CRBN

MRT2A
mental retardation, non-syndromic, autosomal recessive, 2A
MRT2

CRBN遺伝子は、セレブロンと呼ばれるタンパク質をコードしており、このタンパク質は金属イオン結合活性および膜貫通トランスポーター結合活性を持つと予測されています。セレブロンは、Wntシグナル伝達経路の正の制御に関与し、プロテアソームを介したユビキチン依存的なタンパク質の異化プロセスやタンパク質のユビキチン化にも関わっています。このタンパク質は細胞質および核に存在し、Cul4A-RING E3ユビキチンリガーゼ複合体の一部を形成します。

CRBN遺伝子の機能は、常染色体劣性知的発達障害2の発症に関与していることが示されています。さらに、CRBN遺伝子はLonプロテアーゼファミリーに関連しており、カルシウムチャネル膜タンパク質と共に局在し、脳の発達に重要な役割を果たしていると考えられています。CRBN遺伝子の変異は、非症候性認知障害と関連があることが知られており、異なるアイソフォームをコードする複数の転写バリアントが存在します。

CRBN遺伝子とその産物であるセレブロンタンパク質は、特定の薬剤の作用機序においても重要な役割を担っています。特に、サリドマイドおよびその類縁体の効果は、セレブロンとの相互作用を通じて実現されることが示されています。これらの薬剤は、セレブロンを介して特定のタンパク質のユビキチン依存的分解を誘導し、がん細胞の増殖を抑制する効果があります。

以上のことから、CRBN遺伝子およびセレブロンタンパク質は、細胞のシグナル伝達、タンパク質の代謝、脳の発達、および特定の薬剤の作用機序において中心的な役割を果たしており、これらの分野における研究において重要な対象となっています。

Intellectual developmental disorder, autosomal recessive 2 常染色体劣性知的発達障害2　　607417 AR　3　

Higginsら（2004年）の研究では、常染色体劣性知的発達障害（MRT2; 607417）に関連する候補遺伝子としてCRBN（セレブロン）が同定されました。この遺伝子は、ドイツ系アメリカ人の大家族において染色体3pter-p25にマッピングされ、当初はLOC51185と命名された転写産物から発見されました。その後の分析で、CRBN遺伝子がコードするタンパク質は、442アミノ酸から構成され、ATP依存性Lonプロテアーゼドメインといくつかのリン酸化部位を含んでいることが明らかになりました。このタンパク質は、特に脳の発達に重要な役割を果たすことが示唆され、その高度に保存されたLonドメインにちなんで「セレブロン」と命名されました。RT-PCRによる解析では、CRBNタンパク質がヒトの脳で豊富に発現していることが確認されました。

一方、Joら（2005年）による研究では、ラットの脳cDNAライブラリーからラットのCRBNがクローニングされました。得られたタンパク質は445アミノ酸から構成され、マウスのCRBNと98％の高い配列同一性を持つことが確認されました。ラットのCRBNには、LonプロテアーゼのN末端ドメイン、RGS様ドメイン、ロイシンジッパーモチーフ、および4つの推定リン酸化部位が含まれています。ノーザンブロット解析により、ラットのCRBNは脳、肝臓、腎臓、精巣で強く発現していることが示され、in situハイブリダイゼーションの結果からは、特に海馬、手綱核、大脳皮質での強い発現が観察されました。

これらの研究結果は、CRBNがヒトおよびラットの脳の発達において重要な役割を担っている可能性を示唆しており、知的発達障害やその他の神経発達障害の研究において、CRBNが重要なターゲットとなることが期待されます。

Higginsら（2004年）による研究では、CRBN（セレブロン）遺伝子の構造に関する重要な情報が提供されました。彼らは、CRBN遺伝子が11のエクソンを含むことを明らかにしました。エクソンとは、遺伝子のコーディング領域を指し、タンパク質の合成に直接関与するDNAの部分です。遺伝子のエクソン数は、その遺伝子がコードするタンパク質の複雑さや機能に影響を与える可能性があります。

Higginsら（2004年）による研究では、CRBN（セレブロン）遺伝子がヒトの染色体3pter-p25に位置していることが特定されました。この遺伝子の正確な位置をマッピングすることは、CRBN遺伝子の機能や関連する疾患との関連性を理解する上で重要です。

一方、Joら（2005年）はラットのCrBN遺伝子を染色体4q41にマッピングしました。さらに、マウスのCrBN遺伝子については、マウスの6番染色体にマッピングされたと報告されています。これらの研究結果は、異なる種間でのCrBN遺伝子の位置の保存性を示しており、この遺伝子が果たす生物学的役割が広範囲にわたる可能性があることを示唆しています。

CRBN遺伝子は、神経発達障害やその他の疾患における重要な役割を持つ可能性があり、これらのマッピング研究は、遺伝子の機能解析や疾患との関係を深く理解するための基礎を提供します。特に、CRBN遺伝子が関与する疾患メカニズムの解明や、新たな治療標的の同定に寄与する可能性があります。

Fischerら（2014年）の研究は、サリドマイド類薬剤（サリドマイド、レナリドマイド、ポマリドマイド）が、E3ユビキチンリガーゼ複合体であるCRL4(CRBN)内のCRBN（セレブロン）という基質受容体にエナンチオ選択的に結合するメカニズムを明らかにしました。この発見は、これらの薬剤の作用機序に新たな光を当てるものです。

CRBNは、E3ユビキチンリガーゼ複合体の一部として、特定のタンパク質をユビキチン化して分解のためにマーキングする役割を果たします。Fischerらによる結晶構造の解析から、サリドマイド類薬剤がCRBNと結合することで、特定の内因性基質の結合を阻害し、その結果、特定のタンパク質（例えば、ホメオボックス転写因子MEIS2やIKZF1、IKZF3など）の分解が促進または抑制されることが示されました。

この作用機序の理解は、サリドマイド類薬剤が特定の血液がん（例えば、多発性骨髄腫）や自己免疫疾患の治療に有効である理由を説明するのに役立ちます。これらの薬剤がCRL4(CRBN)複合体の活性を変化させることにより、病態に関与する特定のタンパク質の量を調節し、治療効果を発揮すると考えられます。

また、この研究は、小分子化合物がE3ユビキチンリガーゼの機能を調節し、特定のタンパク質の運命をコントロールできる可能性を示しています。これは、新たな治療薬の開発に向けた有望なアプローチであり、タンパク質分解の調節を通じて疾患治療に寄与する新しい薬剤の設計に貢献する可能性があります。

Itoら（2010）によってCRBNがサリドマイド結合タンパク質として同定されたことは、サリドマイドの催奇形作用の分子メカニズムを理解する上での重要な進展でした。CRBNは、損傷DNA結合タンパク質-1（DDB1）およびCUL4Aと共にE3ユビキチンリガーゼ複合体を形成し、四肢の発達や線維芽細胞成長因子受容体FGF8の発現に重要な役割を果たします。サリドマイドがCRBNに結合することで、このユビキチンリガーゼ活性を阻害し、催奇形作用を引き起こすことが示されました。

Kronkeら（2014）の研究では、レナリドミドがCRBN-CRL4ユビキチンリガーゼ複合体を介して、多発性骨髄腫治療において重要なリンパ系転写因子IKZF1とIKZF3の選択的ユビキチン化と分解を引き起こすことが明らかにされました。このメカニズムにより、レナリドミドは多発性骨髄腫細胞の成長を抑制します。

Luら（2014）は、レナリドミドがCRBNに結合した際に、特にB細胞転写因子IKZF1およびIKZF3をプロテアソームによる分解の標的とする能力を獲得することを独自に示しました。これは、骨髄腫細胞の治療におけるレナリドミドの効果にとって不可欠な要素です。

Kronkeら（2015）は、レナリドミドが染色体5q欠失を伴う骨髄異形成性疾患（del(5q) MDS）に有効である理由を解明しました。レナリドミドは、E3ユビキチンリガーゼ複合体CUL4-RBX1-DDB1-CRBNを介して、CK1αのユビキチン化と分解を誘導します。CK1αの分解は、del(5q) MDS細胞に対するレナリドミドの治療効果のメカニズム的根拠を提供します。

これらの研究は、CRBNとその関連するユビキチンリガーゼ複合体が、サリドマイドとその誘導体の治療効果および副作用において中心的な役割を果たしていることを示しています。さらに、これらの薬剤の作用機序の理解は、催奇形活性のない新しい治療薬の開発に貢献する可能性があります。

Higginsら（2004年）の研究では、知的発達障害（MRT2；607417）を持つ家系の患者から、CRBN遺伝子のホモ接合性ナンセンス変異（R419X；609262.0001）が特定されました。この変異は、タンパク質の premature terminationを引き起こし、機能不全のタンパク質が産生されることを意味します。この変異は表現型と分離しており、CRBN遺伝子の特定の変異が知的発達障害にどのように関与するかを理解する上で重要な発見です。

Sheereenら（2017年）による別の研究では、サウジアラビアの血縁家族で重度の知的障害、自傷行為、てんかん発作を持つ患者から、CRBN遺伝子のホモ接合体変異（C391R；609262.0002）が同定されました。この変異も表現型と分離しており、CRBN遺伝子が神経発達障害の発症において重要な役割を果たしていることを示唆しています。

これらの研究は、CRBN遺伝子の変異が知的発達障害の発症に直接関与している可能性を示しており、特定の遺伝子変異が神経発達障害の原因となりうることを示しています。これらの発見は、将来の治療法開発に向けた基礎研究において重要な意味を持ちます。

Joら（2005年）の研究では、ラットの脳内でCRBNタンパク質が大コンダクタンスカルシウム活性化カリウム（BK）チャネルのαサブユニット（KCNMA1）と直接相互作用することが観察されました。この相互作用は、脳溶解液中での免疫沈降実験によって確認され、さらに、両タンパク質が培養されたラットの海馬ニューロン中で共に局在していることが示されました。CRBNはBKチャネルのイオン電流を抑制し、チャネルの4量体複合体の形成を減少させ、結果として機能的なチャネルの細胞表面への発現を減少させることが分かりました。

この発見は、CRBNがBKチャネルの組み立てや細胞表面への発現に重要な影響を及ぼし、チャネルの活性を調節する上で重要な役割を果たしている可能性があることを示しています。BKチャネルは、神経細胞の興奮性、筋肉の収縮、および血圧の調節など、多くの生理学的プロセスに関与しており、CRBNがこれらのプロセスにどのように影響を与える可能性があるかについての洞察を提供します。このような動物モデルによる研究は、特定のタンパク質の機能や疾患との関連を理解する上で貴重な情報を提供し、将来的な治療法の開発に向けた基盤となります。

アレリック・バリアント（2例）：Clinvarはこちら

.0001 常染色体劣性知的発達障害 2
crbn, arg419ter
Higginsら(2000)が以前に報告した知的発達障害(MRT2; 607417)の大家族の罹患者において、Higginsら(2004)はCRBN遺伝子のエクソン11にarg419からterへの置換(R419X)を生じるホモ接合性の1274C-T転移を同定した。この変異は400本の対照染色体では検出されなかった。この切断はLonドメインは残しているが、N-ミリストイル化部位を破壊し、C末端のカゼインキナーゼ-2リン酸化部位を欠失させており、適切な細胞内標的化を妨げている可能性がある。ヒトのLon含有タンパク質はミトコンドリアに局在し、そこで短命のポリペプチドを選択的に分解することから、Higginsら（2004年）は、CRBN遺伝子の欠損がミトコンドリアのエネルギー代謝の核内制御を阻害している可能性があるという仮説を立てた。

R419X変異を持つ患者由来のリンパ芽球様細胞におけるCRBNの発現を調べるためにRT-PCRを用いたところ、Higginsら（2008）は、R419X変異CRBNは野生型タンパク質と同程度のレベルで発現していることを見出した。しかしながら、変異型CRBNが存在すると、異なるKCNMA1 (600150)チャネルアイソフォームの発現が有意に異なる結果となった。変異型CRBNタンパク質は、成体では通常ダウンレギュレートされる部位2インサートを含むKCNMA1アイソフォームの出生後の持続的発現と関連していた。部位-2インサートを持つタンパク質アイソフォームの持続は、部位-2インサートを持たない成熟アイソフォームと比較して、より高い細胞内カルシウム感受性、より速い活性化、より遅い不活性化動態を持つBKチャネルをもたらすであろう。Higginsら（2008年）は、このような変化が、変異を持つ患者の皮質発達異常や認知障害に関与している可能性があると仮定した。著者らは、R419X変異CRBNはナンセンスを介した崩壊を免れることを指摘している。

Xuら（2013年）は、R419X切断がCRBNのC末端サリドマイド結合領域内で生じたことを報告した。この変異は、CRBNの発現や局在、CRBN-CRL4 E3リガーゼ複合体の形成を変化させず、CRL4 E3リガーゼ標的タンパク質のユビキチン化にも影響を及ぼさなかった。しかしながら、Xuら（2013）は、CRBNのC末端がユビキチン自己抑制ドメインとして機能していることを発見した。R419X変異体におけるC末端切断は、CRL4 E3リガーゼを介したCRBNのC末端リジンの、lys48結合ポリユビキチン鎖によるユビキチン化を可能にし、野生型CRBNと比較して変異型CRBNの半減期を減少させた。

.0002 常染色体劣性2型知的発達障害
CRBN, CYS391ARG
重度の知的障害、自傷行為、てんかん発作（MRT2; 607417）を有するサウジアラビアの血縁家族の3兄妹において、Sheereenら（2017）は、CRBN遺伝子のエクソン11におけるホモ接合性のc.1171T-C転移（chr3.3,192,707T-C, GRCh37）を同定し、その結果、CULTドメインの保存残基においてcys391からarg（C391R）への置換が生じ、表現型と分離した。患者の自傷行為は4歳頃から始まった。患者の甥2人（4歳と3歳）もホモ接合体で、注意欠陥多動性障害、発達遅延、てんかん発作を有していた。この変異は全ゲノム配列決定によって発見され、サンガー配列決定によって確認された。バリアントの機能研究は行われなかった。

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