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DCLRE1C

承認済シンボル
遺伝子名:DNA CROSS-LINK REPAIR PROTEIN 1C; DCLRE1C
参照:
HGNC: 17642
AllianceGenome : HGNC : 17642
NCBI64421
Ensembl :ENSG00000152457
UCSC : uc001inn.5
遺伝子OMIM番号605988
●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:DNA cross-link repair family
●遺伝子座: 10p13
●ゲノム座標:10:14,897,359-14,954,432

遺伝子の別名

ARTEMIS

遺伝子の概要

DCLRE1C、別名アルテミスは、一本鎖DNAに対して5′-3’エキソヌクレアーゼ活性を持つ酵素です。この酵素はDNA依存性タンパク質キナーゼ(PRKDC)によってリン酸化され、複合体を形成すると、5′-3’の突出末端やヘアピン構造に対してエンドヌクレアーゼ活性を発揮します。アルテミスは、非相同末端結合(NHEJ)というDNA修復プロセスに関与しており、T細胞やB細胞の発生過程で行われる免疫グロブリンやT細胞受容体遺伝子のV(D)J組み換えにおいて、重要なヘアピン構造の切断に必要不可欠です。

遺伝子と関係のある疾患

Omenn syndrome オーメン症候群 603554 AR 3 

Severe combined immunodeficiency, Athabascan type 重症複合免疫不全症(アサバスカン型) 602450 AR 3 

遺伝子の発現とクローニング

V(D)J組み換えプロセスは、免疫グロブリンやT細胞受容体の遺伝子多様性を生み出す重要な過程です。このプロセスではDNAが2本鎖で切断され、修復機構によって修復されます。ヒトのT-B重度複合免疫不全症(RS-SCID)は、V(D)J組み換えに欠陥があるため、B細胞やT細胞の成熟が早期に停止する疾患です。RS-SCIDの原因遺伝子は10番染色体の短腕に位置しています。

Moshousら(2001年)は、10番染色体上のBACコンティグを分析し、アルテミスをコードするcDNAを特定しました。このアルテミスは、685アミノ酸から成り、分子量は77.6kDです。アルテミスは、DNA修復に重要なメタロ-β-ラクタマーゼスーパーファミリーに属し、マウスの同様のタンパク質と78%の同一性を持っています。さらに、アルテミスは広範な組織で発現していることが確認されています。

Liら(2002年)の研究では、アルテミス遺伝子において選択的スプライシングが行われ、6種類以上の転写産物が生成されることが明らかにされました。また、蛍光顕微鏡により、アルテミスが核内に局在していることも確認されました。

遺伝子の構造

Moshousら(2001年)のゲノム配列解析によって、アルテミス遺伝子には14個のエクソンが存在し、そのサイズは52bpから1,160bpまでの範囲であることが明らかになりました。

マッピング

BAC contig 解析により、Moshous ら(2001)はアルテミス遺伝子を10p染色体にマッピングしました。

BACコンティグ解析とは、バクテリア人工染色体(BAC:Bacterial Artificial Chromosome)を使った解析手法の一つで、DNAの長い断片を扱いながら、染色体上の位置関係を明らかにする技術です。具体的には、以下のプロセスを含みます。

BACクローンの作成:まず、研究対象のゲノムから比較的長いDNA断片(通常100kb〜300kb)をBACベクターに挿入し、細菌に導入してクローンを作成します。
コンティグの形成:これらのBACクローンを使って、重なり合う断片を特定し、染色体上の位置に沿って順番に並べます。これを「コンティグ」と呼びます。コンティグは、重複するDNA配列をもつクローンを順次つなげていくことで形成されます。
ゲノムの解析:このようにして得られたBACコンティグを利用して、特定の遺伝子の場所や構造を調べることができます。
BACコンティグ解析は、大規模なゲノムプロジェクトや遺伝子マッピング、特定の遺伝子領域の詳細な解析に用いられます。

遺伝子の機能

Maら(2002年)の報告によると、アルテミスはDNAが存在しない状態でも469kDのDNA依存性プロテインキナーゼ(PRKDC)と複合体を形成します。アルテミス単体では5′-3’の一本鎖特異的エキソヌクレアーゼ活性を持っていますが、PRKDCとの複合体を形成するとPRKDCによってリン酸化され、5′-3’のオーバーハングやヘアピン構造に対するエンドヌクレアーゼ活性を得ます。この複合体は、RAGタンパク質複合体によって生成されたDNAヘアピンを開くことができ、V(D)J組み換えにおけるヘアピン開裂や非相同末端結合(NHEJ)に必要な酵素活性を発揮します。

Moshousら(2003年)は、アルテミスがゲノムの安定性に関与する「世話役」遺伝子としても機能する証拠を提示しました。さらに、Luら(2008年)は、アルテミスとPRKDCの複合体がヘアピン型DNA末端をシスで活性化し、これによってヘアピンが切断され、その後NHEJによる修復が行われる可能性を報告しました。この知見は、V(D)J組み換えにおける抗原受容体の多様化において重要な役割を果たします。

また、Duら(2008年)は、クラススイッチ組み換え(CSR)におけるアルテミスの役割を調査し、アルテミスが欠損したB細胞では特定のスイッチ領域におけるCSR接合部が異常になることを発見しました。彼らは、アルテミスがCSRにおいて主要なNHEJ経路と関連していると結論づけています。

最後に、Rivera-Munozら(2009年)は、アルテミス欠損マウスおよびRS-SCID患者において、特定のIgアイソタイプでクラススイッチが減少し、CSR接合部でDNAマイクロホモロジーの使用が増加することを確認しました。これにより、アルテミスがCSRにおけるDNA修復に重要な役割を果たしていることが示されました。

分子遺伝学

Moshousら(2001年)は、RS-SCID患者11家族13名からアルテミス遺伝子に8つの異なる変異を特定しました。また、Liら(2002年)は、アサバスカン型重症複合免疫不全症(SCIDA)のネイティブアメリカン21名に、アルテミス遺伝子のエクソン8に創始者変異を発見し、この変異がSCIDAの原因であることを明らかにしました。野生型のアルテミスがSCIDAの細胞で遺伝子修復を補完できることも確認されています。

Noordzijら(2003年)は、アルテミス遺伝子変異を持つRS-SCID患者4名を特定し、保存されたアミノ酸残基にミスセンス変異を持つ3名が、大きな欠失を持つ患者と同じDNA組み換え異常を示すことを発見しました。このことは、これらの変異がアルテミスの機能に不可欠であることを示しています。また、B細胞の分化が骨髄のプレB細胞受容体チェックポイントで完全に停止することも確認され、アルテミスがこの段階で重要な役割を果たしていることが示唆されました。

さらに、Moshousら(2003年)は、部分型SCID患者においてアルテミス遺伝子の低形成変異を特定しました。この変異はメタロ-β-ラクタマーゼドメインを保っているため、アルテミスの機能が部分的に残存していましたが、患者の一部はB細胞リンパ腫を発症し、アルテミスがゲノム安定性の維持に関与している可能性が示されました。

Omenn症候群の患者では、Egeら(2005年)がアルテミスの複合ヘテロ接合性変異を特定し、この患者ではT細胞がオリゴクローナルなレパートリーを持つものの、V(D)J組み換えは正常で、アルテミスの機能が部分的に回復していることが示されました。

Van Zelmら(2008年)は、DCLRE1C、IGHM、BTK遺伝子における大規模欠失の切断点を比較し、トランスポゾン要素や相同領域が大規模欠失に関与していることを示唆しました。彼らは、トランスポゾン要素の含有量が遺伝子の大規模欠失頻度に関連している可能性があると仮説を立てています。

動物モデル

Rooneyら(2002年)は、アルテミス欠損マウスが、V(D)J組み換えのコーディングヘアピン末端の開裂や結合に欠陥があり、重度の免疫不全や放射線感受性の増大などの症状を示すことを報告しました。これは、アルテミスがPRKDCと共に非相同末端結合(NHEJ)に関与していることを裏付ける結果です。しかし、PRKDC欠損マウスではV(D)Jシグナル配列結合の精度が低下しているのに対し、アルテミス欠損マウスではこの現象が見られなかったため、PRKDCには追加の機能があることが示唆されました。さらに、アルテミス欠損は染色体不安定性を引き起こし、アルテミスがゲノムの保護に重要であることが確認されました。

Liら(2005年)はアルテミス欠損マウスを作成し、Rooneyらの研究を再現しました。彼らは、アルテミス欠損マウスでの造血幹細胞移植後に、T細胞領域に偏った再構成が観察され、SCIDA患者の特徴と一致していることを確認しました。

また、Jacobsら(2011年)は、ヒトのアルテミス低機能変異を持つマウスモデルにおいて、異常なV(D)J接合や染色体再配列が増加することを確認しました。特に、アルテミス低形成アレルとp53の不活性化を持つマウスでは、BおよびTリンパ性腫瘍の発症リスクが増加しました。この腫瘍は、RAGタンパク質によるDNA切断が適切に修復されず、染色体転座が発生することに関連していました。Jacobsらは、アルテミス低形成アレルが独自の分子欠陥と腫瘍発生に関わっていると結論づけました。

アレリックバリアント

0.0001 重度の複合型免疫不全症と電離放射線への感受性
DCLRE1C、ARG74TER

RCV000004929…
電離放射線に感受性を示す重症複合型免疫不全症(RS-SCID;602450)の無関係な3人の患者において、Moshous ら(2001年)はアルテミス遺伝子のヌクレオチド279におけるC-to-Tの変異を特定し、その結果、アルギニン74がセリンに置換(R74X)しました。患者P2はR74Xのホモ接合型であり、患者P1とP4はそれぞれR74Xとエクソン1から4のゲノム欠失(605988.0002)およびエクソン10のスプライス供与部位の変異(605988.0005)の複合ヘテロ接合型でした。

.0002 電離放射線に対する感受性を伴う重症複合型免疫不全症
DCLRE1C、EX1-4DEL
RCV000004930
電離放射線に感受性を示す重症複合型免疫不全症(RS-SCID;602450)の無関係な4人の患者において、Moshous ら(2001年)はアルテミス遺伝子のエクソン1から4までの欠失を特定し、アルテミス転写産物の完全な欠如を明らかにしました。患者P6、P15、P40は変異のホモ接合型であり、患者P1はエクソン1から4の欠失とアルギニン74からトレオニンへの置換(R74X;605988.0001)の複合ヘテロ接合型でした。

0003 電離放射線に対する感受性を伴う重度の複合型免疫不全症
DCLRE1C、EX5-6DEL
RCV000004931
重度の複合型免疫不全で電離放射線過敏症の患者(P3)(RS-SCID、602450)において、Moshous ら(2001年)はアルテミス遺伝子のエクソン5から6の欠失を特定し、その結果、エクソン4から7のフレーム外スプライシングとリジン96のフレームシフトが生じていることを明らかにしました。この患者は、この変異とエクソン11のスプライス供与部位の変異(605988.0004)の複合ヘテロ接合型でした。 .

0004 電離放射線に対する感受性を伴う重度の複合免疫不全症
DCLRE1C、IVS11DS、G-C、+1

RCV000004932
電離放射線に感受性を示す重症複合型免疫不全症の患者(P3)(RS-SCID;602450)において、Moshous ら(2001)は、 Artemis遺伝子のイントロン11のドナーコンセンサス配列の最初のヌクレオチドにおけるスプライシング変異(GからC)が同定され、エクソン10から12のフレーム外スプライシングと、thr300におけるフレームシフトが起こることが分かりました。この患者は、この変異とエクソン5から6の欠失(605988.0003)の複合ヘテロ接合型でした。

0005 重度の複合型免疫不全症および電離放射線に対する感受性
DCLRE1C、IVS10DS、G-A、+1

RCV000004933
電離放射線過敏症を伴う重症複合型免疫不全症の患者(P4)(RS-SCID、602450)において、Moshous ら(2001年)は アルテミス遺伝子のイントロン10のドナーコンセンサス配列の最初のヌクレオチドにおけるスプライシング変異(GからA)を同定し、エクソン9から12のインフレームスプライシングが起こり、ala261からglu317が欠損したタンパク質が生成される可能性があることを明らかにしました。この患者は、この変異とarg74-to-ter置換(R74X;605988.0001)の複合ヘテロ接合型でした。

0006 重篤な複合型免疫不全症および電離放射線に対する感受性
DCLRE1C、IVS5DS、G-T、+1

RCV000004934…
電離放射線過敏症を伴う重症複合型免疫不全症(RS-SCID;602450)の2家族4人(P5、P11、P12、P38)において、Moshous ら(20 01)は、アルテミス遺伝子の第5イントロンのドナーコンセンサス配列の最初のヌクレオチドにおけるスプライシング変異(GからT)を特定しました。その結果、エクソン4から6のフレーム外スプライシングとリジン96におけるフレームシフトが生じました。患者は、この変異のホモ接合型でした。

0.0007 電離放射線に対する感受性を伴う重症複合型免疫不全症
DCLRE1C、1-BP欠失、818G

RCV000004935
重度の複合型免疫不全で電離放射線過敏症の患者(P16)(RS-SCID;602450)において、Moshous ら(2001)は、アルテミス遺伝子のエクソン9のヌクレオチド818における1bpの欠失(G)を同定し、コドンala254の後にフレームシフトが生じていることを明らかにしました。この患者は、この変異のホモ接合型でした。

0.0008 重度の複合型免疫不全症および電離放射線に対する感受性
DCLRE1C、EX5-8DEL
RCV000004936
電離放射線過敏症を伴う重症複合型免疫不全症の患者(P47)(RS-SCID;602450)において、Moshous ら(2001)はアルテミス遺伝子のエクソン5から8の欠失を特定し、その結果、エクソン4から9のインフレームスプライシングが生じ、リジン96がグルタミン219に欠けるタンパク質が生成される可能性があることを明らかにしました。この患者は、この突然変異のホモ接合型でした。 .

0009 重度の複合型免疫不全、アサバスカン型
DCLRE1C、192番目のチロシンから終止

RCV000004937…
Li ら(2002年)は、アサバスカン型重症複合型免疫不全(SCIDA;602450)患者であるナバホ族18名中17名およびアパッチ族3名中3名のDCLRE1C遺伝子のエクソン8におけるホモ接合型C-to-Aトランスバージョンを特定しました。この突然変異により、Artemisタンパク質はtyr192で途切れ(Y192X)、遺伝子のエクソン8にNspI制限酵素部位が形成され、患者および保因者における突然変異およびヘテロ接合体の状態を簡単に確認できる検査が可能になりました。Liら(2002年)は、Y192X突然変異はナバホ族およびアパッチ族(アサバスカ語を話す)のネイティブアメリカンの2.1%に存在すると推定しています。

0.0010 重度の複合免疫不全、部分
DCLRE1C、7-BP欠失、NT1384

RCV000004939…
部分的な重症複合型免疫不全(SCID;602450)の3人の同胞のうち、2人がB細胞リンパ腫を発症したという事例において、Moshous ら(2003年)は、アルテミス遺伝子における2つの変異の複合ヘテロ接合性を特定しました。7-bp 欠失( エクソン14における7-bp欠失(ヌクレオチド1384-1390)は、asp451(D451)におけるフレームシフトと、その10アミノ酸下流の早期終止コドンを招き、ヌル変異(605988.0002)を招きました。エクソン14の7塩基対欠失は、タンパク質のメタロ-β-ラクタマーゼ触媒領域を温存し、機能発現研究により、変異タンパク質が残存活性を保持していることが示されました。すべての患者で多クローン性T細胞およびB細胞のレベルが低下しており、低レベルのV(D)J組み換えが起こっていることが示されました。

0011 重度の複合免疫不全、部分的
DCLRE1C、17-BP欠失
RCV000004940
部分的な重症複合型免疫不全(SCID;602450)患者において、Moshous ら(2003)は、Artemis 遺伝子のエクソン14におけるホモ接合型17塩基対欠失を同定しました。その結果、15アミノ酸下流の終止コドンが早期に停止しました。この欠失は、タンパク質のメタロ-β-ラクタマーゼ触媒領域を温存し、残存する機能活性を予測しました。

0.0012 OMENN症候群
DCLRE1C、MET1THR

RCV000004941…
Omenn症候群(603554)の5ヶ月齢の男性乳児において、Ege ら(2005年)は、Artemis遺伝子における複合ヘテロ接合性変異を特定しました。父親から受け継いだT-to-Cトランジションにより、 met1-to-thr 置換(M1T)を引き起こすT-to-C 転移、およびhis35-to-asp 置換(H35D; 605988.0013)を引き起こすC-to-G 転移が母親から遺伝しました。母親由来のH35D対立遺伝子はタンパク質の活性中心内にヌル変異を含んでいましたが、父親由来のM1T対立遺伝子は開始コドン変異を有しており、in vivoおよびin vitroでV(D)J組み換えとArtemis機能が部分的に回復しました。近親交配していない健康な両親には、2人の年長の息子がいましたが、2人ともオメン症候群の症状を示して死亡しました。長男は、紅皮症を発症し、非定型肺炎により11カ月で死亡しました。次男は、アスペルギルス症により5歳で死亡しました(614079参照)。次男は血小板減少症と自己免疫性溶血性貧血を患っており、これらはエヴァンス症候群の症状と考えられました。死亡した次男は、発端者と同じ複合ヘテロ接合性変異を有していました。

0.0013 OMENN症候群
DCLRE1C、HIS35ASP

RCV000004938…
Omenn症候群患者(603554)において複合ヘテロ接合状態で発見されたDCLRE1C遺伝子のhis35-to-asp(H35D)突然変異に関するEgeら(2005年)の研究については、605988.0012を参照してください。

.0014 電離放射線過敏症を伴う重症複合型免疫不全症
DCLRE1C、THR65ILE

RCV000240844
602450)の電離放射線過敏症を伴う重症複合型免疫不全症のトルコの近親婚家族5家系10人において、Volk ら (2015) は 94C-T 変異(c.194C-T、NM_001033855.1)を同定し、その結果、Thr65-to-Ile(T65I)置換が生じました。この突然変異は、エクソームシーケンス全体で発見され、最初の家族でサンガーシーケンスで確認されました。dbSNP(ビルド138)およびExACデータベースに対してフィルタリングされ、すべての家族で疾患と分離されました。2人のホモ接合患者の線維芽細胞のウェスタンブロット分析では、対照と比較してARTEMISの発現が著しく減少していることが示されました。1つの家族の別の分家からさらに2人の患者が、DCLRE1C遺伝子のエクソン14におけるT65Iと1bp挿入(c.1669_1670insA; 605988.0015)の複合ヘテロ接合型であり、その結果、フレームシフトと早期終止(Thr577AsnfsTer21)が起こりました。患者の一部は当初、抗体欠損症と診断されましたが、その後、異常なT細胞亜集団とT細胞増殖反応の欠損症が発見されました。患者細胞におけるV(D)J組み換えの欠損症は、野生型DCLRE1Cによって回復させることができました。

0015 電離放射線に対する感受性を伴う重度の複合型免疫不全症
DCLRE1C、1-BP INS、1669A

RCV000240842
DCLRE1C遺伝子のエクソン14における1-bp挿入(c.1669_1670insA、NM_001033855.1)に関する考察。この挿入により、フレームシフトと早期終結(Thr577AsnfsTer 21)が、電離放射線に感受性を示す重症複合型免疫不全(RS-SCID; 602450)の2人の同胞において複合ヘテロ接合体の状態で発見されました。Volk et al. (2015)、605988.0014を参照のこと。

参考文献

プロフィール

この記事の筆者:仲田洋美(医師)

ミネルバクリニック院長・仲田洋美は、日本内科学会内科専門医、日本臨床腫瘍学会がん薬物療法専門医 、日本人類遺伝学会臨床遺伝専門医として従事し、患者様の心に寄り添った診療を心がけています。

仲田洋美のプロフィールはこちら

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