Familial hypocalciuric hypercalcemia is a genetically heterogeneous disorder with three variants: types 1, 2, and 3. Type 1 is due to loss-of-function mutations of the calcium-sensing receptor, a guanine nucleotide–binding protein (G-protein)–coupled receptor that signals through the G-protein subunit α11 (Gα11). Type 3 is associated with adaptor-related protein complex 2, sigma 1 subunit (AP2S1) mutations, which result in altered calcium-sensing receptor endocytosis. We hypothesized that type 2 is due to mutations effecting Gα11 loss of function, since Gα11 is involved in calcium-sensing receptor signaling, and its gene (GNA11) and the type 2 locus are colocalized on chromosome 19p13.3. We also postulated that mutations effecting Gα11 gain of function, like the mutations effecting calcium-sensing receptor gain of function that cause autosomal dominant hypocalcemia type 1, may lead to hypocalcemia.

Rationale: The calcium-sensing receptor (CaSR) regulates serum calcium concentrations and common single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a carboxyl terminal tri-locus haplotype block contribute to serum calcium variance in the general population. Altered serum calcium concentrations are associated with coronary artery disease (CAD), but direct role for CaSR in CAD remains to be determined. Methods: We evaluated the associations of serum calcium and common CASR SNPs or the tri-locus haplotype block with major diseases including CAD in 51,289 patients from the DiscovEHR cohort derived from a single US health care system. Results: Serum calcium concentrations were positively associated with the risk of CAD, and this risk was modified by common CASR SNPs. The Ala986Ser SNP was positively associated with hypercalcemia. Carriers of Ala986Ser had a significantly increased CAD risk whereas Arg990Gly carriers had a reduced risk relative to the reference SNP, for those with albumin-corrected serum calcium from 8.5-9.5 mg/dL. In the context of the tri-locus haplotype, the reduced CAD risk conferred by Arg990Gly remained significant. Analysis of the association of common CASR SNPs with CAD risk factors showed Arg990Gly was negatively associated with the CAD risk factor of chronic kidney disease, but independent of alterations in lipids, hemoglobin A1c, or blood pressure. Conclusions: This study compares the common approach of single SNP analysis with the impact of a common variant haplotype block and refocuses attention on the CaSR Arg990Gly SNP which reduces the risk of CAD over a specific range of median albumin-corrected calcium concentrations.

Abstract Mutations of the adaptor protein-2 sigma subunit ( AP2S1 ) gene which encodes AP2σ2, a component of the ubiquitous AP2 heterotetrameric complex involved in endosomal trafficking of the calcium-sensing receptor (CaSR), cause familial hypocalciuric hypercalcemia type 3 (FHH3). FHH3 patients have heterozygous AP2S1 missense Arg15 mutations (p.Arg15Cys, p.Arg15His or p.Arg15Leu) with marked hypercalcemia and occasional hypophosphatemia and osteomalacia. To further characterise the phenotypic spectrum and calcitropic pathophysiology of FHH3, we used CRISPR/Cas9 genome editing to generate mice harboring the AP2S1 p.Arg15Leu mutation, which causes the most severe FHH3 phenotype. Heterozygous ( Ap2s1 +/L15 ) mice were viable, and had marked hypercalcemia, hypermagnesemia, hypophosphatemia, and increased plasma concentrations of parathyroid hormone, fibroblast growth factor 23 and alkaline phosphatase activity, but normal pro-collagen type 1 N-terminal pro-peptide and 1,25 dihydroxyvitamin D. Homozygous ( Ap2s1 L15/L15 ) mice invariably died perinatally. The AP2S1 p.Arg15Leu mutation impaired protein-protein interactions between AP2σ2 and the other AP2 subunits, and the CaSR. Cinacalcet, a CaSR allosteric activator, ameliorated the hypercalcemia and elevated PTH concentrations, but not the diminished AP2σ2-CaSR interaction. Thus, our studies have established a mouse model with a germline loss-of-function AP2S1 mutation that is representative for FHH3 in humans, and demonstrated that cinacalcet corrects the abnormalities of plasma calcium and PTH.