BTD

Biocytin Hydrolase
biotinase

BTD遺伝子はビオチニダーゼという酵素を生成する役割を担っています。ビオチニダーゼは、レバーや卵黄、牛乳などに含まれるビタミンB群の一つ、ビオチンを再利用するために重要です。この酵素は食品に含まれるタンパク質に結合したビオチンを取り除き、遊離状態（結合していない状態）のビタミンを残します。私たちの体は、ビオチン依存性カルボキシラーゼという酵素を活性化するのに遊離ビオチンを必要としており、このカルボキシラーゼはタンパク質、脂肪、炭水化物の分解など多くの細胞機能に関わっています。

ビオチニダーゼは食事から摂取されたビオチンを処理するだけでなく、体内でビオチンをリサイクルする役割も果たします。ビオチン依存性カルボキシラーゼが分解されるとき、ビオシチンという分子が生成されます。ビオシチンはビオチンとアミノ酸の一種であるリジンからなる複合体です。ビオチニダーゼはこの複合体を分解して遊離ビオチンを生成し、他のカルボキシラーゼ酵素がこれを再利用できるようにします。

さらに、ビオチニダーゼには他にもいくつかの機能があると研究者は考えています。この酵素は血流を通じて遊離ビオチンを運ぶかもしれないし、特定のタンパク質にビオチンを結合させる「ビオチン化」という過程を行う能力も持っている可能性があります。核内でのヒストン（DNA関連タンパク質）のビオチン化は、特定の遺伝子のオン・オフを制御するのに役立つかもしれませんが、ビオチニダーゼが遺伝子活性の調節にどの程度関与しているかはまだ明らかではありません。

血清ビオチニダーゼ（BTD; EC 3.5.1.12）は、ビオチン依存性カルボキシラーゼが分解された際に生じるビオシチンをビオチンとリジンに分解する触媒作用を持ちます。これにより遊離ビオチンが再生されます。ビオチンは水溶性の必須ビタミンで、人間の正常な代謝に必要な4つのカルボキシラーゼ（ピルビン酸カルボキシラーゼ、プロピオニル-CoAカルボキシラーゼ、α-メチルクロトニル-CoAカルボキシラーゼ、アセチル-CoAカルボキシラーゼ）の補酵素です。また、Pomponioら（1997）によれば、ビオチニダーゼにはビオチニルトランスフェラーゼ活性もあることが示されています。これらの情報はColeら（1994）による要約に基づいています。

Biotinidase deficiency ビオチニダーゼ欠損症（ビオチニダーゼ欠乏症）　253260 AR　3　

Coleらによる1994年の研究では、人間の肝臓から得たcDNAライブラリーを用いてBTD遺伝子に対応するcDNAをクローニングし、その塩基配列を特定しました。この研究で得られた543アミノ酸から成るタンパク質は、分子量が約57kDで、6箇所にN-結合型グリコシル化の可能性がある部位が含まれていることが分かりました。さらに、ノーザンブロット解析を通じて、人間の心臓、脳、胎盤、肝臓、肺、骨格筋、腎臓、膵臓などの組織でBTD mRNAの存在が確認されました。

Knightら（1998）による研究では、BTD遺伝子が4つのエクソン（遺伝情報のコード領域）を含み、その全長が少なくとも23キロベース（kb）に及ぶと決定されました。この発見はBTD遺伝子の構造と機能に関する理解を深めるものであり、遺伝子の大きさやエクソンの数は、その遺伝子がコードするタンパク質の複雑性と関連があることを示しています。

Coleらによる1994年の研究で、蛍光インシチュハイブリダイゼーションという技術を使用して、BTD遺伝子が人間の染色体3の短腕（pアーム）の25番目の位置（3p25）に存在することがマッピングされました。この技術は、特定のDNA断片に蛍光マーカーを結合させて染色体上の正確な位置を視覚的に特定する方法です。

分子遺伝学におけるビオチニダーゼ欠損症の研究

Pomponioたちの1995年の研究では、ビオチニダーゼ欠損症を持つ25人の患者のうち10人から、BTD遺伝子に7塩基の欠失と3塩基の挿入がある変異体を発見しました（参照：609019.0001）。

1997年、Pomponioたちは、重症のビオチニダーゼ欠損症を持つ37人の症状を示す小児（30人の主要症例と7人の兄弟姉妹）において、BTD遺伝子の21の異なる変異を特定しました。その中で最も一般的だった2つの変異は、del7/ins3とR538C（609019.0003）で、60個の変異体中31個（52%）にこれらが見られました。残りの変異体は他の19の独特な変異によるものでした。

新生児スクリーニングによって発見され、無症候の成人2人にビオチニダーゼ欠損症が診断された際、Wolfたちは1997年にBTD遺伝子にホモ接合性の変異（609019.0005と609019.0006）を見つけました。彼らは、エピジェネティックな要因が一部の患者に症状が現れないようにしている可能性があると結論づけました。

Pomponioたちは2000年に、臨床的にも新生児スクリーニングによっても見つかったトルコの小児におけるビオチニダーゼ欠損症のケースで、BTD遺伝子の変異（例：609019.0007; 609019.0010; 609019.0011）を同定しました。

2019年、Carvalhoたちは、新生児スクリーニングで発見されたブラジルの小児14人におけるビオチニダーゼ欠損症の分子検査と血清酵素検査の結果を発表しました。9つの新規変異（2つの欠失と7つのミスセンス変異）が発見され、そのうち7つはC末端をコードするエクソン4に存在しました。ホモ接合状態で発見されたミスセンス変異のうち、F361V（609019.0012）は血縁関係のない2人の患者に部分的なビオチニダーゼ欠損を引き起こし、A534V（609019.0013）は1人の患者に重度のビオチニダーゼ欠損を引き起こしました。以前に報告されたD444H変異（609019.0005）は、7人の患者において複合ヘテロ接合で見つかり、そのうち5人は部分的なビオチニダーゼ欠損で、1人はA534Vの複合ヘテロ接合、もう1人はF361Vの複合ヘテロ接合でした。また、2人の患者は部分的なビオチニダーゼ欠損の可能性がありました。

動物モデルに関する研究
Hernandez-Vazquezらによる2013年の研究では、ビオチン欠乏食を5日間与えられた3週齢のBtd-nullマウスの代謝の特徴について調べられました。このマウスは、ビオチニダーゼ欠損症によく見られる痙攣や筋力低下、運動失調、毛髪や皮膚の異常などの変化を示しませんでした。しかし、マウスの肝臓サンプルでは細胞エネルギーの減少が確認され、AMP/ATP比率の上昇とAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）のリン酸化が増加していることが観察されました。さらに、タンパク質の合成と成長を促すシグナル伝達タンパク質mTORの活動が抑制されていました。また、GCKやFASNといった中心的な炭素代謝に関わる遺伝子の転写産物が増加し、PCK1やCPT1は減少しました。マウスは血清中の遊離脂肪酸レベルが上昇し、血糖レベルが低下し、インスリン感受性が向上するという結果も示しました。これらの結果は、ビオチンが不足した場合に深刻なエネルギー不足とエネルギー代謝の変化が起こることを示しています。

アレリックバリアント（13の選択された例）：ClinVar はこちら

.0001 ビオチニダーゼ欠損症
ビオチニダーゼ欠損症、7-bp欠損/3-bp欠損
ビオチニダーゼ欠損症(253260)患者25人のうち10人において、Pomponioら(1995)は、BTD遺伝子の12bpのポリピリミジン配列のすぐ3プライムに、7bpの欠失と3bpの挿入(98-104del7ins3)を持つ対立遺伝子を同定した。この欠失／挿入は、アミノ酸68の停止コドンで終止すると予測されるフレームシフトをもたらし、その結果、ビオチニダーゼのアミノ酸配列とは異なるアミノ酸配列を有する切断タンパク質を生じた。他の3人の患者はホモ接合体であった。これら3人の患者は、正常ヒト血清ビオチニダーゼに対して調製した抗体に対する交差反応物質を欠いていた。3人の患者のうち1人の両親はいとこ同士であり、2人目の両親はいとこ同士であった。調査された患者の人種的、民族的多様性と世界的分布から、この突然変異の頻度が比較的高いことは、創始者効果によって生じたものではないことが示唆され、著者らはこの突然変異が突然変異ホットスポットであることを示唆した。

Gordon（1996）は、この突然変異はインデル（挿入／欠失）イベントによって生じたとし、「ホットスポット」仮説に疑問を呈し、嚢胞性線維症のdelF508突然変異（219700.0001）と同様に、これは非常に古い突然変異である可能性を示唆した。

.0002 ビオチニダーゼ欠損症
ビオチニダーゼ欠損症、15-bp del/11-bp ins
重篤なビオチニダーゼ欠損症(253260)の小児において、Pomponioら(1996)はBTD遺伝子のエクソンD(Coleら(1994)が報告した配列のヌクレオチド1059-1359)内の15-bp欠失/11-bp挿入変異のホモ接合性を同定した。この変異は、ポリペプチドが早期に終結すると予測されるフレームシフトをもたらした。著者らはこの突然変異を説明するために2つの可能性のあるメカニズムを提案し、その両方が複製DNA鎖における準パリンドローム構造の形成に関与しているとした。

.0003 ビオチニダーゼ欠損症
BTD, ARG538CYS
重症のビオチニダーゼ欠損症(253260)の小児30例中10例において、Pomponioら(1997)はBTD遺伝子のエクソンDのCpGジヌクレオチドに1612C-T転移を同定し、arg538-to-cys(R538C)置換をもたらした。患者のうち5人は、この変異と欠失／挿入変異の複合ヘテロ接合体であった（609019.0001）。ホモ接合体の小児の血清には検出可能なビオチニダーゼ蛋白はなく、著者らは、R538C変異はジスルフィド結合形成の異常をもたらし、異常酵素の迅速な分解をもたらし、変異酵素を細胞から血液中に分泌しないことを示唆した。Pomponioら（1997）は、R538C変異はビオチニダーゼ欠損症を引き起こす2番目に多い変異であると報告している。

.0004 ビオチニダーゼ欠損症
BTD, GLY34SER
重篤なビオチニダーゼ欠損症(253260)の血縁関係のない2人の個体において、Pomponioら(1997)はBTD遺伝子の100G-A転移を同定し、それはエクソンBのオーセンティックなスプライスアクセプター部位の57塩基下流に位置し、その結果Gly34-to-Ser(G34S)置換が生じた。この転移により3プライムスプライスアクセプター部位も生じた。ホモ接合体の子供からPCRで増幅したcDNAの塩基配列から、すべての産物が正常な個体より短く、異常スプライシングの結果であることが明らかになった。異常スプライシングされた転写産物は、推定シグナルペプチドの大部分をコードする2番目のフレーム内ATGを含む57ヌクレオチドを欠き、19アミノ酸のフレーム内欠失を生じた。この変異の結果、異常タンパク質を血中に分泌することができなくなった。これは、点突然変異が暗号化された3-プライムスプライスアクセプター部位モチーフを作り出し、それが上流の本物のスプライス部位よりも優先的に使われるという最初の報告例であった。Pomponioら（1997）は、下流のスプライス部位の優先的使用は、RNAスプライシングの5プライムから3プライムへのスキャニングモデルとは一致せず、エクソン定義モデルと一致すると述べている。

.0005 ビオチニダーゼ欠損症
BTD、Ala171thr、Asp444his
ビオチニダーゼ欠損症(253260)の無症状の男性で、新生児スクリーニングで罹患児が同定されたために診断された者において、Wolf et al. (511G-A転座はColeら(1994)によって報告されたala171-to-thr(A171T)置換をもたらし、1330G-C転座はNorrgardら(1996)によって報告されたasp444-to-his(D444H)置換をもたらした。） 娘も同じ遺伝子型であった。父親とその妻の両親は、この二重変異対立遺伝子に対してヘテロ接合体であった。

Swangoら(1998)は、部分的ビオチニダーゼ欠損症（活性10〜30％）の無作為に選んだ19人のうち18人がD444H変異のヘテロ接合体であることを発見した。以前の研究では、D444H変異はその対立遺伝子の酵素活性が正常の48％になり、一般集団では0.039の頻度で起こると推定されていた。Swangoら（1998）はD444H変異をガラクトース血症のDuarte変異型（230400.0005）と比較した。1つの対立遺伝子のD444H変異ともう1つの対立遺伝子の深在性欠損の変異との組み合わせは、部分的ビオチニダーゼ欠損症の一般的な原因である。

Norrgardら（1999）は、二重変異（A171T/D444H）が新生児スクリーニングで同定される二番目に多い対立遺伝子であり、対立遺伝子の17.3％に出現することを発見した。彼らは2番目の二重変異（F403V/D444H）を観察した；609019.0009を参照。A171TまたはF403VがD444Hと協調して作用しなければ、重篤なビオチニルヒドロラーゼおよび-トランスフェラーゼ欠損を生じるかどうかは不明であった。A171TまたはF403V変異は単独でも機能しない酵素を生じるが、どちらも単独では観察されなかった。A171T/D444Hは新生児スクリーニングの対立遺伝子として非常に頻度が高かったが、症状に基づいて障害が発見された患者には認められなかった。

Bellら（2011）は、437の標的遺伝子を含む448の重篤な劣性小児疾患の妊娠前キャリアスクリーニングにおいて、BTDのD444H変異は無症状の人が持つ多型であることを発見した。

.0006 ビオチニダーゼ欠損症
BTD, ASP252GLY
無症状のビオチニダーゼ欠乏症(253260)の女性で、彼女の子供が新生児スクリーニングで同定された後に診断された女性において、Wolfら(1997)は、asp252からgly(D252G)への置換をもたらすホモ接合性の755A-G転移を同定した。彼女の両親はこの突然変異に対してヘテロ接合体であった。彼女の夫はミスセンス変異（Q456H; 609019.0007）をヘテロ接合体で有していた。酵素欠損の娘は、母親と父親にみられた変異の複合ヘテロ接合体であった。新生児スクリーニングで同定された息子も、これら2つの変異の複合ヘテロ接合体であったと推定される。

.0007 ビオチニダーゼ欠損症
BTD、GLN456HIS
Wolfら(1997)は、子供がビオチニダーゼ欠損症(253260)と診断された男性において、gln456からhis(Q456H)への置換(当初はGLN556HISとして発表された)をもたらすBTD遺伝子のヘテロ接合性1368A-C転座を同定した。この患児はQ456H変異とD252Gの複合ヘテロ接合体であった(609019.0006)。

Pomponioら(2000)はトルコ人集団の臨床的に確認された小児においてQ456H変異のホモ接合性を同定した。彼らはまた、新生児スクリーニングで確認されたトルコ人の小児2人にQ456H変異をホモ接合体または複合ヘテロ接合体で同定した。

.0008 ビオチニダーゼ欠損症
BTD, ASN489THR
Pomponioら(1998)は、札幌の試験的新生児スクリーニングプログラムで同定されたビオチニダーゼ欠損症(253260)の日本人小児において、BTD遺伝子のエクソン4に1466A-Cの転座を同定し、その結果、BTDタンパク質の推定グリコシル化部位にasn489からthr(N489T)への置換が生じた。この小児は生後2ヵ月から5歳までビオチンの経口補給を受けた。その後、ビオチンの補充は中止され、報告時8歳であった子供は無症状のままであった。聴力と視力は正常であった。血清ビオチニルヒドロラーゼ活性は平均正常値の10.8％、ビオチニルトランスフェラーゼ活性は微量であった。

.0009 ビオチニダーゼ欠損症
BTD、PH403VALおよびASP444HIS
Norrgardら(1999)によるBTD欠損症患者(253260)で同定されたBTD遺伝子のF403V/D444H二重変異については、609019.0005を参照。

.0010 ビオチニダーゼ欠損症
BTD、ARG79CYS
Pomponioら(2000)は、臨床的および新生児スクリーニングによって同定されたビオチニダーゼ欠損症(253260)のトルコの小児において、BTD遺伝子の235C-T転移を同定し、arg79からcysへの置換(R79C)をもたらした。ある患者はホモ接合体であり、ある患者は複合ヘテロ接合体であった。

.0011 ビオチニダーゼ欠損症
BTD, THR532MET
トルコのビオチニダーゼ欠損症(253260)の小児において、Pomponioら(2000)はBTD遺伝子のホモ接合1595C-T転移を同定し、ホモ接合または複合ヘテロ接合状態でthr532-to-met(T532M)置換をもたらした。

.0012 ビオチニダーゼ欠損症
BTD, PHE361VAL
新生児スクリーニングで同定されたビオチニダーゼ欠損症（253260）のブラジル人小児14人のうち、Carvalhoら（2019年）は、BTD遺伝子のエクソン4においてホモ接合性のc.1081T-G転座を有し、phe361-to-val（F361V）置換を生じる2人を同定した。両患者の血清中のビオチニダーゼ酵素活性は部分欠損の範囲であった。これらの患者の1人の母親の血清酵素検査では、ビオチニダーゼ活性はヘテロ接合体の範囲であった。他の2人の小児はF361V変異と別のBTD変異の複合ヘテロ接合体であり、1人の症例はD444Hであった(609019.0005)。両児童の血清中のビオチニダーゼ酵素活性は部分欠損の範囲であった。

.0013 ビオチニダーゼ欠損症
BTD、ALA534VAL
新生児スクリーニングによって同定されたビオチニダーゼ欠損症（253260）の14人のブラジル人小児のうち、Carvalhoら（2019）は、BTD遺伝子のエクソン4におけるホモ接合性のc.1601C-T転移を有する1人を同定し、ala534-to-val（A534V）置換をもたらした。この子供のビオチニダーゼ欠損は重度欠損の範囲であった。他の2人の小児はA534VとD444Hの複合ヘテロ接合体であった(609019.0005)。これらの小児の血清中のビオチニダーゼ酵素活性は部分欠損の範囲であった。これらの所見に基づき、Carvalhoら（2019）は、A534V変異は重度の酵素欠損をもたらすと結論づけた。

www.omim.org/entry/609019

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