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02/06

2021年2月10日(予定)NHKクローズアップ現代でNIPTに関して放送されます。
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07/02

週間新潮掲載の記事がヤフーニュースに掲載されました。
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news.yahoo.co.jp/articles/a87aec43a59f8b0c15009b6f64bdf48de9559e27

yahooニュース「新型出生前診断」の拡大で”ビジネス化”加速の懸念 儲けに走るクリニックの手口

07/02

www.dailyshincho.jp/article/2020/07020559/?all=1&page=1

新型出生前診断」の拡大で“ビジネス化”加速の懸念 儲けに走るクリニックの手口

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PTEN遺伝子

遺伝子名: PHOSPHATASE AND TENSIN HOMOLOG; PTEN
別名: 
染色体: 10
遺伝子座: 10q23.31
遺伝カテゴリー: Syndromic–Rare Single Gene variant-Functional
関連する疾患:{Glioma susceptibility 2} 613028
{Meningioma} 607174 AD
Cowden syndrome 1 158350 AD
Lhermitte-Duclos syndrome 158350 AD
Macrocephaly/autism syndrome 605309 AD
Prostate cancer, somatic 176807

omim.org/entry/601728

PTEN遺伝子の機能

PTEN遺伝子にコードされているタンパク質は、ホスファチジルイノシトール-3,4,5-三リン酸3-ホスファターゼである。テンシン様ドメインと、二重特異性タンパク質チロシンホスファターゼに類似した触媒ドメインを含んでいる。
PTEN遺伝子は、ユビキタスに発現する腫瘍抑制剤である二重特異性ホスファターゼをコードしており、脂質ホスファターゼ活性によってPI3Kシグナル伝達経路に拮抗し、タンパク質ホスファターゼ活性によってMAPK経路を負に制御する(Pezzolesiら2007年)。

S. cerevisiaeでは、cdc14遺伝子は細胞周期の進行に必須である。cdc14の作用点を解析すると、このタンパク質は核分裂後期に作用し、その後の細胞周期においてDNA複製の準備に役割を果たしている可能性がある。Liら(1997)は、ヒトのcdc14のホモログとして、PTEN、CDC14A(603504)、CDC14B(603505)を同定した。しかし、配列解析の結果、PTENは酵母の異なるオープンリーディングフレームであるYNL128Wとより密接に関連していることがわかった。PTENを発現させたプラスミドは、cdc14変異酵母を補完できなかった。組換えPTENは、in vitroで二重特異的ホスファターゼ(602038参照)の動力学的特性を示した。

LiとSun(1998)は、PTENの発現がヒト膠芽腫細胞の成長と腫瘍化を強力に抑制することを示した。PTENの成長抑制活性は、G1期における細胞周期の進行を阻害する能力によってもたらされた。この研究では、PTENの腫瘍抑制因子が、PI3K(171834参照)/Akt(164730)シグナル経路を負に制御することで、G1細胞周期の進行を調節していること、また、このシグナルプロセスの重要な標的の1つが、サイクリン依存性キナーゼ阻害剤であるp27(KIP1)(600778)であることが示唆された。

低酸素と成長因子は、血管新生の重要な調節因子である。Zundelら(2000)はイムノブロット分析により、変異型PTENを持つ神経膠芽腫細胞株に野生型PTENを発現させると、低酸素およびIGF1(147440)によって誘導されるAKT1のリン酸化およびキナーゼ活性が阻害されることを明らかにした。PTENの発現は、血清枯渇や低酸素症とは異なり、トリチウム-チミジンの取り込みで測定されるDNA合成を完全に阻害することはできなかった。神経膠芽腫の細胞株は、PTENの発現の有無にかかわらず、低酸素症、血清欠乏症、放射線照射によるアポトーシス誘導に対して高い抵抗性を示したことから、これらの腫瘍にはさらなる抗アポトーシス変異が存在することが示唆された。ノーザンブロット解析によると、PTENの発現は、血管新生に関与する低酸素誘導性遺伝子である内因性VEGF(192240)、COX1(176805)、PGK1(311800)、PFK(610681など参照)の発現を阻害した。AKTとは対照的に、PTENの発現はまた、低酸素によるHIF1A(603348)の安定化を完全に抑制した。Zundelら(2000)は、PTENの欠損は、AKT活性とHIF1制御遺伝子の発現の調節を介して、腫瘍の拡大に寄与していると提唱した。

Dahiaら(1999)は、一連の原発性急性白血病、非ホジキンリンパ腫(NHL)、および細胞株におけるPTENを分析した。調査した細胞株の大半がPTENの異常を持っていた。40%の細胞株にはPTENの変異またはヘミ接合型の欠失が認められた。3分の1の細胞株ではPTENの転写レベルが低く、そのうち60%ではPTENタンパク質が低いか、存在しなかった。原発性血液悪性腫瘍、特に非ホジキンリンパ腫では、PTENの変異が見られたのは少数であった。PTENとリン酸化Aktのレベルは、検査したサンプルの大部分で逆相関しており、PTENがホスファチジルイノシトール3,4,5-三リン酸を制御し、アポトーシスに役割を果たしている可能性が示唆された。

Tamuraら(1998)は、PTENを過剰に発現させると細胞の移動が阻害されるのに対し、アンチセンスPTENは移動を促進することを見出した。インテグリンを介した細胞の広がりとフォーカルアドヒージョンの形成は、野生型のPTENでは抑制されたが、不活性なホスファターゼドメインを持つPTENでは抑制されなかった。PTENはフォーカルアドヒージョンキナーゼであるFAK(600758)と相互作用し、FAKのチロシンリン酸化を抑制した。FAKの過剰発現は、PTENの効果を部分的に相殺した。このように、PTENリン酸化酵素は、細胞外マトリックスと細胞の相互作用を負に制御することで、腫瘍抑制因子として機能している可能性がある。

Cantley and Neel (1999)は、PTENがホスホイノシチドの3位を脱リン酸化することで、細胞の成長と生存を制御するPI3Kシグナル伝達経路を負に制御することを示す報告をレビューした。

Gimmら(2000)は、特異的なモノクローナル抗体を用いて、ヒトの発生過程におけるPTENの時間的・空間的な発現パターンを調べた。その結果、Cowden症候群やBannayan-Riley-Ruvalcaba症候群(CWS1;158350)に関与することが知られている組織(皮膚、甲状腺、中枢神経系など)で主に高レベルのPTENの発現が観察された。さらに、末梢神経系、自律神経系、上部消化管にも発現が認められた。

Mutterら(2000)は、正常なヒト子宮内膜におけるPTENの発現を、生理学的レベルのステロイドホルモンの変化に応じて調べた。RT-PCRで評価したPTENのRNAレベルは、増殖期の子宮内膜に比べて分泌期の子宮内膜で数倍に増加した。エストロゲンの影響を強く受ける月経周期の初期には、増殖期の子宮内膜では細胞質および核内にPTENが遍在的に発現していた。中期分泌期には、上皮性PTENは枯渇していたが、乳房変化を起こしている間質細胞の細胞質では劇的に増加していた。著者らは、子宮内膜のPTEN発現のホルモンによる変化には、間質細胞と上皮細胞のコンパートメントが寄与しており、ホルモンの異常な状態は、この組織におけるPTEN発現の正常なパターンを乱す可能性があると結論づけている。

Stambolicら(2001年)は、ヒトゲノムのPTEN遺伝子座を調査し、PTEN遺伝子の直接上流にp53(191170)結合要素を同定した。欠失および突然変異の解析により、この要素がp53によるPTENの誘導性トランザクティヴ化に必要であることが示された。また、PTENの構成的な発現を制御するp53とは無関係の要素も同定された。p53変異細胞とは対照的に、野生型のp53を持つ初代細胞株や腫瘍細胞株では、p53を誘導することでPTENのmRNAレベルが上昇した。PTENは、不死化したマウス胚性線維芽細胞におけるp53を介したアポトーシスに必要であった。

Di Cristofano and Pandolfi (2000)は、腫瘍抑制におけるPTENの複数の役割について概説している。

Wengら(1999)は、MCF-7乳がん細胞でPTENを過剰に発現させると、G1停止後に細胞死が起こることを示した。Wengら(2001)は、低濃度の成長因子で培養したMCF-7乳がん細胞のPTENを介した細胞死が増加することを示した。カスパーゼ-9(602234)特異的阻害剤であるZVADは、細胞周期分布に対するPTENの効果を変化させることなく、PTENによる細胞死を阻止した。下流のプロテインキナーゼであるドミナントネガティブAkt(164730)の過剰発現は、PTENの過剰発現よりも多くの細胞死を誘導したが、細胞周期への影響は少なかった。著者らは、MCF-7乳がん細胞において、PTENの過剰発現によって誘導されるアポトーシス細胞は、G1-arrested細胞に由来するものではないと考えた。さらに、PTENによる細胞死の効果はPI3K/Akt経路を介しているが、PTENを介した細胞周期の停止はPI3K/Akt依存性と非依存性の両方の経路に依存しているとの仮説を立てた。

Wuら(2000)は、PTENのC末端のTKV配列がMAGI3(615943)のPDZドメイン2と相互作用することを、酵母2ハイブリッドや欠失解析により発見した。HEK293細胞に共導入したところ、野生型のPTENはMAGI3と共沈したが、TKV変異型のPTENは共沈しなかった。MAGI3は、特にPTENの発現量が少ない条件下で、PTENがAKTキナーゼ活性を制御する能力を高めることがわかった。

10種類の甲状腺癌細胞株の中で、Wengら(2001)は、PTENがヘミ接合で欠失し、残りの対立遺伝子スプライスバリアントがある濾胞性甲状腺癌(FTC;188470)の株を1つ見つけた。FTC株を含む4株はPTEN mRNAを低レベルで発現していた。7つの甲状腺がん細胞株にPTENを一時的に発現させたところ、高分化型の甲状腺乳頭がん2株(PTC)ではG1停止、残りの5株(FTC3株、低分化型PTC1株、未分化型甲状腺がん1株)ではG1停止と細胞死の両方が認められたという。リン酸化されたAktのレベルは、内因性のPTENタンパク質のレベルと逆相関しており、PTENの過剰発現は、分析したすべての細胞でAktのリン酸化を阻害した。著者らは、甲状腺がんにおけるPTENの不活性化には、mRNAレベルでのPTENの発現低下が関与している可能性があり、PTENは細胞周期の進行のみ、あるいは細胞周期の進行と細胞死の両方を阻害することで、甲状腺がんに対する腫瘍抑制効果を発揮するのではないかと考えた。

Wengら(2001)はさらに、野生型PTENを過剰発現させると、細胞周期進行の阻害、p27(600778)の存在量の増加、サイクリンD1(168461)のタンパク質レベルの低下、Aktのリン酸化の抑制を通じて、細胞の成長を抑制することを明らかにした。一方、ホスファターゼ・デッド変異であるcys124→ser(C124S;601728.0023)を発現させると、細胞の成長が促進され、p27の存在量、サイクリンD1のレベル、Aktのリン酸化には逆の効果が見られた。gly129-to-glu変異(G129E; 601728.0001)は、プロテインホスファターゼ活性のみを保持しており、C124Sと同様の挙動を示したが、前者は野生型PTENと同様にサイクリンD1レベルが低下した。著者らは、PTENの成長抑制効果は、脂質ホスファターゼ依存性および非依存性の活性を介して発揮されるが、おそらく、プロテインホスファターゼ活性と脂質ホスファターゼ活性の両方が協調して作用しているのではないかと結論づけている。

別の研究では、Wengら(2001)が、乳がんモデルにおいて、PTENがインスリンシグナル伝達経路において独自の役割を果たしていることを示した。上皮性乳癌細胞に野生型PTENを異所性に発現させると、様々な成長因子の刺激に応じたAktのリン酸化が普遍的に阻害され、インスリン(176730)やインスリン様成長因子1(IGF1)で刺激されたMEK(600982)/外分泌シグナル調節キナーゼ(ERK、600997)のリン酸化が選択的に阻害された。後者の場合、インスリン受容体基質1(IRS1; 147545)のリン酸化とIRS1とGrb2(108355)/Sos(182530)の会合が減少したが、インスリン受容体とShc(600560)のリン酸化状態やShc/Grb2複合体の形成には影響を与えなかったという。MEK阻害剤のPD980059は、PI3K阻害剤のwortmanninではなく、PTENのインスリン刺激による細胞増殖への影響を消失させた。著者らは、PTENがIRS1のリン酸化やIRS1/Grb2/Sos複合体形成を阻害することで、インスリン刺激に対するMAPKのリン酸化をブロックし、その結果、サイクリンD1のダウンレギュレーション、細胞周期の進行抑制、細胞増殖の抑制につながるのではないかと考えた。

PTEN遺伝子の変異は、良性から最も悪性の形態に至るまでの脳腫瘍の進行を伴う。腫瘍の進行、特に侵攻性の悪性腫瘍では、血管新生の誘導と関連しており、このプロセスは血管新生スイッチと呼ばれている。Wenら(2001)は、PTENが、ホスホイノシチド依存性シグナルの制御を介して、腫瘍による血管新生とグリオーマの悪性表現型への進行を制御することを示すデータを報告した。

Wishartら(2001)は、PTENとmyotubularin(300415)のホスホイノシチドホスファターゼについてレビューしている。ホスホイノシチドは、様々な細胞内シグナル伝達プロセスにおいて重要な役割を果たしている。イノシトール脂質のセカンドメッセンジャーを産生するキナーゼの同定には多大な努力が払われてきたが、これらのキナーゼに対抗するホスファターゼの研究は限られていた。PTENやmyotubularinのような新規の脂質ホスファターゼの同定、それらの生理的基質、シグナル伝達経路、ヒト疾患との関連性などの研究に焦点が当てられている。Wishartら(2001年)は、ホスホイノシトールを介した細胞内シグナル伝達を制御するこれらの酵素の役割を明らかにするために、モデル生物での遺伝子解析と併せてバイオインフォマティクスの有用性を指摘している。

Gタンパク質と連動したシグナル伝達経路によって感知された化学吸着物質の浅い勾配によって、PI(3,4,5)P3に特異的なPHドメインが膜上の部位に局在的に結合し、細胞骨格の再編成や仮足の伸長が起こる。Iijima and Devreotes (2002)は、Dictyostelium discoideumのPTENを破壊すると、PHドメインの再配置とアクチン重合反応が劇的に延長・拡大し、PTENを欠損した細胞は誘引物質に向かって回り道をするようになることを示した。PTEN-GFPを外因性に発現させると、細胞後部の表面膜に局在した。膜への局在には、推定上のPI(4,5)P2結合モチーフが必要であり、化学走性にも必要であった。これらの結果から、特定のホスホイノシチドがアクチン重合を細胞の前縁部に誘導し、PTENの制御が勾配感知と方向性のある移動に重要な役割を果たしていることが示唆された。

Funamotoら(2002)は、化学的に移動するDictyosteliumの細胞における前縁形成のメカニズムを調べた。その結果、PI3Kは化学誘引物質の刺激に応答して細胞膜に移動し、化学的に移動する細胞のリーディングエッジに移動するが、PI3K経路の負の制御因子であるPTENは、逆のパターンで局在することが明らかになった。船本ら(2002)は、PI3Kを細胞膜に沿って一様に局在させることで、化学走性経路が細胞の側方に沿って活性化され、PI3Kが仮足形成を開始することを示し、前縁形成におけるPI3Kの直接的な指示役割の証拠を示した。これらの発見は、PI3KとPTENの細胞内での局在と活性化の違いが、適切な化学走性に必要であることを示す証拠となった。

ヴォールトは、MVP(605088)とヴォールトRNA(VTRNA1-1; 612695)を主成分とする細胞質内の大きなリボ核タンパク質である。Yuら(2002)は、酵母2ハイブリッド法を用いて、PTENがMPVと相互作用することを示した。内在性のPTENは、HeLa細胞から分離したボールト粒子と結合した。共免疫沈降分析により、PTENとMVPの相互作用が確認された。欠失解析により、相互作用する領域はPTENのC2ドメインとMVPのEF-ハンドモチーフにマッピングされた。この相互作用は、チロシンリン酸化とは無関係であるが、カルシウムを必要とし、MVPのEF-ハンドモチーフがカルシウムによって構造変化することと一致した。

Waite and Eng (2002)は、PTENの包括的なレビューを行い、PTEN hamartoma-tumor syndrome (PHTS)の概念について述べている。彼らは、若年性ポリポーシス症候群(174900)はPHTSではないと結論づけたデータをレビューした。

Nakamuraら(2000)は、PTEN欠損の腫瘍細胞株を解析することにより、PTEN欠損がFKHR(136533)の細胞質への異常な局在化を引き起こすことを明らかにした。PTENの発現を回復させると、FKHRは核に戻り、転写活性化が回復した。著者らは、FKHRがPTEN関連機能のエフェクターであることを示す証拠として、PTENによるアポトーシスを受ける細胞でFKHRがアポトーシスを誘導し、PTENによる細胞周期の停止を受ける細胞でFKHRがG1停止を媒介することを明らかにした。

Modurら(2002)は、FKHRとFKHRL1(602681)の両方が正常な前立腺で高発現していることを発見した。彼らはまた、PTEN欠損前立腺癌細胞株では、FKHRとFKHRL1は細胞質に隔離されて不活性であり、プロアポトーシスエフェクターであるTRAIL(603598)の発現が低下していることを指摘した。Modurら(2002)は、TRAILがFKHRL1の直接の標的であることを明らかにし、PTENの喪失が、FKHRおよびFKHRL1の転写活性の低下、続いてTRAILの発現低下およびアポトーシスの減少を通じて、腫瘍細胞の生存率の向上に寄与しているという仮説を立てた。

Wengら(2002)は、MCF-7乳がん細胞に野生型PTENを過剰発現させると、リン酸化によってDNA結合能が制御される転写因子であるETS2(164740)のリン酸化がホスファターゼ活性に依存して減少することを示した。MCF-7細胞をインスリン、IGF1、上皮成長因子(EGF;131530)に曝すと、ETS2がリン酸化されることがある。MEK(MAP2K1;176872)阻害剤であるPD590089は、インスリン刺激によるETS2のリン酸化を阻害した。一方、PI3K阻害剤であるLY492002は、インスリン刺激によるETS2のリン酸化に影響を与えなかった。PTENを過剰発現させると、ETS2の作用標的であるuPA Ras-responsive enhancer (PLAU1; 191840)の活性化が、インスリンの有無にかかわらず、リン酸化酵素依存的に阻害された。著者らは、PTENがPI3Kとは独立してMAPキナーゼファミリーのERKメンバーを阻害することで、インスリン刺激によるETS2のリン酸化を阻害している可能性を示唆している。また、ETS2のリン酸化状態に対するPTENの効果は、PTENのプロテインホスファターゼ活性を介して行われている可能性も考えられる。

骨形成タンパク質(BMP)の1A型受容体をコードする遺伝子であるBMPR1A(601299)の生殖細胞変異が、Cowden症候群、またはCowden様症候群(601299.0005)を持つまれな家族で見つかっており、BMPシグナルとPTENの間に関連がある可能性が示唆されている。WaiteとEng(2003)は、BMP2(112261)への曝露により、乳がん細胞株MCF-7のPTENタンパク質レベルが上昇することを見出した。PTENタンパク質の増加は急激であり、新たなタンパク質合成の増加によるものではなかったことから、BMP2の刺激がPTENタンパク質の分解を抑制したことが示唆された。MCF-7細胞をBMP2で処理すると、PTENと分解経路にある2つのタンパク質、UBE2L3(603721)およびUBE2E3(604151)との会合が減少した。著者らは、BMP2の曝露がPTENの分解経路との結合を減少させることでPTENタンパク質量を調節している可能性を示唆しており、BMPR1AがPTEN変異陰性のカウデン症候群のマイナーな感受性遺伝子として機能している可能性を説明している。

GoberdhanとWilson(2003)は、PTENの機能について概説している。

PTENの不活性化とVEGFの過剰発現は、高悪性度悪性グリオーマで観察される最も一般的な事象の2つである(137800参照)。Gomez-Manzanoら(2003)は、正常酸素状態のグリオーマ細胞にPTENを導入すると、分泌されるVEGFタンパク質のレベルが転写レベルで42〜70%低下することを示した。PTENは、転写因子HIF1-αの抑制とPI3Kの阻害を介してVEGFに作用していると考えられた。また、PTENの発現が増加すると、培養中の神経膠腫活性化内皮細胞の成長と移動が阻害された。

Raftopoulouら(2004)は、PTENが脂質ホスファターゼ活性とは無関係に、そのC2ドメインを通じて細胞の移動を阻害することを明らかにした。この活性は、PTENのプロテインホスファターゼ活性と、スレオニン-383という1つの残基での脱リン酸化に依存している。Raftopoulouら(2004)は、C2ドメインを介して細胞の移動を制御するPTENの能力は、その腫瘍抑制活性の重要な特徴である可能性が高いと示唆している。

Nagataら(2004)は、PTENが腫瘍形成に拮抗するだけでなく、ERBB2(164870)に対するヒト化モノクローナル抗体であるトラスツズマブ(ハーセプチン)による標的療法に対して乳がんを感作することを示した。著者らは、トラスツズマブの抗腫瘍作用のメカニズムを明らかにし、耐性のメカニズムの解明につながるデータを提供した。彼らは、トラスツズマブがERBB2受容体に結合すると、がん抑制因子であるPTENを安定化・活性化させ、その結果、PI3K/Aktシグナル経路をダウンレギュレートすることを示した。PTENの発現が低下または無効になると、この一連のイベントが中断され、トラスツズマブの抗腫瘍効果が損なわれる。Nagataら(2004)は、少数の患者において、PTENの低レベルの存在がトラスツズマブ治療への不応性と相関することを確認した。Pandolfi (2004)は、PTENレベルを増強する薬剤やその他の戦略を用いて、この情報を利用する方法を議論した。

Okaharaら(2004)は、PTENのC末端ドメインとGLTSCR2(605691)が直接相互作用することを、酵母2ハイブリッドスクリーニング、組換えタンパク質を用いたin vitroタンパク質結合アッセイ、および内因性タンパク質の共沈法により明らかにした。この相互作用には、GLTSCR2の338から348番のアミノ酸と、PDZドメインを含まないPTENのC-末端部分が必要であった。乳癌細胞においてRNA干渉によりGLTSCR2をダウンレギュレートすると、PTENの分解が促進され、同時にPTENのリン酸化も減少した。PTEN C-terminal tumor-associated mutantは、タンパク質の分解を非常に受けやすく、GLTSCR2と結合できず、リン酸化も減少していた。Okaharaら(2004)は、GTSCR2はPTENと直接相互作用し、そのリン酸化と安定性を促進すると結論づけている。

Sanchezら(2005)は、スフィンゴシン1リン酸(S1P)が哺乳類細胞の移動を阻害するには、EDG5(605111)とRho GTPaseの活性化の下流にPTENがシグナル伝達の中間体として必要であることを発見した。S1PがEDG5を活性化すると、膜コンパートメント内でEDG5とPTENの複合体形成が促進され、EDG5のシグナル伝達によって膜画分中のPTENのリン酸化とそのホスファターゼ活性が増加したという。Sanchezら(2005)は、EDG5がRho GTPase依存的な経路でPTENを制御し、細胞の移動を阻害していると結論づけている。

Chenら(2005)は、マウスの前立腺でTrp53(191170)を条件付きで不活性化しても腫瘍の表現型は得られないが、前立腺でPtenを完全に不活性化すると、長い潜伏期間の後に非致死的な浸潤性前立腺がんが引き起こされることを示した。驚くべきことに、PtenとTrp53を複合的に不活化すると、思春期の2週間後という早い時期に浸潤性前立腺がんが誘発され、7ヶ月齢までには必ず致死的になった。重要なのは、Ptenを不活性化すると、in vitroとin vivoの両方で、p53依存性の細胞老化経路による成長停止が誘導され、これはTrp53の複合欠損によって完全に回復することができたことである。また、Chenら(2005)は、早期の前立腺癌の検体から細胞老化の証拠を検出した。Chenら(2005)は、今回の結果により、in vivoでの腫瘍形成の抑制に細胞老化が関連していることが示され、p53がPten欠損腫瘍の必須のフェイルセーフタンパク質であるという協調的な腫瘍抑制のモデルが支持されたと結論づけている。

Waiteら(2005)は、MCF7乳がん細胞を用いて、レスベラトロール、ケルセチン、ゲニステインなどの植物性エストロゲンを刺激すると、PTENタンパク質レベルが上昇することを示した。また、植物性エストロゲンの刺激により、Akt1 (164730) のリン酸化が減少し、p27 (CDKN1B; 600778) のタンパク質レベルが上昇したことから、PTENの脂質ホスファターゼ活性が活発であることがわかった。一方、PTENの活性によって制御されているMAPK1(176948)のリン酸化とサイクリンD1(CCND1;168461)のレベルは変化しなかった。PTEN mRNAレベルは、植物性エストロゲンで刺激された細胞でわずかに増加したことから、PTENタンパク質の発現増加のメカニズムは、転写に依存している可能性が示唆された。Waiteら(2005)は、植物性エストロゲンの乳がん予防効果のメカニズムは、部分的にPTENの発現増加によるものではないかと仮定した。

Valienteら(2005)は、ヒトPTENのC末端尾部が、ラットのMagi2(606382)、Magi3、Dlg(DLG1、601014)、マウスのSast(MAST1、612256)、Mast205(MAST2、612257)、およびヒトのMAST3(612258)のPDZドメインと結合することを示した。PTENとMagi2の相互作用は、PTENタンパク質の安定性を高め、PTENとMASTキナーゼの相互作用は、これらのキナーゼによるPTENのリン酸化を促進した。

Mehenniら(2005)は、PTENがLKB1(STK11; 602216)と相互作用するタンパク質であることを明らかにした。Peutz-Jeghers症候群(PJS; 175200)に関連するいくつかのLKB1点変異は、PTENとの相互作用を破壊しており、この相互作用の喪失がPJSの原因となっていることが示唆されている。PTENは細胞質に、LKB1は核にそれぞれ存在するが、両者の相互作用によりLKB1は細胞質に再局在化していた。PTENは、in vitroでキナーゼLKB1の基質であることがわかった。PTENは、Bannayan-Riley-Ruvalcaba症候群(BRRS)/Cowden病(158350)など、PJSと同様の表現型を持つ常染色体遺伝性の疾患で変異した二重リン酸化酵素であることから、Mehenniら(2005)は、さまざまな人獣共通ポリポーシス症候群に関与するタンパク質間の機能的なつながりを示唆し、LKB1が小腸の腫瘍抑制因子として中心的な役割を果たしていることを強調した。

Agrawalら(2005年)は、古典的なCS/BRRSおよびCS/BRRSに類似した特徴を持つ患者において、PTEN遺伝子の5つの異なるスプライス部位変異(エクソン3、4、6のスキップをもたらす)の転写および生化学的な結果を特徴づけた。エクソン3、4、6の欠失につながるスプライスサイト変異は、PTENのデュアルホスファターゼ活性を低下させた。エクソン4の欠失では脂質ホスファターゼ活性が著しく低下し、エクソン3の欠失ではタンパク質ホスファターゼ活性が著しく低下した。さらに、エクソン3を欠失させた転写産物とタンパク質は安定しており、野生型のPTENよりも効率的に核に局在していた。一方、エクソン4をスキップすると、転写産物が不安定になり、ホスファターゼドメインを持たない不安定なPTENタンパク質が重度に切断された。

Yilmazら(2006)は、成体の造血細胞でPtenがん抑制遺伝子を条件付きで欠失させた。これにより、数日で骨髄増殖性疾患が発症し、数週間で移植可能な白血病が発症した。Ptenの欠失は、造血幹細胞(HSC)の増殖も促進した。しかし、これは細胞自律的なメカニズムによる造血幹細胞の枯渇につながり、これらの細胞が放射線照射したマウスを安定的に再構成することができなかった。白血病を起こす細胞とは対照的に、造血幹細胞はPtenがなくても自らを維持することができなかった。これらの効果は、ラパマイシンで阻害されることから、ほとんどがmTOR(601231)によって媒介されていた。ラパマイシンは、白血病開始細胞を枯渇させるだけでなく、正常な造血幹細胞の機能を回復させた。Yilmazら(2006)は、正常な幹細胞と癌幹細胞のメカニズムの違いを利用して、正常な幹細胞にダメージを与えずに癌幹細胞を枯渇させることができると結論づけている。

Zhangら(2006)は、骨髄の造血幹細胞のPtenを不活性化すると、短期的には増殖するが、長期的には減少することを示した。これは主に造血幹細胞の活性化が促進されるためである。Ptenを欠損させた造血幹細胞は、レシピエントマウスに正常に移植されたが、造血再建を維持する能力が低下していた。これは、細胞周期の制御障害と骨髄ニッチでの保持力の低下を反映している。また、Pten変異マウスの骨髄では、骨髄系やTリンパ系の割合が増加し、骨髄増殖性疾患が発症した。注目すべきは、PTEN変異体で拡大した細胞集団が、骨髄増殖性障害(MPD)の後期に発症する急性骨髄性/リンパ性白血病で優勢になる細胞集団と一致したことである。したがって、Zhangら(2006)は、PTENが造血幹細胞の活性化の抑制、系統運命の決定、白血病発症の予防に不可欠な役割を果たしていると結論づけた。

Zhaoら(2006)は、内因性に検出される電界と同じ強さの電界が、主要な方向性を示す手がかりとして創傷治癒中の細胞移動を誘導することを示した。内在性の創傷電界を操作すると、生体内の創傷治癒に影響を与える。電界刺激は、Srcとイノシトール-リン脂質シグナルの活性化を引き起こし、細胞の移動方向に偏向させる。注目すべきは、ホスファチジルイノシトール-3-ヒドロキシキナーゼγ(PIK3CG、601232)を遺伝子破壊すると、電界によるシグナル伝達が減少し、電気信号に反応して治癒上皮の方向性を持った動きがなくなることである。PTENを欠損させると、シグナル伝達と電気刺激に対する反応が促進された。Zhaoら(2006)は、電気信号による創傷治癒に不可欠な遺伝子を同定し、PIK3CGとPTENが電気泳動を制御していることを示したと結論づけている。

Okumuraら(2006)は、遺伝子の転写を制御するヒストンアセチルトランスフェラーゼであるPCAF(602303)が、PTENと物理的・機能的に相互作用することを示した。PCAFはPTENのホスホイノシトールリン酸特異性に不可欠な触媒クレフト内のlys125とlys128をアセチル化し、このアセチル化は成長因子の存在に依存していた。ヒト胚性腎臓細胞において、ショートヘアピンRNAを用いて内因性PCAFを減少させると、成長因子に反応してPTENのアセチル化が失われ、PTENを介したPI3KシグナルのダウンレギュレーションやG1細胞周期停止の誘導が回復した。アセチル化抵抗性のPTEN変異体は、PCAFの過剰発現後もPI3Kを制御し、細胞周期の停止を誘導する能力を保持していた。

Takahashiら(2006)は、PTENがNHERF1(SLC9A3R1; 604990)およびNHERF2(SLC9A3R2; 606553)アダプタータンパク質と相互作用することを発見した。PTEN、NHERFタンパク質、PDGFR(PDGFRA; 173490参照)の間で三元複合体が形成され、その結果、PDGF(PDGFA; 173430参照)の結合によりPI3K経路が活性化された。Nherf1 -/-マウス胚性線維芽細胞では、PdgfrによるPI3K経路の活性化が野生型の細胞に比べて延長されており、Nherf1が存在しない場合にPtenのPdgfrへのリクルートがうまくいかないことと一致している。Nherf2を低分子干渉RNAで欠損させると、同様にPI3Kシグナルが増加した。Nherf1を欠損させると、Pdgfによる細胞骨格の再編成と走化性移動が促進された。Takahashiら(2006)は、NHERFタンパク質がPTENをPDGFRにリクルートしてPI3Kの活性化を制限していると結論づけている。

Parsaら(2007)は、ヒトの悪性グリオーマと同等の機能変化を持つように加工したヒトのアストロサイトを用いた研究で、PTENが失われてPI3K経路が活性化されると、PDCD1LG1遺伝子(605402)の発現が転写後に増加することを明らかにした。PDCD1LG1遺伝子の産物であるB7H1のレベルは、神経膠芽腫の標本におけるPTENの欠損と相関しており、腫瘍特異的T細胞は、野生型PTENを発現しているヒト神経膠腫の標的を、変異型PTENを発現している標的よりも効果的に溶解した。Parsaら(2007年)は、神経膠腫における免疫抵抗性は、腫瘍抑制因子であるPTENの欠損に関連しており、B7H1が一部を仲介していると結論づけている。

T細胞性急性リンパ性白血病(T-ALL)の中には、NOTCH1(190198)の活性化を阻害する作用を持つγ-セクレターゼ阻害剤に抵抗性を示すものがある。Palomeroら(2007)は、マイクロアレイ解析を用いて、γセクレターゼ阻害剤耐性T細胞株で最も一貫してダウンレギュレーションされている遺伝子がPTENであることを明らかにした。さらに、これらの耐性細胞株には、PTEN遺伝子に切断型の変異があることがわかった。PTENの機能が失われると、PI3-kinase-AKTシグナル伝達経路が異常に活性化され、γ-セクレターゼ阻害剤に対する耐性が誘導された。正常なマウス胸腺細胞を用いた研究では、Notch1がPtenの発現を下流で制御していることが示された。ショウジョウバエのNotch誘発腫瘍形成モデルでは、NotchシグナルとPI3-kinase-AKTシグナル経路が相乗的に作用した。この結果から、NOTCH1は、正常な胸腺細胞と白血病のT細胞において、PTENの発現とPI3-kinase-AKTシグナル活性を制御する転写ネットワークを制御していることが明らかになった。

Mazurekら(2007)は、リン酸化したGAL3(LGALS3;153619)をGAL3欠損のヒト乳がん細胞株に導入すると、デスドメイン含有受容体を介してデスシグナルを伝達する腫瘍壊死因子ファミリーの一員であるTRAIL(TNFSF10;603598)によるアポトーシス細胞死が促進されることを示した。TRAILの感受性は、下流ではPTENの発現誘導とPI3K/AKT生存経路の不活性化に依存していた。

Wangら(2007)は、プロテインプルダウンアッセイを用いて、PTENがヒト胚性腎臓細胞の内在性NEDD4(602278)と直接相互作用することを示した。E3ユビキチンリガーゼであるNEDD4は、PTENをポリユビキチン化し、その安定性を負に制御していた。

NEDD4は、E3ユビキチンリガーゼであるPTENをポリユビキチン化し、その安定性を制御している。Trotmanら(2007)は、PTENがモノユビキチン化されると核への移動が可能になり、ポリユビキチン化されると細胞質での保持と分解が起こることを発見した。さらに彼らは、lys289とlys13がユビキチン化の標的であり、これらの変異は、強制的なモノユビキチン化によって克服される、恒常的なシャトリング障害をもたらすことを発見した。ヒトやマウスの細胞でNEDD4をノックダウンすると、PTENが細胞質や核周辺に集積することから、NEDD4がPTENのモノビキチン化に必要であることが示唆された。核のPTENは、AKTに拮抗してアポトーシスを引き起こす能力を保持していた。Trotmanら(2007)は、PTENの核内への取り込み能力の維持が、その腫瘍抑制効果に不可欠であると結論づけている。

Drinjakovicら(2010)は、Xenopusの胚において、Ptenが網膜神経節細胞の軸索の樹状化を阻害することを明らかにした。Ptenが樹状突起を形成するためには、プロテアソームによるNedd4の分解、さらにはnetrin-1(NTN1、601614)の分解が必要であることがわかった。

Shenら(2007)は、野生型およびPten欠損型のマウス胚線維芽細胞を用いて、核内のPtenが染色体の完全性の維持に不可欠であることを示した。Ptenはセントロメアに局在し、動原体の不可欠な構成要素であるCenpc(117140)と直接結合していた。Ptenが欠損すると、セントロメアが大きく破壊され、DNA二本鎖切断の修復にも障害が生じる。PtenはRad51(179617)を転写レベルで制御しており、染色体の安定性に寄与していた。

Alvarez-Breckenridgeら(2007)は、ヒト乳がん細胞株でPTENを過剰発現させると、ホスホリパーゼD(602382参照)の活性が上昇し、その結果、ホスファチジン酸が増加し、ホスファチジルコリンが減少することを発見した。研究チームは、PTENがAKT経路の活性化に加えて、PLC(PLCG1;172420参照)-PLDの活性化経路を調節しているという仮説を立てた。

アピカルサーフェスとルーメンの形成は、上皮性器官の形成における基本的なステップである。Martin-Belmonteら(2007)は、Ptenが上皮の形態形成時に頂膜に局在し、3次元のMadin-Darby犬腎臓細胞系での嚢胞形成時に、このドメインでのホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸(PtdIns(4,5)P2)の濃縮を仲介することを示した。基底側表面にPtdIns(4,5)P2を異所的に導入すると、先端側のタンパク質が基底側表面に再局在化することがわかった。Annexin-2 (ANX2; 151740)はPtdIns(4,5)P2と結合し、アピカルサーフェスにリクルートされた。Anx2はCdc42 (116952)と結合し、Cdc42はPar6 (607484)/非定型プロテインキナーゼC (aPKC; 176982参照)複合体をアピカルサーフェスにリクルートした。Pten、Anx2、Cdc42、aPKCの機能を欠損させると、先端面と内腔の正常な発達が阻害されることがわかった。Martin-Belmonteら(2007)は、PTEN、PtdIns(4,5)P2、ANX2、CDC42、aPKCが、アピカルプラズマ膜とルーメンの形成を制御していると結論づけている。

Maoら(2008)は、mTOR(601231)が、腫瘍抑制タンパク質であるFBXW7(606278)と結合することで、ユビキチン化とその結果としての分解の標的となることを示した。ヒトの乳がん細胞株や原発性腫瘍では、FBXW7の欠損とPTENの欠失・変異の間に相互関係が認められ、PTENもmTORを活性化することがわかった。FBXW7の欠損や変異を有する腫瘍細胞株は、ラパマイシン治療に対して特に感受性が高いことから、Maoら(2008)は、FBXW7の欠損がmTOR経路の阻害剤による治療を受けやすいヒトのがんのバイオマーカーになる可能性を示唆している。

Songら(2008)は、PML-RARA(180240)融合癌タンパク質によってPML(102578)の機能が破壊された急性前骨髄球性白血病(APL;612376)では、PTENが異常に局在することを発見した。PML-RARAの分解を誘発する薬剤を投与すると、核内PTENが回復した。PMLは、DAXX(603186)が関与するメカニズムにより、HAUSP(USP7; 602519)のPTENに対する活性を阻害した。共焦点顕微鏡と免疫組織化学によって、HAUSPが前立腺がんで過剰発現していることが明らかになり、HAUSPのレベルは腫瘍の侵襲性やPTENの核の排除と直接相関していることがわかった。Songら(2008)は、PML-HAUSPネットワークがPTENの脱ユビキチン化と細胞内での局在を制御しており、それがヒトのがんでは乱れていると結論づけている。

Zhengら(2008)は、マウスの中枢神経系でp53(191170)とPtenを同時に欠損させると、ヒトの原発性膠芽腫と臨床的、病理的、分子的によく似た、急性に発症する高悪性度の神経膠腫の表現型が現れることを示した。この観察結果を受けて、ヒトの原発性神経膠芽腫におけるTP53およびPTENの変異を解析したところ、予想外にTP53の不活性化変異が多く見られ、またPTENの変異も見られた。マウス神経幹細胞を用いたトランスクリプトミックプロファイリング、インシリコプロモーター解析、および機能的研究の結果、p53とPtenの単独ではなく二重の不活性化により、再生能力の高い未分化な状態が促進され、Myc (190080)タンパク質レベルの上昇とそれに伴うシグネチャーが生じることが明らかになった。p53とPtenの両方を欠損させた神経幹細胞(p53-/Pten-/-)や、このモデルから得られた腫瘍神経球では、Myc活性の上昇が分化障害と再生能力の向上に大きく寄与していることが、機能的な研究から明らかになった。Mycはまた、p53-/Pten-/-腫瘍神経球の強力な腫瘍形成能を維持する役割も果たしている。これらのマウスモデル研究は、ヒト原発性神経膠芽腫におけるトランスクリプトーム/プロモーター研究と合わせて、ヒト原発性神経膠芽腫における共通の腫瘍抑制遺伝子変異プロファイルの病因的役割を検証し、正常および悪性の幹細胞/前駆細胞の分化、自己複製、および腫瘍形成能の制御におけるp53とPtenの協調作用の重要な標的としてMycを確立した。

また、Parkら(2008)は、軸索再生の本質的な阻害要因の役割を検証するため、ウイルスを用いたin vivoコンディショナルノックアウト法により、細胞増殖制御遺伝子を分析した。成体の網膜神経節細胞において、mTOR経路の負の制御因子であるPTENを欠損させると、視神経損傷後の軸索再生が促進された。野生型の成体マウスでは、軸索を切断した網膜神経節細胞でmTOR活性が抑制され、新たなタンパク質合成が損なわれており、これが再生不全の一因になっていると考えられた。mTOR経路のもうひとつの負の制御因子である結節性硬化症複合体-1(TSC1;605284)を条件付きでノックアウトすることで、この経路を再活性化すると、軸索の再生も可能になった。

Kimら(2008)は、Ptenがマウスの網膜色素上皮(RPE)および網膜神経節細胞の軸索に高発現していることを、免疫組織化学的解析により明らかにした。PtenをRPE特異的に欠失させると、RPE細胞は基底側の接着を維持できず、上皮間葉転換(EMT)を起こし、その後、網膜から完全に移動して、光受容体の死滅が進行することがわかった。変異解析の結果、PtenのC末端のPDZ結合ドメインが、RPE細胞の接合構造の維持に不可欠であることがわかった。Ptenの不活性化や接合タンパク質との相互作用の喪失は、Ccr2(601267)-/-マウスや酸化損傷を受けたマウスから分離したRPE細胞でも明らかになったが、いずれも加齢黄斑変性症を示した。Kimら(2008)は、PTENがRPE細胞の正常な機能と、酸化ストレスに対する反応に必須の役割を果たしていると結論づけている。

Maら(2008)は、レポーター遺伝子アッセイとウェスタンブロット解析を用いて、CSIG(RSL1D1; 615874)が、複製老化に必要なPTENとその下流のエフェクターであるp27(KIP1)を負に制御していることを明らかにした。CSIGは、PTENの5-prime UTRの特定のセグメントと間接的に相互作用し、PTENの翻訳を抑制し、その結果、p27(KIP1)が不安定になることがわかった。PTENの発現は、CSIGによるp27(KIP1)の発現と細胞周期の進行に不可欠であった。

Kalaany and Sabatini (2009) は、ヒトのがん細胞株の中には、マウスの異種移植片として成長させたときに、食事制限の抗成長効果に非常に敏感なものと、抵抗性を示すものがあることを示した。食事制限抵抗性の腫瘍を形成するがん細胞株は、ホスファチジルイノシトール-3-キナーゼ(PI3K;PIK3CA、171834参照)経路の構成的な活性化を引き起こす変異を持ち、培養下ではインスリン(176730)やインスリン様成長因子-1(IGF1;147440)の非存在下でも増殖する。食事制限に抵抗性の腫瘍を食事制限に感受性のある腫瘍に変えるには、等質性の癌細胞でPIK3CAの活性化変異アリルを野生型PIK3CAに置換するか、PTEN-null癌細胞株でPTENの発現を回復させることで十分であった。食事制限は、PTENを欠損した前立腺がんモデルマウスには影響を与えなかったが、構成的PI3Kシグナルを欠損した肺がんモデルマウスの腫瘍量を有意に減少させた。KalaanyとSabatini(2009)は、PI3K経路が食事制限に対する腫瘍の感受性を決定する重要な因子であり、この経路の活性化変異が食事制限を模倣した治療法に対するがんの反応に影響を及ぼす可能性があると結論づけている。KalaanyとSabatini(2009)は、FOXO1(136533)の過剰発現が食事制限に対する腫瘍の感受性を高めることも明らかにした。

Huseら(2009)は、MIR26A(MIR26A2; 613057参照)がPTENの発現を直接制御することを示した。MIR26Aは高悪性度グリオーマの一部で過剰発現していたが、これは主にMIR26A2遺伝子座の増幅によるものであり、この遺伝子座はPTENの一重欠損と強く関連するゲノムイベントである。マウスのグリオーマモデルでは、Mir26aはPtenレベルを低下させ、グリオーマの形成を促進した。Mir26aの過剰発現は、Pten遺伝子座のヘテロ接合性の喪失を機能的に代替した。

Fineら(2009)は、PTENと相互作用するタンパク質として、phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate RAC exchanger 2a(PREX2a, 612139)を同定した。PREX2aのmRNAは、ヒトのがん細胞に多く存在し、PTENが野生型で、ホスホイノシチド3キナーゼサブユニットα(PI3Kα)のp110サブユニットをコードするPIK3CAの活性化変異体を発現している腫瘍では、有意に増加していた。PREX2aは、PTENの存在下でのみ、PTENの脂質ホスファターゼ活性を阻害し、PI3K経路を刺激した。PREX2aは細胞の成長を促し、PIK3CA変異体と協力して成長因子に依存しない増殖と形質転換を促進した。PREX2aを欠損させると、リン酸化されたAKTの量が減少し、PTENが存在するヒト細胞株の増殖が抑制された。このことから、Fineら(2009)は、PREX2aがPI3K経路の構成要素であり、がん細胞においてPTENに拮抗する可能性があると結論づけている。

Teresiら(2008)は、SREBP(184756参照)がPPAR-γ(PPARG、601487)のアップレギュレーションを介してMCF-7細胞のPTENタンパク質の発現を誘導することを示した。また、いくつかのスタチンも、PTENのmRNAおよびタンパク質とPPARG活性の両方を誘導した。しかし、SREBPがPPARGの転写活性を利用してPTENの発現を上昇させるのに対し、スタチン系薬剤はPPARGのタンパク質活性を調節し、結果的にPTENの発現を上昇させていると考えられた。

Sathaliyawalaら(2010年)は、Mtor阻害剤であるラパマイシンがマウスのFlt3l(FLT3LG; 600007)による樹状細胞(DC)の発生をin vitroで阻害し、形質細胞系DCと古典的DCが最も深く影響を受けることを明らかにした。また、Pi3k-Mtorの負の制御因子であるPtenを欠損させると、Flt3lによるDCの分化が促進された。生体内のDCでPtenを標的にすると、Cd8(186910参照)陽性の古典的DCやCd103(ITGAE; 604682)陽性の古典的DCが増加したが、これはラパマイシンで元に戻すことができた。Ptenの欠失によるCd8陽性の古典的DC数の増加は、リステリア感染症に対する感受性の増加と相関していた。Sathaliyawalaら(2010年)は、FLT3Lの下流にあるPI3K-MTORシグナルがDCの発生を制御し、PTENによる制限がDCの数とサブセットの構成を最適化すると結論づけている。

Ningら(2010年)は、PTENタンパク質が、精製した運動ニューロンの細胞体と軸索末端に濃縮されていることを発見した。PTENを欠損させると、成長円錐のサイズが大きくなり、軸索の伸長が促進され、生存率が向上した。これらの変化は、活性化されたAKT(164730)やp70S6(608938参照)の増加によって明らかになったように、局所的なタンパク質合成の下流のシグナル伝達経路の変化と関連していた。PTENを除去すると、SMN(600354)欠損運動ニューロンの軸索成長円錐部でβアクチン(102630)タンパク質レベルが回復した。PTENに対する低分子干渉RNA(siPTEN)を発現させたアデノ随伴ウイルス血清型6(AAV6)を、SMNデルタ-7マウスの生後1日目に後肢筋に単回注入すると、PTENが顕著に減少し、運動神経細胞の生存率がしっかりと改善された。

成体の網膜神経節細胞(RGC)におけるPTENまたはSOCS3(604176)のいずれかを個別に欠失させると、有意な視神経再生が促進されるが、クラッシュ損傷後2週間前後で再生が先細りとなる(Parkら、2008;Smithら、2009)。Sunら(2011)は、PTENとSOCS3の両方を同時に欠損させると、驚くべきことに、強固で持続的な軸索の再生が可能になることを示した。さらにSunら(2011)は、PTENとSOCS3が2つの独立した経路を制御し、それらが相乗的に作用して軸索の再生を促進することを示した。遺伝子発現解析の結果、二重欠失によって多くの成長関連遺伝子が誘導されるだけでなく、RGCが損傷後も生理的レベルの遺伝子レパートリーの発現を維持できることが示唆された。Sunら(2011)は、今回の結果から、成人の中枢神経系において長距離の軸索再生を維持するには、mTOR(601231)経路とSTAT3(102582)経路を同時に活性化することが重要であり、これは機能回復に向けた重要なステップであると結論づけている。

Kimら(2011)は、タンデムアフィニティ精製と質量分析を用いて、HEK293細胞においてPTENと相互作用するタンパク質としてリボヌクレアーゼインヒビター1(RNH1; 173320)を同定した。さらにKimら(2011)は、RNH1が核Drosha(RNASEN; 608828)依存的にマイクロRNA-21(MIR21; 611020)の一次転写産物(pri-MIR21)を幹ループ構造の前駆体(pre-MIR21)に加工するのを促進することを発見した。PTENがRNH1と相互作用すると、RNH1とDroshaの相互作用が阻害され、in vitroおよびHEK293細胞でのpri-MIR21のプロセシングが低下することがわかった。Kimら(2011)は、PTENのがん抑制活性は、がん遺伝子として機能する可能性のあるMIR21のプロセシングが阻害されることが一因であると結論づけている。

Signerら(2014年)は、造血幹細胞(HSC)と制限された造血前駆細胞におけるタンパク質合成を比較した。Signerら(2014)は、細胞周期の状態の違いを制御したり、HSCに自己複製分裂をさせたりしても、生体内のHSCで1時間あたりに合成されるタンパク質量は、他のほとんどの造血細胞よりも低いことを発見した。Rpl24の「ベリースポット&テール」ヘテロ接合マウス(Rpl24(Bst/+);604180参照)では、リボソームの機能が低下することで、造血幹細胞のタンパク質合成がさらに低下し、造血幹細胞の機能が損なわれた。Ptenを欠損させると、造血幹細胞のタンパク質合成量が増加するが、造血幹細胞の機能も低下する。Rpl24(Bst/+)細胞は、HSCsにおけるPten欠失の影響を自律的に回復させ、タンパク質合成の増加を阻止し、HSCの機能を回復させ、白血病の発生を遅らせた。Signerら(2014)は、Pten欠乏が造血幹細胞を枯渇させ、白血病を促進するのは、タンパク質合成量の増加が一因であると結論づけ、タンパク質合成量の増加または減少のいずれかが造血幹細胞の機能を損なうと提起した。

PTENの不活性化の継続が悪性腫瘍の維持に必要であるかどうかを明らかにするために、Miethingら(2014)は、時間および組織特異的な方法でPtenをテトラサイクリン依存的に制御できるRNA干渉ベースのトランスジェニックマウスモデルを作成した。生後に造血コンパートメントでPtenをノックダウンすると、高度に播種されたT細胞性急性リンパ性白血病が生じた。注目すべきは、Ptenの再活性化は主にT細胞白血病の播種を減少させたが、造血器官における腫瘍の負荷にはほとんど影響しなかったことである。白血病の腸への浸潤は、Ccr9(604738)Gタンパク質共役型受容体シグナルに依存しており、これはPtenの消失によって増幅された。Miethingら(2014)は、PTENが存在しない場合、Gタンパク質共役型受容体は、支援のない環境で腫瘍の成長と浸潤を促進するという予想外の役割を担っている可能性があると結論づけた。これらの結果はさらに、腫瘍維持におけるPTEN欠損の役割は不変ではなく、組織の微小環境によって影響を受ける可能性があることを明らかにし、それによって、がんの遺伝子型に依存しない腫瘍内の異質性の一形態を生み出している。

Zhangら(2015)は、PTENが正常に発現しているヒトおよびマウスの腫瘍細胞が、脳に播種された後にPTENの発現を失うが、他の臓器に播種されないことを示した。PTENを失った脳転移腫瘍細胞のPTENレベルは、脳の微小環境を離れると回復する。この脳微小環境に依存した可逆的なPTEN mRNAおよびタンパク質のダウンレギュレーションは、脳のアストロサイトからのマイクロRNAによってエピジェネティックに制御されている。メカニズム的には、アストロサイト由来のエクソソームが、PTENを標的とするマイクロRNAの転移腫瘍細胞への細胞間移行を媒介するが、PTENを標的とするマイクロRNAをアストロサイト特異的に枯渇させたり、アストロサイトのエクソソーム分泌を遮断したりすると、PTENの欠損が回復し、in vivoでの脳転移が抑制される。さらに、脳転移腫瘍細胞におけるこの適応的なPTEN欠損は、ケモカインCCL2(158105)の分泌を増加させ、これがIBA1(601833)を発現するミエロイド細胞をリクルートし、増殖の促進とアポトーシスの低下を介して脳転移腫瘍細胞のアウトグロースを相互に増強する。Zhangら(2015)は、彼らの発見により、異なる臓器の微小環境に対応して、転移性腫瘍細胞におけるPTEN発現の顕著な可塑性が示され、適応的な転移性アウトグロースの間の転移性細胞とその微小環境の間の共進化の本質的な役割を裏付けていると結論付けた。

Chenら(2017年)は、CD4リンパ球減少にもかかわらず、ヘテロ接合のPTEN変異を有するPHTS患者の末梢血および粘膜関連リンパ組織(MALT)に見られるFOXP3(300292)陽性の制御性T細胞(Tregs)の頻度は、健常対照者と同様であることを明らかにした。しかし、PHTS患者では、リンパ組織におけるFOXP3陽性細胞の増殖が対照群に比べて増加していた。PHTS患者では、PTENの下流にあるPI3Kシグナルには変化が見られなかった。遺伝子発現、免疫組織化学、免疫沈降法による解析では、ex vivoとin situの両方で、FOXP3陽性細胞に高レベルのPHLPP(609396)とNHERF1が存在することが明らかになった。共焦点顕微鏡では、支持された平面脂質二重膜を用いて、免疫シナプスにおけるFOXP3陽性TregsのPHLPP、PTEN、NHERF1の偏光が示された。Chenら(2017)は、PTENハプロ不全は免疫機能障害をもたらすが、PHLPPの代償活性のため、生体内で正常なTreg細胞の表現型を許容すると結論づけた。

Zhaoら(2017年)は、がんにおける「合成必須」遺伝子:一部のがんでは時折欠失するが、特定の腫瘍抑制因子の欠損の状況下ではほぼ常に保持される遺伝子を特定しようとした。彼らは、このような合成必須遺伝子が、特定の腫瘍抑制因子の欠損を抱えるがんにおいて治療標的となるだろうと考えた。その結果、既知の合成-致死相互作用に加えて、クロマチンヘリカーゼのDNA結合因子であるCHD1(602118)が、PTEN欠損がんにおける合成必須遺伝子と考えられることがわかった。PTEN欠損の前立腺がんや乳がんでは、CHD1を欠損させることで、細胞増殖、細胞生存、腫瘍化能が顕著かつ特異的に抑制された。メカニズム的には、機能的なPTENは、GSK3-β(605004)を介してCHD1のデグロンドメインのリン酸化を促し、β-TrCP(60384)を介したユビキチン化-プロテアソーム経路でCHD1の分解を促進する。逆に、PTENの欠損はCHD1の安定化をもたらし、CHD1はトリメチルリジン-4ヒストンH3(H3K4me3;602810参照)修飾に関与して、原形質転換性TNF(191160)-NF-kappa-B(164011参照)遺伝子ネットワークの転写を活性化する。Zhaoら(2017)は、彼らの研究により、がんにおける新規のPTEN経路が特定され、特定の腫瘍抑制欠損を有するがんにおける「追跡可能な」標的を発見するための枠組みを提供したと結論づけた。

Wangら(2010)は、レスベラトロールがアンドロゲン依存性および非依存性の前立腺がん細胞においてアンドロゲン受容体(AR;313700)の転写活性を阻害し、レスベラトロールがARの阻害を通じてPTENの発現を刺激することを示した。一方、レスベラトロールは上皮成長因子受容体(EGFR; 131550)に直接結合し、EGFRのリン酸化を速やかに阻害し、ARとは無関係にAKTのリン酸化を低下させることがわかった。Wangら(2010)は、レスベラトロールがホルモン抵抗性の末期前立腺がんに対する補助的な治療法になる可能性を提案した。彼らはまた、ARが転写レベルでPTENの発現を制御するメカニズムを示し、核内受容体とPI3K(PIK3A、171834参照)/AKT(AKT1、164730参照)経路の直接的なつながりを示した。

Kuchayら(2017)は、69種類のヒトSCFユビキチンリガーゼ複合体の1つの受容体サブユニットであるFBXL2(605652)がIP3R3(147267)と結合し、ユビキチン、p97(VCP;601023)、プロテアソームを介した分解の対象となり、ミトコンドリアへのCa(2+)流入を制限することを示した。FBXL2ノックダウン細胞およびFBXL2非感受性IP3R3変異体ノックインクローンは、小胞体からの細胞質Ca(2+)放出の増加と、Ca(2+)依存性のアポトーシス刺激に対する感作を示した。Kuchayら(2017年)は、PTENがFBXL2とIP3R3の結合を競合し、Pten-nullマウス胚線維芽細胞およびPTEN-nullがん細胞では、FBXL2依存性のIP3R3の分解が促進されることを発見した。PTEN-null細胞を野生型PTENまたは触媒的に死滅した変異体で再構成すると、IP3R3が安定化し、持続的なCa(2+)動員とアポトーシスが誘導されることがわかった。ヒト前立腺がんでは、IP3R3とPTENのタンパク質レベルが直接相関していた。細胞培養と異種移植モデルの両方において、分解不可能なIP3R3変異体は、PTENの発現が低い、あるいは全くない腫瘍細胞を、可視光照射後に光増感剤がCa(2+)依存性の細胞毒性を引き起こす能力に基づいた光線力学的治療に感応させた。同様に、ゲラニルゲラニルトランスフェラーゼ阻害剤であるGGTi-2418を用いてFBXL2の局在化を阻害すると、異種移植した腫瘍が光線力学療法に感作された。Kuchayら(2017年)は、ミトコンドリアのCa(2+)過多を制限して細胞死を防ぐ新規の分子メカニズムを特定したと結論づけている。注目すべきは、PTEN-deregulated cancerにおけるIP3R3の分解を阻害することが有効な治療戦略を表すという原理的な証明を行ったことである。

Leeら(2019年)は、免疫沈降法に続いて質量分析法を用いて、HECT型E3ユビキチンリガーゼWWP1(602307)を物理的なPTENの相互作用者として同定し、WWP1がPTENの非分解性のK27結合ポリユビキチン化を特異的に誘発して、PTENの二量体化、膜のリクルート、および腫瘍抑制機能をin vivoおよびin vitroの両方で抑制することを明らかにした。WWP1は、前立腺癌、乳癌、肝臓癌などの複数の癌で遺伝的に増幅され、頻繁に過剰発現しており、PTENの多面的な不活性化につながっている。Leeら(2019)は、WWP1がMYC(190080)プロトコジーンによって転写活性化される可能性があり、Myc駆動の前立腺がんモデルマウス(in vivo)とがん細胞(in vitro)の両方でWwp1を遺伝的に枯渇させるとPTENの機能が再活性化され、PI3K-AKT経路の阻害とMYC駆動の腫瘍形成につながることを明らかにした。構造シミュレーションと生化学的分析により、アブラナ科野菜の誘導体であるインドール-3-カルビノール(I3C)が、天然で強力なWWP1阻害剤であることが示された。Leeら(2019)は、MYC-WWP1軸は、PTENおよびPI3Kシグナルの基本的かつ進化的に保存された制御経路であると結論づけている。

PTENP1転写物レベルによるPTEN発現の制御

Polisenoら(2010)は、PTENがん抑制遺伝子とその偽遺伝子PTENP1(613531)が産生するmRNAの機能的関係と、この相互作用がもたらす重要な結果について述べている。Polisenoら(2010)は、PTENP1は、PTENの細胞レベルを調節し、成長抑制の役割を発揮することができるので、生物学的に活性であることを発見した。また、PTENP1遺伝子座がヒトのがんで選択的に失われていることも判明した。Polisenoら(2010)は、この解析を、がん遺伝子KRAS(190070)やその偽遺伝子KRAS1Pなど、偽遺伝子を持つ他のがん関連遺伝子にも拡大した。Polisenoら(2010)は、PTENなどのタンパク質をコードする遺伝子の転写産物が生物学的に活性であることも明らかにし、発現した偽遺伝子がコード遺伝子の発現を制御したり、mRNAの非コード機能を明らかにしたりすることで、新たな生物学的役割を果たしていると結論づけている。

Palら(2012)は、PTEN遺伝子に変異を持つカウデン病と診断された15人の患者と、年齢、性別、BMIをマッチさせた15人の対照群を対象に、インスリン感受性とβ細胞の機能、および体格指標を測定した。インスリン抵抗性の指標は、PTEN遺伝子変異を有する患者では対照群に比べて低く(p = 0.001)、このことは高インスリン血性共役血糖クランプ試験で確認された。AKTリン酸化の増加が対照群に比べて患者に認められたことから、患者のインスリン感受性の増加は、PI3K/AKT経路を介したインスリンシグナルの増強によって説明される可能性があると考えられた(164730参照)。さらに、PTEN遺伝子変異キャリアーは、人口ベースの対照群と比較して肥満であり(pは0.001未満)、この体重増加は、脂肪分布の変化を伴わない脂肪の増加によるものであった。Palら(2012)は、PTENハプロイン・スフェクションは、インスリン感受性の向上により、肥満やがんのリスクは増加するが、2型糖尿病(125853)のリスクは減少すると結論づけている。

PTEN遺伝子の発現

腫瘍が進行すると、遺伝子の変化の数が増えてくる。Liら(1997)は、様々なヒトの腫瘍で高頻度に生じる変化の一つが10q23におけるヘテロ接合性の喪失(LOH)であることを指摘している。低悪性度のグリア腫瘍や早期の前立腺癌ではほとんど見られないが、10q23でのLOHはグリア芽腫(グリア腫瘍の中でも最も進行した形態)の約70%、進行した前立腺癌の約60%に見られる。このようなLOHパターンと、野生型の10番染色体がマウスの神経膠芽腫細胞の腫瘍化を抑制するという知見から、Liら(1997)は、10q23が腫瘍抑制遺伝子をコードしていることを示唆した。彼らは、10q23上のホモ接合性欠失をマッピングすることにより、「Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten」を意味するPTENと呼ばれる癌抑制遺伝子の候補を単離した。予測された403アミノ酸のオープンリーディングフレーム(ORF)の塩基配列を解析したところ、タンパク質チロシンホスファターゼドメインと、ニワトリのテンシン(600076:フォーカルアドヘージョンでアクチンフィラメントと相互作用するタンパク質)およびウシのオーキシリンと相同性のある大きな領域(約175アミノ酸)が見つかった。予備的なスクリーニングにおいて、Liら(1997)は、神経膠芽腫の細胞株および異種移植片の31%(42のうち13)、前立腺癌の細胞株の100%(4のうち4)、乳癌の細胞株および異種移植片の6%(65のうち4)、および原発性神経膠芽腫の17%(18のうち3)にPTENの変異を検出した。PTENの構造が示す相同性から、PTENはプロテインチロシンキナーゼに拮抗することで腫瘍細胞の成長を抑制し、フォーカルアドヒージョンでの相互作用によって腫瘍細胞の浸潤や転移を制御しているのではないかと考えられている。

この遺伝子は、Steckら(1997年)がエクソントラッピングにより独自に単離し、MMAC1(Mutated in multiple advanced cancers-1)と命名したものである。彼らは、ヒト多形性膠芽腫の大多数の症例で発生する10q23-q24に関わる欠失から、この遺伝子の探索を始めた。さらに、4つの神経膠腫細胞株でホモ接合性の欠失が確認されたことで、その位置がより明確になった。MMAC1遺伝子はこれらの欠失にまたがっており、403アミノ酸のORFを持つ5.5kbのmRNAを広く発現している。予測されるMMAC1タンパク質には、プロテインホスファターゼの触媒ドメインや細胞骨格タンパク質であるテンシンやオーキシリンとの相同性が高い配列モチーフが含まれている。MMAC1のコード領域の突然変異は、多くの神経膠腫、前立腺癌、腎臓癌、乳癌の細胞株や腫瘍標本で観察された。Steckら(1997)はまた、MMAC1のマウスおよびイヌのホモログをクローン化した。

SharrardとMaitland(2000)は、RT-PCRを用いて、全長のPTENと、C末端切断型のタンパク質をコードする2つの転写産物(それぞれ345および171アミノ酸)をクローニングした。3つの転写産物はすべて、正常なリンパ球および正常な前立腺上皮細胞株で発現していた。神経膠芽腫や前立腺がんの細胞株では、発現量が少なく、また発現量にばらつきがあった。

Pezzolesiら(2007)は、ヒト、マウス、ラットの比較ゲノム解析により、PTENプロモーターの上流に80%の配列同一性を持つ高度に保存された配列を同定した。この領域は、PTENコアプロモーターの約800bp上流、最小プロモーター領域(-958-821)の1.1kb以上上流の-2181-2176位置にあるカノニックE-box配列(CACGTG)を含んでいた。このモチーフは、bHLH-LZ(basic region-helix-loop-helix-leucine-zipper)転写因子ファミリーのメンバーであるUSF1(191523)およびUSF2(600390)によって認識されることが、in vitroのアッセイで示唆された。レポーターアッセイでは、E-box配列がPTENの転写活性化に関与していることが示された。また、カウデン症候群の患者30人のうち4人に、この領域を含む生殖細胞欠失が見つかっており、シス制御要素の変化が疾患の発症に寄与していることが示唆された。

PTEN遺伝子と自閉症スペクトラムASDとの関係

PTEN遺伝子の変異は、自閉症スペクトラムASDの複数の患者で確認されています。PTEN遺伝子の変異は、自閉症スペクトラムASDと大頭症を持つ人に複数の研究で確認されています(PMIDs 15805158, 18759867, 19265751, 20533527)。PTEN遺伝子には、2012年に単発ASD症例のエクソームシーケンス研究で、O’RoakらのNature 2012 (PMID 22495309)で「病的変異」と分類されたミスセンスバリアント(p.Thr167Asn)と、O’RoakらのScience 2012 (PMID 23160955)でフレームシフトバリアント(p.Cys136MetfsX44)の2つのde novoなイベントが同定されました。Frazierら、2015年にPTENのヘテロ接合変異を持つASD症例を詳細に検討したところ、これらの症例はミスセンス変異の割合が高く、PTENタンパク質レベルの低下を示し、他のグループに比べて白質や認知機能の異常が顕著であることが分かりました(PMID 25288137)。その後、De Rubeis et al., 2014において、Autism Sequencing Consortiumでスクリーニングされた2,270トリオからASDプロバンドにPTEN遺伝子のde novo loss-of-function variantが追加で同定されました(PMID 25363760)。本報告ではさらに、Autism Sequencing Consortium (ASC)のASD症例3,871人と先祖を一致させたまたは父方のコントロール9,937人における希少なコーディングバリエーションの解析により、PTENが0.01 < FDR 0.05と高い統計的有意性を満たす遺伝子として同定され、この遺伝子が真の自閉症遺伝子である可能性が95%であることを意味しています。この遺伝子は、Iossifovらが2015年に、de novoの突然変異の証拠と、コントロールにおける突然変異の不在または非常に低い頻度の組み合わせに基づいて、ASDリスク遺伝子の有力な候補として同定しました(PMID 26401017)。また、PTEN遺伝子の変異は、Cowden症候群(同症候群を持つ人の亜集団が自閉症を発症する疾患)の原因となることから、PTENはsyndromic ASD遺伝子として指定されています(PMID 11496368)。

PON3遺伝子とその他の疾患との関係

カウデン症候群1

Bannayan-Riley-Ruvalcaba症候群(BRRS)は、Cowden症候群(CWS1;158350)とは別の疾患と考えられていたが、BRRSとCowden症候群の特徴は、同じPTEN変異を持つ同一家族内の個人に見られることから、発現が多様で加齢に伴う浸透性を持つ同一疾患であると考えられている(Lachlan et al.

Liawら(1997)は、Cowden病(CD)の5家族のうち4家族で生殖細胞変異を同定した。彼らは、タンパク質のチロシン/二重特異性ホスファターゼドメインを破壊すると予測されるミスセンス(601728.0001)およびナンセンス(601728.0002; 601728.0003)変異を発見した。Nelenら(1997)は、血縁関係のない8家族においてPTEN遺伝子がCowden病遺伝子であることを確認し、CD家系における生殖細胞のミスセンス変異を報告した(例:601728.0005)。

Tsouら(1997)は、PTEN遺伝子座への連鎖が確立されていない23のCD家系においてコード配列の変異が見られなかったことから、Cowden病の遺伝的不均一性が示唆された。彼らは、Cowden病における3つの新規PTEN変異を報告し、これらの変異がCowden病や乳癌と関連していることを示した。また、早期乳癌患者ではPTEN遺伝子の変異が認められなかったことから、このグループではPTEN遺伝子の生殖細胞変異は一般的ではないことが示唆された。

Tsouら(1998)は、カウデン病の非血縁者において、PTEN遺伝子に3つの変異を見出した。これらの変異には、エクソン5のミスセンス変異、エクソンスキップを引き起こすイントロン7のスプライスサイト変異、およびエクソン3のミスセンス変異が含まれていた。また、Tsouら(1998)は、PTENコード配列のエクソン7にまれな多型があることを報告している。

Marshら(1998)は、カウデン病の37家族のうち30家族(81%)でPTENの突然変異を同定した。その中には、ミスセンスおよびナンセンスポイント変異、欠失、挿入、欠失/挿入、スプライスサイト変異が含まれていた。これらの変異は、第1エクソン、第4エクソン、最後のエクソンを除いて、PTENの全長にわたって散見された。カウデン病におけるPTENの変異の「ホットスポット」は、PTPaseコアモチーフを含む第5エクソンに同定され、30人中13人(43%)のカウデン病の変異がこのエクソンで同定された。このように、30個中7個(23%)がコアモチーフ内にあり、そのうちの大部分(7個中5個)がミスセンス変異であったことから、この領域の機能的重要性を示唆していると考えられる。

Kuroseら(1999)は、食道から直腸までの消化管全体に多数の過誤腫性ポリープ状病変を認め、若年性ポリポーシス症候群(JPS;174900)として臨床的に経過観察されていた35歳の日本人男性を対象とした。この患者にはCowden病の特徴である皮膚病変は見られなかったが、PTEN遺伝子の突然変異が探索された。その結果、コドン130の2番目のヌクレオチドにGからAへの移行があり、その結果、arg130からglnへの置換(R130Q; 601728.0017)が生じているヘテロ接合体であることが判明した。この患者の母親と妹はこの変異を持っておらず、父親はカウデン病とは無関係と思われる脳幹梗塞で死亡していた。黒瀬ら(1999)は、この患者を詳しく調べたところ、小さな甲状腺腺腫、右手に数個の乳頭腫性丘疹、そして悪性の可能性があるとして検査されている肺腫瘍を発見した。Waite and Eng (2002)は、この患者をCowden病の症例として分類し、この患者の「古典的な皮膚の特徴」に言及した。

Trotmanら(2007)は、PTENのインポートに不可欠な主要なモノビキチン化部位としてlys13とlys289を同定した。彼らは、K289E変異体タンパク質が正常な活性と膜結合を示したが、変異部位での単重結合を欠き、核から排除されたことを示した。この変異を持つCowden患者の腸管ポリープを免疫組織化学的に染色したところ、野生型PTENを保持している正常な外観の粘膜では、核と細胞質の両方にPTENの染色が認められた。しかし、野生型PTEN対立遺伝子を失った上皮細胞では、PTENが核から排除されていた。

Pezzolesiら(2007年)は、PTEN遺伝子のコーディング領域に点変異を持たないカウデン症候群の患者30人のうち4人に、PTEN遺伝子の5プライムプロモーター領域に関わる生殖細胞欠失を同定した。これらの欠失は、PTEN活性の低下と下流の標的のアップレギュレーションに関連していた。この結果は、シス制御要素の変化が疾患の発症に寄与することを示唆している。

Loboら(2009)は、大腸がん由来のPTENの体細胞変異は、核内でのミスローカリゼーションを伴うことを報告した。これらの変異は、細胞の増殖、アポトーシス、アンカー依存性の成長を変化させ、N末端のホスファターゼドメインのこれまで説明されていなかったATP結合モチーフ(60~73番残基および122~136番残基)に存在することがわかった。野生型PTENとは対照的に、ATP結合モチーフ内にがん関連の体細胞および生殖細胞由来のPTENミスセンス変異(例えば、R130Q、601728.0017参照)があると、ATPを効率的に結合しない変異型PTENが生じる。生殖細胞にATP結合モチーフ変異を持つカウデン症候群患者では、核内のPTENが誤局在していた。生殖細胞系列のATP結合ドメイン変異を持つ4人の血縁関係のない患者のうち、3人の女性患者全員が乳がんを患っていた。Lobo氏ら(2009年)は、PTEN ATP結合ドメインの生殖細胞系および体細胞系の変異は、PTENの核内誤局在化により、シグナル伝達や成長が変化することで、遺伝性および散発性の発がんにおいて重要な病因となる可能性があると結論づけている。

Archら(1997)は、BRRSと診断された患者において、10q23.2-q24.1の間質性欠失を同定した。Archら(1997)は、10q23.2-q24.1の間質性欠失を同定し、この欠失した染色体にはPTEN遺伝子が存在しないことを示した。Archら(1997)は、BRRSとCowden病の間には表現型の重複があり、また同じ染色体上にマッピングされていることから、Cowden病とBRRSは対立関係にあると提唱した。

Balciunieneら(2007)は、Archら(1997)が報告した患者と、認知・行動異常を伴う10q22-q23の欠失を共有する他の2人の患者について説明した。彼らは、10q22.3-q23.32領域を、繰り返し起こる再編成の影響を受けるゲノム領域のリストに加えるべきであると提案した(612242)。彼らは、各家族のブレイクポイントを、欠失の近傍に位置する複雑なローコピー・リピート(LCR)の構成と関連づけた。2つのファミリーの切断点はこれらのLCRの中に位置していたが、Archら(1997)のファミリーの欠失はテロメアのLCRを除去しており、複雑な非連続構造を持っていた。Balciunieneら(2007)は、この領域のLCRが染色体再配列の感受性を高めていると提唱している。

Marshら(1997)は、BRRSの特徴的な血縁関係のない2つの家族の研究において、罹患者が10q22-q23領域のハプロタイプを共有していることを発見し、PTEN遺伝子の突然変異をスクリーニングした。彼らは、ヘテロ接合の生殖細胞変異を同定した。その結果、1家族にR233X(601728.0002)、もう1家族にS170R(601728.0004)というヘテロ接合の生殖細胞変異が確認されました。このR233X変異は、Liawら(1997)が古典的なカウデン病の家族に見いだしたものである。この2つの家族では、10q22-q23の2つの異なるハプロタイプ上に同一の変異が生じており、共通の祖先や創始者効果があったとは考えられません。R233Xを持つCD家系とBRRS家系に共通する臨床的特徴は、大頭症と甲状腺疾患だけであった。

Marshら(1998)は、BRRSを持つ7家族のうち4家族(57%)で生殖細胞のPTEN変異を同定した。これらの変異はいずれもPTPaseのコアモチーフには認められなかった。

Longyら(1998年)は、BRRSの表現型を持つヨーロッパの血縁関係のない4家族の6人にPTENの生殖細胞変異を同定した。彼らは、BRRS患者でこれまでに報告された7つの突然変異のうち4つは、タンパク質が切断されていることを指摘し、BRRSの原因となる欠陥は不活性化突然変異に相当すると結論づけた。Longyら(1998)は、BRRSの表現型に関連する4つの突然変異がPTENのエクソン6に生じているのに対し、この表現型に関連する2つの突然変異がエクソン7に生じていることにも注目した。彼らはこれを、PTENの変異がエクソン1、4、9を除いて遺伝子全体に広がっているカウデン症候群に関連する変異と対比している。

プロテウス様症候群

Zhouら(2000年)は、先天性半側萎縮症、表皮性母斑、大頭症、脂肪腫、動静脈奇形、正常な知性を有する男児を報告した。表現型がプロテウス症候群(176920)と類似していたため,「プロテウス様」症候群という臨床診断が下された。分子解析の結果、この患者の母斑、脂肪腫、動静脈奇形に、ヘテロ接合の生殖細胞R335X変異と、体細胞R130X(601728.0007)変異が確認された。著者らは、2つ目のヒットであるR130Xは、胚発生の初期に発生したものであり、生殖細胞性モザイクの可能性もあるとしている。Cohenら(2003)は、Zhouら(2000)が報告した患者のプロテウス症候群の診断に異議を唱えました。Cohenら(2003)は、いくつかの臨床的特徴が古典的なプロテウス症候群とは一致しないと述べ、「プロテウス様症候群」という用語は役に立たず、混乱を招くと指摘しています。

Loffeldら(2006年)は、カウデン症候群の母親から受け継いだ生殖細胞系PTENミスセンス変異を持つ3歳の男児を報告した。この男児は、広範囲の表皮母斑、大頭症、血管奇形、片方の脚の非対称な肥大、局所的な大指症、腹部の脂肪腫を示した。彼らは、この男児の表皮母斑でPTEN変異のヘテロ接合性の喪失を確認し、PTEN対立遺伝子の野生型喪失を示唆した。

Cauxら(2007年)は、複数のメンバーが典型的なCowden症候群であることが遺伝子解析によって確認された、2つの無関係な家族を報告した。1つの家族の女性プロバントは、分節性過成長、脂肪腫、血管奇形、表皮母斑などの非典型的な表現型を有しており、分子解析により、皮膚線維腫、表皮母斑、脂肪腫などのいくつかの非典型的な病変で野生型対立遺伝子の欠損が認められた。もう一方の家族の女性プロバントも非典型的な症状を呈していたが、表皮母斑は見られず、患部皮膚の単一生検の分子解析では、野生型PTEN対立遺伝子の欠損は見られなかったという。この結果から、野生型対立遺伝子のモザイク状の不活性化を伴うPTENヘテロ接合性生殖細胞変異が、Zhouら(2000年)やLoffeldら(2006年)が以前に報告した「Proteus-like」症候群など、他の疾患を示唆する複数の非定型異形症の原因となっている可能性が示唆された。これらの非定型病変は、PTENの機能が二重に不活性化されて完全に失われ、その結果、疾患が分節的に増悪することで説明できる。プロテウス症候群とカウデン病の分節性増悪を臨床的に区別するために、Cauxら(2007)は、分節性過成長、脂肪腫症、動静脈奇形、表皮母斑の頭文字をとって「SOLAMEN症候群」を提案した。

大頭症・自閉症症候群

Butlerら(2005)は、自閉症スペクトラム障害と巨頭症(605309)を有する18人の被験者を対象にPTEN遺伝子変異解析を行った。その結果、3人の少年に生殖細胞系PTEN遺伝子変異が確認された。それぞれH93R(601728.0037)、D252G(601728.0038)、F241S(601728.0039)であった。変異陽性の男児1名の陰茎亀頭に色素斑が見られた以外は、Cowden症候群やBannayan-Riley-Ruvalcaba症候群を示唆する特徴はありませんでした。

Hermanら(2007年)は、PTEN遺伝子にヘテロ接合の変異を持つ2人の大頭症/自閉症症候群の非血縁患者を報告した(601728.0007および601728.0040)。

O’Roakら(2012年)は、2,446人の自閉症スペクトラム障害患者を対象に44の候補遺伝子を配列決定した結果、PTEN遺伝子に3つのヘテロ接合のde novo変異を同定した。その結果、2つのミスセンス変異と1つのフレームシフト変異が同定されました(601728.0042-601728.0044)。3名の患者はいずれも大頭症であった。

前立腺癌

10qのヘテロ接合性喪失に基づく欠失マッピング研究により、散発性前立腺癌の症例では、10q23領域が最小の喪失領域であることが判明した。先に述べたように、3つの前立腺癌細胞株で突然変異により不活性化されていることが判明したPTEN癌抑制遺伝子は、この領域から分離された。Cairnsら(1997)は、80の前立腺腫瘍をマイクロサテライト解析でスクリーニングし、23例で染色体10q23が欠失していることを発見した。彼らはPTENコード領域全体の配列解析を行い、10q23のヘテロ接合性が失われているこれら23例について、新しい遺伝子内マーカーによるホモ接合性欠失の有無を調べた。その結果、10例(43%)の腫瘍で2つ目の変異が確認され、PTENが散発性前立腺癌における10q欠損の主要な不活性化標的であることが明らかになった。

Forrestら(2000年)は、3人以上、または67歳以前に1人が前立腺がんと診断された兄弟姉妹がいる50の前立腺がん家系から188人を対象に調査を行った。ペアワイズおよびマルチポイント連鎖解析では、PTEN領域との連鎖を示す証拠は得られなかった。

Xieら(2011年)は、遺伝性前立腺がんのプロバンド188人を対象とした研究で、PTEN遺伝子に15種類の生殖細胞変異を同定したが、いずれもエクソンには存在しなかった。しかし、これらの変異体と前立腺がんとの間には分離関係はなかった。また、1,527人の散発例と482人の対照例、および進行性がんと非進行性がんでは、PTEN遺伝子にまたがる33のSNPの対立遺伝子頻度に有意差はなかった。最後に、PTEN遺伝子に関わるコピー数変異と前立腺がんとの関連性は認められなかった。Xieら(2011年)は、PTEN遺伝子の生殖細胞変異は前立腺がんの感受性に重要な役割を果たしていないと結論づけている。

乳がん

Shugartら(1999年)は、3人以上の乳癌患者を持ち、BRCA1(113705)またはBRCA2(600185)の突然変異が見つかっていない56家族について、PTEN遺伝子座に隣接するマーカーを用いた連鎖分析を報告した。パラメトリックおよびノンパラメトリック解析では、これらの家族のPTEN遺伝子座への連鎖は支持されず、全体のマルチポイントlodスコアは-8.25であった。Shugartら(1999)は、PTENは家族性乳癌の主要な原因ではないと結論づけている。

CDと乳癌の関連性を考慮して、Figerら(2002)は、イスラエル人患者の2つのサブセットにおいてPTEN遺伝子の9つのコード化エクソンをスクリーニングした。臨床的にBRRSと診断された12人の患者と、明らかに遺伝的な乳癌の素因を持つ89人の女性(一部はCDの顕著な特徴を持つ)である。家族性のBRRS患者3人のうち2人がPTENの新規生殖細胞変異を示し、89人の高リスク女性ではエクソン4に2つの変異が検出された。この研究では、イスラエル人女性の遺伝性乳がんの素因にPTENは大きな役割を果たしておらず、BRRS患者のPTEN変異の検出は、家族性の症例では可能性が高いことが示唆された。

Kuroseら(2002年)は、乳腺腫瘍の上皮および間質において、TP53(191170)およびPTENの体細胞変異が高い頻度で認められることを示した。TP53とPTENの変異は、どちらのコンパートメントにおいても相互に排他的であった。一方、WFDC1(605322)の変異は間質で低頻度に発生していた。

基底型乳がんは、増殖性が高く、低分化で予後の悪い乳がんのサブタイプである。これらの腫瘍細胞は、正常乳腺の基底部に位置する上皮細胞に典型的なサイトケラチンマーカーを発現している。Saalら(2008)は、非遺伝性乳がんと遺伝性BRCA1欠損乳がんの両方において、PTENタンパク質の発現低下が基底様がんのサブタイプと有意に関連することを見出した。BRCA1欠損乳がんのPTEN欠損は、遺伝子内染色体切断、逆位、欠失、微小なコピー数の変化など、PTENの総体的な変異が頻繁に起こることと関連しており、二本鎖DNA切断の不適切な修復が関与するメカニズムと一致していた。この結果は、BRCA1依存性のDNA修復機能障害が特異的かつ再発性の発がんにつながることを示しており、基底細胞様前駆細胞の変化にPTEN経路が直接関与していることを示唆している。

悪性黒色腫

Birckら(2000)は、67人の患者の16の原発性腫瘍と61の転移性腫瘍から採取した悪性黒色腫(155600)の未培養標本のPTEN/MMAC1遺伝子のコード領域を分析した。その結果、転移性試料のうち4例(7%)に変異が認められ、2つの遺伝子内多型の解析では、情報提供を受けた原発性腫瘍8例中3例(38%)と、転移性腫瘍31例中18例(58%)で対立遺伝子の欠損が認められた。変異例のうち1例では対立遺伝子の欠損が認められ、この腫瘍ではPTEN/MMAC1の両対立遺伝子が不活化されていることが示唆された。Birckら(2000)は、PTEN/MMAC1の変異および欠失が悪性黒色腫の発生および進行に寄与している可能性を提案した。Celebiら(2000)は、21の転移性黒色腫サンプルを調べ、21サンプル中7サンプルで10q23にLOHを発見し、4サンプルでPTEN遺伝子の配列変化を、2サンプルでp16遺伝子(CDKN2A;600160)の配列変化を確認した。また、1例では両方の遺伝子に変異が認められた。

Wangら(2009)は、色素性乾皮症の患者8人から採取した59のメラノーマ(in situが47、invasiveが12)のサンプルを調査した。PTENの変異はメラノーマの56%に認められ、変異のあるメラノーマの91%には、隣接するピリミジンに生じた1~4個のUV型塩基置換があった(ランダムな変異と比較してpは0.0001未満)。また、約70%がアミノ酸を変化させる変異で、トランスフェクションによりPTENの機能が損なわれていることが示された。Wangら(2009)は、これらのデータが、ヒトのメラノーマ誘発に紫外線が関与していることを示す直接的な分子的証拠となったと述べている。

子宮頸がん

子宮頸がん(603956)は、Cowden症候群やBannayan-Zonana症候群の構成要素としては知られていないが、子宮頸がんでは染色体10q上のマーカーのLOHが頻繁に観察される。子宮頸部の腫瘍形成においてPTENの変異が果たす可能性を明らかにするために、Kuroseら(2000)は、20の原発性子宮頸癌を対象に、PTEN遺伝子内およびそれに隣接する多型マーカーのLOHと、PTEN遺伝子の全コード領域およびエクソン-イントロン境界における遺伝子内変異を調べた。その結果、19例中7例(36.8%)にLOHが認められました。さらに、1サンプルにはホモ接合性の欠失があった可能性がある。そのうち2つはホスファターゼモチーフをコードするエクソン5に体細胞性のミスセンス変異があり、3つ目はイントロン7に生殖細胞性のイントロン配列変異があり、スプライシング異常と関連することが示された。これらの変異を持つ3つのサンプルはすべて、野生型アリルのLOHも有していた。これらのデータは、対立遺伝子の欠損や突然変異によるPTENの障害が、子宮頸がんの腫瘍形成に寄与している可能性を示している。しかし、子宮頸癌では、乳癌や甲状腺癌のような他のヒトの原発癌とは異なり、発癌にはPTENの二重構造欠損が必要なようである。

子宮内膜癌

PTENの体細胞遺伝的およびエピジェネティックな不活性化は、マイクロサテライトの状態にかかわらず、散発性子宮内膜癌の93%に関与しており、初期の前癌でも発生する可能性がある。子宮内膜癌は、遺伝性非ポリポーシス大腸癌症候群(HNPCC;120435参照)の患者において最も頻度の高い大腸外癌であり、その特徴は、ミスマッチ修復(MMR)遺伝子の生殖細胞変異と、構成腫瘍におけるマイクロサテライトの不安定性にある。Zhouら(2002)は、MLH1(120436参照)またはMSH2(609309)変異陽性のHNPCC家系29例から子宮内膜癌41例を得て、PTENの発現と変異の解析を行った。免疫組織化学的分析により、HNPCC関連子宮内膜がんの68%(41例中28例)にPTENの発現がないか、弱いことが判明した。20の異常なPTEN発現腫瘍の変異解析では、17(85%)が18の体細胞PTEN変異を保有していた。すべての変異はフレームシフトで、そのうち10個(56%)はエクソン7または8の6(A)トラクトに関与していた。著者らは、HNPCCと散発性子宮内膜がんの両方において、大腸がんの場合とは異なり、PTENが重要な役割を果たしている可能性を示唆した。さらに、HNPCC関連の子宮内膜癌では、PTENの体細胞変異(特にフレームシフト)がMMR欠損の結果として起こる可能性があると結論付けている。

子宮平滑筋肉腫

Georgeら(2017年)は、抗PD1(PDCD1;600244)単剤療法で2年以上にわたり腫瘍の完全寛解を経験した転移性子宮平滑筋肉腫の未治療患者を報告した。免疫組織化学的解析、RNAシークエンス、全ゲノムシークエンスにより、原発巣、唯一の治療抵抗性転移巣、生殖細胞組織を解析し、抵抗性腫瘍ではバイアルリックPTEN欠損とネオアンチゲン発現の変化が確認された。耐性腫瘍では、PD1陽性細胞の浸潤が有意に減少していた。患者のT細胞は、in vitroでネオアンチゲンに活発に反応した。Georgeら(2017年)は、PTEN変異とネオアンチゲン発現の低下は、免疫チェックポイント療法に対する耐性の潜在的なメディエーターであると結論づけた。

扁平上皮癌、頭頸部

Poetschら(2002年)は、頭頸部扁平上皮癌(HNSCC;275355)におけるPTENの役割を、p16遺伝子の変異およびメチル化との相関関係、ならびに9番および10番染色体の喪失に関する先行研究との関連で研究した。PTENのミスセンス変異は7つの癌腫(13%)に認められ、そのうち5つ(71%)で10番染色体の消失が検出された。

転移したがん

Robinsonら(2017年)は、多様な系統と生検部位の転移性固形腫瘍を有する成人患者500人を対象に、全エクソームおよびトランスクリプトームのシーケンスを実施した。転移性がんで最も多く見られた体細胞変化した遺伝子は、TP53(191170)、CDKN2A(600160)、PTEN、PIK3CA(171834)、RB1(614041)などであった。推定上の病原性生殖細胞変異は12.2%の症例に存在し、そのうち75%はDNA修復の欠陥に関連していた。RNAシーケンスは、DNAシーケンスを補完して、遺伝子融合、パスウェイ活性化、免疫プロファイリングを特定した。

複数の癌

De Vivoら(2000年)は、Nurses’ Health Studyの前向きコホートの32,826人の中から選ばれた、異なる解剖学的部位に1つ以上の原発腫瘍を有する103人の女性におけるPTEN遺伝子の突然変異解析を報告した。その結果、5人の症例でエクソン5に2つの新規のヘテロ接合性ミスセンス変異が認められた。一方、がんと診断されていない115人の対照群では、いずれの突然変異も認められなかった。両変異体は、PTEN欠損乳癌細胞株にトランスフェクトした場合、野生型PTENと比較して部分的な癌抑制活性を示した。この表現型は細胞株に特異的であり、遺伝的背景が変異体の成長抑制作用に影響を与えていることが示唆された。

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遺伝子  MIM #601728
遺伝子座10q23.31
疾患名PTEN 過誤腫腫瘍症候群 (PHTS)
遺伝形式常染色体優性
疾患頻度CSの診断を確立するのは難しいため、実際の有病率は不明である。頻度は20万分の1と推定されている。
 理由ヘテロ接合の病原性PTEN変異を有する個人は、乳癌、甲状腺癌、大腸癌、子宮内膜癌、腎臓癌、その他を含む複数の種類の癌のリスクが有意に高い。
PTENにおける常染色体優性突然変異は、PTEN過誤腫症候群と呼ばれることがある一連の疾患と関連している。
PHTSには、Bannayan-R​iley-Ruval​caba​症候群(BRRS)、Cowden症候群(CWS1)、大頭症/自閉症症候群、PTEN関連プロテウス症候群(PS)など、臨床的特徴が重複するいくつかの病態が含まれる。
 詳細先天性疾患で, 大頭, 腸過誤腫性ポリープ症, 脂肪腫, 亀頭の色素斑が特徴である\n3) PS:複合性の多様性のある疾患で, 先天奇形と多くの組織の過誤腫性過成長と結合織母斑, 表皮母斑および過骨症を伴う\n4) Proteus-like 症候群は, PSの診断基準に合致しないがPSの有意な臨床的特徴をもつ"}”>PTEN 過誤腫腫瘍症候群 (PHTS) には, Cowden 症候群 (CS), Bannayan-Riley-Ruvalcaba 症候群 (BRRS), PTEN-関連 Proteus 症候群 (PS), および Proteus-like 症候群 (PLS) が含まれる.
1) CS: 多発性過誤腫症候群で, 甲状腺, 乳房および子宮内膜の良性および悪性腫瘍の高いリスクをもつ
乳癌リスクは 85%で, 平均診断時年齢は38-46歳である
甲状腺癌 (通常は濾胞性, 髄様ではない)のリスクは35%,
子宮内膜癌は28%
2) BRRS:先天性疾患で, 大頭, 腸過誤腫性ポリープ症, 脂肪腫, 亀頭の色素斑が特徴である
3) PS:複合性の多様性のある疾患で, 先天奇形と多くの組織の過誤腫性過成長と結合織母斑, 表皮母斑および過骨症を伴う
4) Proteus-like 症候群は, PSの診断基準に合致しないがPSの有意な臨床的特徴をもつ
OMIM158350
Pubmed20301661

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