承認済シンボル：AGXT
遺伝子名：alanine–glyoxylate aminotransferase
参照：
HGNC: 341
AllianceGenome : HGNC : 341
NCBI：189
遺伝子OMIM番号604285
Ensembl :ENSG00000172482
UCSC : uc002waa.5
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：
遺伝子座: 2q37.3
遺伝子の別名
AGT1
AGXT1
alanine glyoxylate aminotransferase
alanine-glyoxylate aminotransferase
alanine-glyoxylate aminotransferase (oxalosis I; hyperoxaluria I; glycolicaciduria; serine-pyruvate aminotransferase)
alanine-glyoxylate transaminase
L-alanine: glyoxylate aminotransferase 1
pyruvate (glyoxylate) aminotransferase
serine-pyruvate aminotransferase
serine:pyruvate aminotransferase
SPAT
SPT
遺伝子と関係のある疾患
概要
アラニン-グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼの主な機能は、グリオキシル酸という化合物をアミノ酸であるグリシンに変換することです。この変換プロセスは、体内でのアミノ酸の代謝とバランスの維持に重要です。グリオキシル酸の適切な代謝は、特にタンパク質の合成や分解において重要な役割を果たします。
この酵素の機能不全や不足は、体内の化学反応に影響を及ぼし、特定の病態につながる可能性があります。そのため、AGXT遺伝子とそれによってコードされる酵素の研究は、代謝異常や関連する疾患の理解に貢献する重要な要素となっています。
遺伝子の発現とクローニング
ヒト肝臓cDNAライブラリーからAGT遺伝子に対応するクローンを単離しました。
この遺伝子から推定されるタンパク質は、392残基を持ち、分子量は43kDです。
ヒトペルオキシソームAGTは、ラットのミトコンドリアAGTと約78％のアミノ酸配列同一性を示しました。
209位のリジン残基（ピリドキサールリン酸結合部位）は保存されていることが確認されました。
ヒトとラットのタンパク質のN-末端の違いは、進化の過程でミトコンドリア標的配列（MTS）シグナルが失われたことを示唆しています。
Purdueら（1990）の研究:
ヒト肝臓特異的ペルオキシソームAGTをコードするAGXT遺伝子のクローンを単離しました。
この遺伝子のヌクレオチド配列は、Takadaらによって特徴づけられたAGT cDNAの配列と一致しました。
ゲノムサザンブロッティングにより、ヒトAGT遺伝子は恐らくシングルコピーであることが示唆されました。
Celliniら（2009）の研究:
AGTは二量体として機能し、各単量体はN-末端アーム、大きな触媒ドメイン（活性部位lys209を含む）、および小さなC-末端ドメインから構成されていることを示しました。
ピリドキサール5-プライムリン酸（PLP）補因子はサブユニットごとに1つ結合し、lys209とシッフ塩基結合しています。
これらの研究は、AGT遺伝子とそのタンパク質製品の構造、機能、および進化に関する重要な情報を提供しています。特に、AGTの細胞内局在や機能の進化的変化、およびその分子構造についての洞察を与えています。
遺伝子の構造
1990年にPurdueらによって行われた研究では、AGXT遺伝子の構造に関する重要な情報が明らかにされました。この研究で確定されたことは、AGXT遺伝子のコード配列が10キロベース (kb) に及び、11個のエキソンを含んでいるという点です。
AGXT遺伝子は、特にアミノ酸代謝に関与する酵素であるアラニン：グリオキシレートアミノトランスフェラーゼ（AGT）のコードを担っています。この酵素の異常は、プリムリン病という希少な遺伝性代謝疾患の原因となります。
エキソンは、遺伝子のコード領域における情報の単位であり、最終的なmRNAに翻訳される遺伝情報を含んでいます。10kbの長さのコード配列と11個のエキソンは、AGXT遺伝子が比較的大きな遺伝子であり、複雑な構造を持っていることを示唆しています。
このような遺伝子構造の詳細な解析は、遺伝子の機能や、関連する疾患の理解に不可欠です。Purdueらの研究は、AGXT遺伝子およびプリムリン病の研究における重要な基礎を築いたと考えられます。
マッピング
分子遺伝学
AGT遺伝子変異（G170R）の発見:
Coulter-MackieとRumsby（2004）によると、多くの白人患者において、G170R変異が最も一般的で、その頻度は約23〜27％です。この変異はAGTがミトコンドリアに誤って配向されることを引き起こします。
AGXTレベルの低下の発見:
DanpureとJennings（1986）は、HP1の2人の患者において総AGXTレベルが低下していることを証明しました。
AGXT遺伝子の変異（S205P）の同定:
Nishiyamaら（1991）は、HP1の患者においてAGXT遺伝子の変異（S205P）を同定しました。これにより、SPT活性はコントロール肝臓の約1％に低下しました。
P11L多型の発見:
Danpure（1997）によると、P11L多型はAGTの触媒活性を3倍低下させ、ミトコンドリアへのミスターゲットを引き起こします。
新規変異の同定:
Pirulliら（1999）は、イタリア人患者15人のAGXT遺伝子に8つの新規変異を認めました。最も頻度の高い変異はG170Rでした。
AGXT遺伝子の変異の広範な同定:
Williamsら（2009年）によると、AGXT遺伝子の全エキソンで146の変異が同定され、HP1患者において50の新規変異が特定されました。
P11L多型に関連する変異の影響の発見:
Fargueら（2013年）は、P11L多型を背景とする3つのミスセンス変異（I244T、F152I、G41R）がAGTタンパク質がミトコンドリアにミスターゲットされる結果となる可能性を示しました。
これらの研究は、HP1の病態生理と遺伝的要因を理解するための基盤を形成しており、遺伝子変異の同定とその生物学的影響に関する重要な洞察を提供しています。
集団遺伝学
Caldwellら（2004）の研究では、異なる食生活の背景を持つ11のヒト集団でP11Lの頻度を調査しました。その結果、肉食中心の食生活をしていたサーミ人の中で最も高い対立遺伝子頻度（27.9％）が見られ、これはDanpureの仮説を支持する強力な証拠となりました。また、サーミ人と中国人の間のP11L頻度の顕著な差異は、食餌による選択圧がこの遺伝的多型の分布に影響を与えていることを示唆しています。
Fargueら（2013）の研究は、ヨーロッパと北米の集団におけるP11L多型の分布に関するもので、このマイナー対立遺伝子がこれらの集団の15～20％に存在すると報告しました。これは、特定の遺伝的変異が特定の地域や集団において異なる頻度で存在することを示し、地理的および文化的背景が遺伝的多様性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。
これらの研究は、集団遺伝学の分野において、食生活や生活環境が遺伝的変異の頻度と分布に与える影響を理解するための基盤を築いています。
動物モデル
アレリックバリアント
.0001 高シュウ酸尿症、原発性、I型
agxt, ser205pro
Nishiyamaら（1991）は、SPT活性がコントロール肝臓の約1％であった原発性高シュウ酸尿症I型（HP1；259900）の患者の肝臓から構築したcDNAライブラリーから、セリン：ピルビン酸アミノトランスフェラーゼのcDNAクローンを得た。遺伝子解析の結果、AGXT遺伝子の634T-C転移が同定され、ser205からpro（S205P）への置換が生じた。TからCへの変換は新しいSmaI部位を作った。
.0002 再分類 – アラニン-グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼ多型
AGXT、PRO11LEU (rs34116584)
この変異型は、以前は HYPEROXALURIA, PRIMARY, TYPE I とタイトルされていたが、多型として再分類された。
pro11からleuへの置換（P11L）は、AGXTのマイナーアレルを規定する主要な多型であり、ヨーロッパおよび北米の集団では15～20％の対立遺伝子頻度で生じ、原発性高シュウ酸尿症I型（HP1；259900）患者では50％である。これらの多型がないことが主要対立遺伝子を定義している。P11Lの置換は隠れたN末端ミトコンドリア標的配列を作り出し、それはシスにおける追加のアミノ酸置換によってマスクされなくなり、疾病を引き起こす（Fargueらによる要約、2013年）。
Coulter-MackieとRumsby (2004)は、P11L置換はAGXTのエクソン1における32C-T転移に起因すると指摘している。
Purdueら(1990)は、I型原発性高酸素尿症患者の約3分の1が3つの点変異を持つ対立遺伝子を持っていることを発見した： P11L、gly170-to-arg (G170R; 604285.0013)、ile340-to-met (I340M; 604285.0014)である。このような患者のうち、この対立遺伝子がホモ接合体であるのは少数で、ほとんどはヘテロ接合体、すなわち複合ヘテロ接合体であるようである。G170Rの変異は対照群では認められなかったが、他の2つの変異は正常集団では5〜10％の対立遺伝子頻度で共存していた。研究により、残基11の置換は、認識されているミトコンドリア標的配列に類似した特徴を持つ両親媒性のα-ヘリックスを生成し、その完全な機能発現は残基170の置換の共発現に依存しており、ペルオキシソームインポートの欠損を誘発する可能性が示唆された。
Purdueら（1991）は、P11L変異体がAGTタンパク質のミトコンドリア標的配列（MTS）の生成に必要かつ十分であることを示した。この置換を持つAGTのN末端19アミノ酸はマウスの細胞質ジヒドロ葉酸還元酵素をミトコンドリアに導くのに十分であった。P11L変異はMTSを作るが、G170R変異は、おそらくペルオキシソームへのターゲティング機構を阻害することによって、AGTのミトコンドリアへのリダイレクトに必要であると思われた。Purdueら(1991)は、正常ヒトAGT cDNAのコード領域の直接上流の領域についても研究した。彼らは、この配列が、開始コドンでの点突然変異によってヒトのコード領域から欠失した祖先のMTSに対応するようであることを見出した。この開始コドンを再確立すると、高オキサ尿症患者で観察されるものとは異なる活性型MTSが生じた。原発性高シュウ酸尿症I型患者の約3分の1に見られる蛋白選別欠損は独特である。AGTの細胞内分布は種特異的である。例えばラットは、AGTが天然に存在するミトコンドリアタンパク質である数多くの生物種の一つである。ヒトのAGT cDNAでは、ラットのAGT MTSをコードする領域と相同な領域は5-プライム非翻訳領域内にあり、ラットに相当する翻訳開始部位のコーディングの違い（ラットではATG、ヒトではATA）のためにオープンリーディングフレームから除外されている。このATGコドンが進化的に失われたことが、ヒトAGTの排他的ペルオキシソーム局在を説明しているように思われる。このコドンが再び確立されたことが、ヒトにおけるAGTのミトコンドリアミスターゲッティングのもう一つのメカニズムである可能性がある。ヒト、ウサギ、モルモットがAGTをミトコンドリアに標的化しないのに対し、ラット、ネコ、マーモセットは標的化する種である。
Salidoら（2006）は、トランスジェニックマウスでは野生型ヒトAGT1が主に肝細胞ペルオキシソームに発現するのに対し、G170R変異を持つAGT1はミトコンドリアに局在することを示した。
P11L変異体とG170R変異体は、他のAGXT多型とともにマイナーアレルのハプロタイプ上に存在し、このハプロタイプは集団に依存している。このマイナー対立遺伝子ハプロタイプの頻度は、白人では10〜20％であるが、日本人ではわずか2％である。原発性高シュウ酸尿症I型では、その頻度は約46％である（Williamsら、2009年）。
LumbとDanpure(2000)は、大腸菌で発現させた組み換えエピトープタグ付きタンパク質を用いて、AGTの特性に対する最も一般的な正常および疾患の原因となる置換の影響を決定した。主要対立遺伝子から発現された組換えAGTは、アラニン、グリオキシル酸、ピリドキサールリン酸との結合において、pH至適において、また二量体化能において、ヒト肝臓AGTと機能的に類似していた。しかしながら、マイナー対立遺伝子に関連したP11LとI340Mの変異体（AGT(L11,M340)）を持つ組換えAGTは、野生型のアラニン：グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼ活性の46〜50％しか持たなかった。AGT(L11,M340)の活性は野生型の約25％であり、AGT(M340)の活性は野生型と同等かそれ以上であった。マイナーアレルのみで分離する他の変異、G41R(604285.0005)、F152I(604285.0006)、I244T(604285.0007)は、免疫反応性AGTタンパク質および触媒活性の欠如または欠如に近いことと関連している。AGT(R41)を主要なAGT対立遺伝子のバックグラウンドで単独発現させた場合、7％の残存活性を示した；しかしながら、他の置換は44〜59％の残存活性を示し、P11Lの非存在下では無害であると予測された。マイナー対立遺伝子と分離するG170R置換はAGTのミトコンドリアへのミスターゲットを引き起こす。
.0003 一次性高酸素尿症 I型
AGXT、TYR66TER
Purdueら（1991）は、AGXT遺伝子の最初のイントロン内に74bpの重複を同定し、この重複がペルオキシソームからミトコンドリアへのミスターゲットに関連する2つの点突然変異と密接に関連していることを示した。彼らは、この重複がいわゆるmAGT（すなわちミトコンドリアAGT）を有する高オキサ尿症（259900）患者の同定に有用であること、またmAGTを有する複合ヘテロ接合体の非AGT対立遺伝子における付加的変異の同定を容易にすることを示した。彼らはこの事実を、エクソン2におけるCからGへの変化に起因するtyr66からterへの（Y66X）突然変異の同定によって説明した。
.0004 高シュウ酸尿症、原発性、I型
AGXT、GLY82GLU
Purdueら(1992)は、AGXT cDNAのヌクレオチド367にGからAへの転移を見つけ、これはAGTタンパク質の残基82(G82Q)にグリシンからグルタミン酸への置換を引き起こすと予測した。この変異はエクソン2に位置し、AvaI制限部位を消失させた。患者はホモ接合体であった。同じ変異がI型原発性高酸素尿症患者1人と非血縁者2人にホモ接合体で認められた(259900)。しかし、他の1人の表現型的に類似した患者はこの変異を欠いていた。
LumbとDanpure(2000)は、G82E置換を持つAGTはAGTの安定性やミトコンドリア標的性には影響しないが、その触媒活性を消失させることを指摘した。彼らは、大腸菌で発現させた組換えタンパク質を用いて、この置換を持つAGTがピリドキサールリン酸補酵素と結合しないことを示した。
.0005高シュウ酸尿症、原発性、I型
AGXT、GLY41ARG
Danpureら(1993)は、gly41-to-arg(G41R)およびphe152-to-ile(604285.0006)のアミノ酸置換を引き起こす、これまで認識されていなかった2つの点突然変異の複合ヘテロ接合体である高オキサ尿症(259900)の2人の患者を観察した。両者とも、以前から正常集団で高い対立遺伝子頻度で見つかっていたpro11-to-leu多型のホモ接合体であった。彼らは、58アミノ酸からなる高度に保存された内部領域に位置するphe152-to-ile置換が、AGTのペルオキシソーム標的化および／またはインポートの阻害に関与し、pro11-to-leu多型と組み合わさって、その異常なミトコンドリアコンパートメント化の原因となっている可能性を示唆した。gly41からargへの置換は、pro11からleuへの多型と組み合わせて、あるいは単独で、AGTタンパク質のペルオキシソーム内凝集の原因であると予測された。AGTがペルオキシソームマトリックスに限局している健常人とは異なり、これらの患者における免疫反応性AGTはペルオキシソームとミトコンドリアの間にほぼ等しく分布していた。ペルオキシソームAGTは、アモルファスコア様構造に凝集しているように見え、その中に他のペルオキシソーム酵素は確認できなかった。彼らはペルオキシソームコアの電顕写真を提示した。
LumbとDanpure（2000）は、大腸菌で発現させた組換えエピトープタグ付きタンパク質を用いて、AGTの特性に対する最も一般的な正常および疾患の原因となる置換の影響を決定した。彼らは、G41R変異（AGT(R41)）を主要なAGT対立遺伝子のバックグラウンドで単独発現させると、7％の残存活性を示すことを見出した。
Celliniら（2009）は、G41R置換を持つAGTの主要対立遺伝子を大腸菌で発現させることにより、G41R置換がP11L置換とは無関係にAGT活性を有意に低下させることを示した。G41R置換のみでは、残存活性は約7％であった。
Fargueら（2013）は、G41R変異はマイナー対立遺伝子を背景に、P11Lで生成されたミトコンドリア標的配列の隠蔽を解除し、AGTタンパク質がミトコンドリアにミスターゲットされることを発見した。研究チームはまた、試験した他のミスセンス変異体が二量体を形成して触媒活性を示すのに対し、G41R変異体は凝集して不活性であることも発見した。
.0006 高シュウ酸尿症、原発性、I型
agxt, phe152ile
604285.0005およびDanpureら（1993）を参照。
AGTは2つの多型変異体として存在し、メジャー対立遺伝子(AGT-Ma)とマイナー対立遺伝子(AGT-Mi)(604285.0002参照)があり、AGT-Maと比較して低いAGT活性を示す。AGT-Miもまた、F152Iを含む特定の変異と組み合わされた場合にのみPH1を引き起こす。Celliniら(2009)は、F152I置換はAGT-Miのトランスアミナーゼ活性には影響しないが、L-アラニンのハーフトランスアミナーゼ反応中に生成されるアミノ化補酵素、ピリドキサミン5-プライムホスフェート(PMP)を安定化する役割を果たすことを示した。AGT-MiとAGT-Maの両方におけるF152I置換は、PMPの早すぎる放出を引き起こし、その結果、両方のアイソフォームにおいてアポ酵素が形成された。しかし、AGT-Miの場合、F152Iはさらに生理的温度での酵素の不安定化を引き起こし、それに伴ってタンパク質の凝集が起こり、酵素活性が失われる。
Fargueら（2013）は、マイナー対立遺伝子を背景とするF152I変異が、暗号化されたP11Lで生成されたミトコンドリア標的配列を覆い隠し、AGTタンパク質がミトコンドリアにミスターゲットされることを発見した。
.0007 一次性高酸素尿症 I型
AGXT, ILE244THR
von SchnakenburgとRumsby(1997)がI型一次性高酸素尿症(PH1; 259900)患者79人の研究で同定したAGXT遺伝子のエクソン7にクラスター化した変異の一つは853T-C転移で、ile244-to-thr(I244T)置換が予測された。これは患者の9%にホモ接合またはヘテロ接合の状態で認められ、その時点までに見つかった変異の中で2番目に多いものであった。
Santanaら(2003)は、カナリア諸島のPH1患者から検出されたAGXT対立遺伝子のほとんどがI244T変異を有していると報告している。彼らが調査した16人の患者のうち14人はこの変異をホモ接合体で有しており、ハプロタイプにおいてAGXTと地域マイクロサテライト(AGXT*LTM)内の4つの多型を共有しており、創始者効果と一致している。Santanaら(2003)は、これらのアミノ酸変化の結果を調査し、I244T単独ではAGXT活性や細胞内局在（すなわち、ミトコンドリア対ペルオキシソーム）に影響を及ぼさないが、L11P（604285.0002参照）と同じタンパク質分子中に存在すると、可溶性細胞抽出液中の酵素活性が失われることを見出した。通常のものと同様に、AGXT*LTMタンパク質はペルオキシソーム中に存在したが、洗剤を含まない緩衝液には不溶性であった。L11P多型は、I244T変異の遺伝子内修飾因子として作用し、得られたタンパク質は分子シャペロンとの安定な相互作用と温度感受性凝集を起こした。細胞培養で試験した様々な化学的シャペロンの中で、ベタインは変異タンパク質の溶解度と細胞溶解液中の酵素活性を大幅に改善した。Santanaら（2003）は、P11LとI244Tの相乗効果により、タンパク質のコンフォメーション病であるPH1が引き起こされると結論づけた。
Fargueら（2013）は、マイナー対立遺伝子を背景にしたI244T変異が、P11Lで生成されたミトコンドリア標的配列の隠蔽を解除し、AGTタンパク質がミトコンドリアにミスターゲットされることを発見した。
.0008 一次性高酸素尿症 I型
agxt, arg233cys
I型一次性高シュウ酸尿症患者(259900)において、von SchnakenburgとRumsby(1997)は、コドン233がアルギニンからシステイン(R233C)に変異しているAGXT遺伝子のホモ接合体819C-T転移を発見した。隣接するヌクレオチドの変異820G-Aは同じコドンをアルギニンからヒスチジンに変異させた(604285.0009)。
.0009 高シュウ酸尿症、原発性、I型
agxt、arg233his
604285.0008およびvon Schnakenburg and Rumsby (1997)を参照。
.0010 高オキサ尿症、原発性、I型
AGXT、TRP246TER
I型原発性高シュウ酸尿症患者(259900)において、von Schnakenburg and Rumsby (1997)は、AGXT遺伝子のエクソン7に860G-A転移のヘテロ接合を見つけ、アミノ酸残基246に停止コドンを導入した。
.0011は604285.0002に移動
.0012 高シュウ酸尿症、原発性、I型
AGXT, GLY158ARG
血縁関係のない15人のI型原発性高酸素尿症患者(259900)の研究において、Pirulliら(1999)は、2番目に頻度の高いAGXT対立遺伝子にgly158-to-arg(G158R)変異があり、その有病率は13%であることを発見した。この変異は588G-A転移によるものであった。
.0013 高シュウ酸尿症、原発性、I型
AGXT、Gly170ARG
Coulter-MackieとRumsby(2004)は、gly170-to-arg(G170R)変異は、AGXTのエクソン4における508G-A(1位が最初のコードヌクレオチド)転移に起因すると述べている。
Purdueら(1990)は、I型原発性高酸素尿症患者の約3分の1が、3つの点突然変異を持つ対立遺伝子を持つことを見出した：それぞれの点突然変異は、1つのアミノ酸置換を規定している：pro11-to-leu(P11L; 604285.0002)、G170R、ile340-to-met(I340M; 604285.0014)。このような患者のうち、この対立遺伝子がホモ接合体であるのは少数派であり、大部分はヘテロ接合体、すなわち複合ヘテロ接合体であるようである。G170Rの変異は対照群では認められなかったが、他の2つの変異は正常集団では5〜10％の対立遺伝子頻度で共存していた。研究により、残基11の置換は、認識されているミトコンドリア標的配列に類似した特徴を持つ両親媒性のαヘリックスを生成し、その完全な機能発現は残基170の置換の共発現に依存しており、ペルオキシソームインポートの欠損を誘導する可能性が示唆された。
Purdueら(1991)は、P11L変異がミトコンドリア標的配列(MTS)を作るが、G170R変異は、おそらくペルオキシソームへの標的化機構を妨害することによって、AGTのミトコンドリアへの方向転換に必要であるようであることを示した。
Salidoら（2006年）は、トランスジェニックマウスでは野生型ヒトAGT1が主に肝細胞ペルオキシソームに発現しているのに対し、G170R変異を持つAGT1はミトコンドリアに局在していることを示した。
血縁関係のない15人のI型原発性高酸素尿症イタリア人患者を対象とした研究で、Pirulliら（1999年）は、最も頻度の高いAGXT対立遺伝子がG170R変異であり、その有病率は30％であることを見いだした。この変異は630G-A転移によるものである。この突然変異はマイナー対立遺伝子のバックグラウンドで発見された。
LumbとDanpure (2000)は、マイナーアレルと分離するG170R置換がAGTのミトコンドリアへのミスターゲットを引き起こすことを発見した。
.0014再分類-アラニン・グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼ多型
AGXT, ILE340MET
この変異型は以前はHYPEROXALURIA, PRIMARY, TYPE Iと題されていたが、多型として再分類された。
Coulter-Mackie and Rumsby (2004)は、ile340-to-met (I340M)置換は、AGXTのエクソン10の1020A-G転移に起因すると述べている。
LumbとDanpure (2000)は、マイナー対立遺伝子に関連するP11L (604285.0002)とI340M変異体(AGT(L11,M340))を持つ組換え型AGTは、野生型アラニン：グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼ活性の46〜50％しか持たないことを見いだした。AGT(L11,M340)の活性は野生型の約25％であり、AGT(M340)の活性は野生型と同等かそれ以上であったので、AGT(L11,M340)の比活性の低さは、I340M多型よりもむしろP11L多型の存在によるものと思われた。
.0015 高オキサ尿症，原発性，I型
AGT、1-bp ins、33c
Coulter-Mackie and Rumsby (2004)は、AGXT遺伝子のエクソン1における33_34insC変異は、主要対立遺伝子のバックグラウンドで起こり、罹患者において12％の頻度で認められると述べている。
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
