRGDA3; 611875)を有する患者において、CACNA1C遺伝子のエクソン2にヘテロ接合性の116C-T転移を同定した。この変異は、404人の民族的に一致した対照対立遺伝子には見られなかった。CHO細胞を用いたパッチクランプ実験では、ピーク電流の電圧は変化しなかったが、変異型チャネルの電流振幅が野生型に比べて著しく減少していることが示された。共焦点顕微鏡では、A39VのCaV1.2チャネルの輸送に欠陥があることが明らかになった。
0.0005 QT延長症候群 8
cacna1c, pro857arg
Boczekら（2013）は、既知の原因遺伝子に変異のないQT延長症候群（LQT8；618447）の多世代にわたる大家族において、トリオベースの全ゲノム配列決定により、CACNA1C遺伝子のc.2570C-G転移のヘテロ接合性を同定し、PESTドメインのpro857-arg（P857R）置換をもたらした。この変異は家族内で疾患と分離し、1000 Genomes ProjectやNHLBI ESPデータベース、デンマーク北京ゲノム研究所のエクソーム200個や民族的に一致した対照680個では認められなかった。この変異体の機能研究では、野生型と比較してピーク電流振幅が113％増加し、Cav1.2チャネルの表面発現が増加することが明らかになり、機能獲得と一致した。
.0006 QT延長症候群8
CACNA1C, プロ857レウ
Boczekら（2013）は、12歳の姉が睡眠中に原因不明の死を遂げた後にQT延長症候群（LQT8；618447）と診断された無症状の15歳の少年のCACNA1C遺伝子の塩基配列を決定することによって、PESTドメインにpro857からleu（P857L）への置換をもたらすc.2570C-T転移を同定した。以前に同定された原因遺伝子の変異は見つかっておらず、この変異は、罹患していない父親、罹患している母親と母方の祖母を含む、検査された家族メンバーの表現型と分離していた。この変異は、1000 Genomes ProjectやNHLBI Exome Sequencing Projectのデータベースや680人の対照群では認められなかった。機能研究は報告されていない。
.0007 QT延長症候群8
CACNA1C, LYS834GLU
Boczekら（2013）は、失神の病歴があり、QTcが475msで、家族歴が否定的であったQT延長症候群8（LQT8；618447）の15歳の少女のCACNA1C遺伝子の塩基配列を決定することにより、PESTドメインにlys834からglu（K834E）への置換をもたらすc.2500A-G転移を同定した。この変異は、1000 Genomes ProjectやNHLBI Exome Sequencing Projectのデータベースや680人の対照群では発見されなかった。機能研究は報告されていない。
.0008 QT延長症候群8
CACNA1C, ARG858HIS (rs786205753)
QT延長症候群（LQT8；618447）の日本人3家系（4、5、6家系）の罹患者において、福山ら（2014）は、CACNA1C遺伝子のc.2573G-A転移のヘテロ接合性を同定し、arg858からhis（R858H）への置換をもたらした。機能研究の結果、R858H変異型チャネルのカルシウム電流のピークは野生型よりも有意に大きいことが示された。R858Hチャネルの活性化は野生型と比較して約2mVの負のシフトを示したが、変異チャネルの不活性化は約2mVの正のシフトを示し、機能獲得効果と一致した。この変異体は、NHLBI Exome Variant Serverデータベースにも、250人の日本人対照から得られた500の参照対立遺伝子にも認められなかった。
Gardnerら（2019）は、QT延長を分離するヨーロッパの5世代家族の罹患者において、R858H置換をもたらすCACNA1C遺伝子のc.2573G-A転移（c.2573G-A、NM_000719.6）のヘテロ接合性を同定した。R858H変異はExACデータベースにはなかった。機能研究は行われなかった。
.0009 QT延長症候群8
CACNA1C, ARA582ASP
QT延長症候群（LQT8；618447）の12歳の女児とその母親において、Fukuyamaら（2014）は、CACNA1C遺伝子のc.1745C-A転移のヘテロ接合性を同定し、ala582からasp（A582D）への置換をもたらした。A582D変異型チャネルは、野生型と比較して不活性化が著しく遅かった。変異型A582Dチャネルの不活性化は、野生型と比較して約2mVの正のシフトを示し、機能獲得効果を示した。この変異体はNHLBI Exome Variant Serverデータベースにも、250人の日本人対照から得られた500の参照対立遺伝子にも認められなかった。
.0010 QT延長症候群8
CACNA1C, ILE1475MET
QT延長症候群（LQT8；618447）の14歳女児において、Wemhonerら（2015）は、CACNA1C遺伝子におけるc.4425C-G転移のヘテロ接合性を同定し、ile1475-to-met（I1475M）置換をもたらした。I1475M変異は、野生型と比較してピーク電流振幅の左方シフトを示し、機能獲得効果を示した。
0.0011 神経発達障害（筋緊張低下、言語遅延、骨格欠損、てんかん発作を伴う
CACNA1C, VAL1363MET
血縁関係のない両親から生まれた、筋緊張低下、言語遅延、てんかん発作を伴う骨格欠損を伴う神経発達障害（NEDHLSS; 620029）を有する生後18ヵ月の女児において、Bozarthら（2018）は、de novo heterozygous c.4087 CACNA1C遺伝子におけるG-A転移（c.4087G-A、NM_000719.6）は、ドメインIVの第5膜貫通らせんの高度に保存された残基におけるval1363-to-met（V1363M）置換をもたらす。この変異はトリオベースのエクソーム配列決定によって発見されたが、gnomADを含む公開データベースには存在しなかった。変異体の機能研究および患者細胞の研究は行われなかった。患者は、全体的な成長不良、筋緊張低下、視覚的追跡不能を伴う重度の全体的発達遅延、軽度の遠位骨格異常、および早期発症の難治性発作を有していた。心臓病変はなかった。
.0012低緊張、言語遅滞、骨格異常を伴う神経発達障害とてんかん発作
CACNA1C、LEU614Pro
低緊張、言語遅滞、およびてんかん発作を伴う骨格欠損を伴う神経発達障害（NEDHLSS; 620029）を有する24歳の男性（P8）において、Rodanら（2021）は、CACNA1C遺伝子にde novoのヘテロ接合性のc.1841T-C転移（c.1841T-C, NM_000719）を認め、leu614-to-pro（L614P）置換をもたらした。この変異はエクソーム配列決定により発見されたが、gnomADデータベースには存在しなかった。トランスフェクトしたHEK293細胞を用いた電気生理学的パッチクランプ電圧研究では、CACNA1CのL614Pは電流増加を引き起こす傾向があり、機能獲得を示唆したが、その差は統計学的に有意ではなかった。患者には心病変はなかった。
.0013痙攣発作を伴う筋緊張低下、言語遅延、骨格欠損を伴う神経発達障害
CACNA1C, LEU657PHE
てんかん発作を伴う筋緊張低下、言語遅滞、骨格欠損を伴う神経発達障害（NEDHLSS; 620029）を有する15歳の女児（P9）において、Rodanら（2021）は、CACNA1C遺伝子におけるde novoのヘテロ接合性c.1969C-T転移（c.1969C-T, NM_000719）を同定し、leu657-to-phe（L657F）置換をもたらした。この変異はエクソーム配列決定によって発見されたが、gnomADデータベースには存在しなかった。野生型と比較して、L657F変異体はCACNA1Cタンパク質レベルの増加と関連していた。トランスフェクトしたHEK293細胞を用いた電気生理学的パッチクランプ電圧研究では、L657F変異は対照と比較してカルシウム電流の劇的な増加をもたらし、機能獲得効果を示唆した。この患者には心病変はなかった。
0.0014 発作を伴う筋緊張低下、言語遅延、骨格欠損を伴う神経発達障害
CACNA1C、LEU1408VAL
てんかん発作を伴う筋緊張低下、言語遅滞、骨格欠損を伴う神経発達障害（NEDHLSS; 620029）を有する6.8歳の女児（P12）において、Rodanら（2021）は、CACNA1C遺伝子において、leu1408-val（L1408V）置換を生じるde novo heterozygous c.4222C-G transversion（c.4222C-G, NM_000719）を同定した。この変異はエクソーム配列決定によって発見されたが、gnomADデータベースには存在しなかった。CACNA1G（604065）を含む他の遺伝子における変異も同定された。トランスフェクトされたHEK293細胞を用いた電気生理学的パッチクランプ電圧研究では、CACNA1C L1408V変異により、対照と比較して電流密度が全体的に低下し、活性化動態には変化がないことが示された。この患者には心室伝導遅延と微量の心臓弁逆流がみられた。
.0015 ティモシー症候群
CACNA1C, ILE1166THR
Boczekら（2015）は、QT延長とティモシー症候群（TS; 601005）の表現型を伴って3.75歳で死亡した男児において、CACNA1C遺伝子のエクソン27におけるde novo c.3497T-C転移のヘテロ接合性を同定し、その結果、3番目のリピート内の高度に保存された残基においてile1166からthr（I1166T）への置換が生じた。サンガー配列決定により、この変異が両親には存在しないことが確認された。この変異は1000 Genomes ProjectやNHLBIのEVSデータベースにも存在しなかった。異種発現L型カルシウムチャネルの全細胞パッチクランプ解析により、I1166T変異は、活性化における機能獲得シフトを伴う電流密度の全体的な損失を引き起こし、その結果、窓電流が増加することが明らかになった。
.0016 ティモシー症候群
CACNA1C, ARG518CYS
Boczekら（2015）は、QT延長、肥大型心筋症、先天性心欠損、および/または心臓突然死（TS; 601005）を有する2家系（血統1および2）の罹患者において、CACNA1C遺伝子のエクソン12におけるc.1552C-T転移のヘテロ接合性を同定し、疾患と分離するarg518-cys（R58C）置換をもたらした。罹患者はいずれもティモシー症候群の心臓外症状を示さなかった。機能解析の結果、R518C変異体では、電流密度が全体として約60％低下し、窓電流と遅延電流が増加し、電位依存性不活性化が減速してL型カルシウムチャネルが構成的に活性化されるなど、複雑な電気生理学的表現型が生じることが示された。さらに、共焦点イメージングでは、野生型チャネルと比較して、変異型チャネルの割合が細胞の周辺部に対して中心部で高いことが示され、輸送障害の可能性が示唆された。
.0017 ティモシー症候群
CACNA1C, ARG518HS
QT延長、肥大型心筋症、先天性心疾患、および/または心臓突然死（TS; 601005）を有する2人の姉妹と女性のいとこ（血統3）において、Boczekら（2015）は、CACNA1C遺伝子のエクソン12にarg518からhis（R518H）への置換をもたらす変異のヘテロ接合を同定した。罹患した母親と母方の祖父からはDNAが入手できなかった。この家系の罹患者はいずれもティモシー症候群の心臓外症状を示さなかった。機能解析の結果、R518H変異体では、電流密度が全体的に約60％低下し、窓電流と遅発電流が増加するなど、複雑な電気生理学的表現型が生じることが示された。
.0018 ティモシー症候群
CACNA1C, SER643PHE
QT間隔の延長、異形顔貌、知的障害、てんかん発作、および自閉症スペクトラム障害（TS；601005）を有する14歳の日本人男児において、Ozawaら（2018）は遺伝子パネルをスクリーニングし、ドメインIIのS4-S5リンカー内の高度に保存された残基において、CACNA1C遺伝子のde novo ser643-to-phe（S643F）置換のヘテロ接合性を同定した。サンガー配列決定により、この変異が、罹患していない両親や兄弟姉妹に存在しないことが確認され、1000 Genomes ProjectやNHLBIのEVSデータベースにも存在しなかった。患者は13歳のときに心停止を経験し、その後、torsades de pointesと心室細動の再発を繰り返し、除細動器を装着した。異種発現系での機能解析では、野生型CACNA1Cと比較して、S643F変異体では後期CaV1.2電流の増加とピーク電流の顕著な減少が示された。不活性化ゲーティングを評価したところ、S643Fチャネルでは電圧依存性の不活性化が著しく低下し、最大で38～42％の不活性化レベルを示し、完全な不活性化状態に達することはなかった。
.0019 ティモシー症候群
CACNA1C, GLU1115LYS
QT延長、徐脈、てんかん発作、自閉スペクトラム症（TS; 601005）を有する14歳の少年において、Yeら（2019）は13遺伝子のQT延長症候群パネルを解析し、DIII-S5/S6孔領域内の高度に保存された残基におけるCACNA1C遺伝子のglu1115-to-lys（E1115K）置換のヘテロ接合性を同定した。この変異は、罹患していない母親や異父兄弟、あるいはgnomADデータベースには見いだされなかった。機能解析の結果、この変異は内在性カルシウムチャネル活性を消失させ、L型カルシウムチャネルを非選択性1価カチオンチャネルに変換し、ピークおよび持続性の内向きナトリウム電流および外向きカリウム/セシウム電流の両方が顕著に増加することが示された。
.0020 重要性不明の変異体
CACNA1C, LEU566PRO
この変異型は、高インスリン血性低血糖症（256450を参照）への寄与が確認されていないため、意義不明の変異型に分類されている。
非症候性先天性高インスリン血症性低血糖を有する17歳の女児において、Kummerら（2022）は、CACNA1C遺伝子のエクソン13におけるc.1679T-C転移（c.1679T-C、NM_000719.6）のヘテロ接合性を同定し、その結果、第2ドメインのS2-S3リンカー内の高度に保存された残基においてleu566からpro（L566P）への置換が生じた。この変異は、罹患していない母親にも、1000 Genomes ProjectやgnomADのデータベースにも認められなかった。死亡した父親のDNAは入手できなかった。この患者の血液と頬から採取した綿棒のDNAをサンガー配列決定したところ、特定の組織に限定された低悪性度モザイクの徴候は認められなかった。この患者はまた、グルコース調節障害に関連する遺伝子であるALMS1（606844）とETFB（130410）に意義不明の2つのヘテロ接合型変異を有していた。生後8ヵ月に一晩絶食後、全身てんかん発作を起こした。その後の入院中に低血糖の再発が記録され、代謝評価では高インスリン血症性低血糖の典型的なプロフィールが示された。心エコーは正常であり、そのままであった。心電図検査では、QTc間隔は正常または正常の上限の範囲であり、QTc延長は2回のみであった（1回はニフェジピンによる治療中）。CACNA1C L566P変異チャネルの電気生理学的特性は、Xenopus卵母細胞を用いたボルテージクランプ記録によって、ピーク電流振幅の減少による機能喪失と、速度低下、電圧依存性の変化、不活性化の定常状態の減少など、電圧依存性不活性化の障害による多様な機能獲得効果が明らかになった。技術的な問題から、変異チャネルの結果を検証するためのβ細胞モデルを確立することができなかった。著者らは、ティモシー症候群（601005）を有し、低血糖エピソードを報告した5人の患者のカルテを検討したが、それらのエピソードは先天性高インスリン血症よりも生化学的に多様であるようであることを指摘した。
プロフィール
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
