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DNAL1

承認済シンボル:DNAL1
遺伝子名:dynein axonemal light chain 1
参照:
HGNC: 23247
AllianceGenome : HGNC : 23247
NCBI83544
Ensembl :ENSG00000119661
UCSC : DNAL1 (ENST00000553645.7) from GENCODE V46
遺伝子OMIM番号610062
●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:Dyneins, axonemal outer arm complex subunits
●遺伝子座: 14q24.3
●ゲノム座標: 14:73,644,986-73,703,732

遺伝子の別名

C14orf168
chromosome 14 open reading frame 168
MGC12435
1700010H15RiK
CILD16

遺伝子の概要

DNAL1は外ダイニンアームの重要な構成要素であり、外ダイニンアームには、繊毛運動に必要なATP依存性の分子モーターが含まれています(Horvath et al., 2005)。外ダイニンアームは、繊毛や鞭毛の運動を調整し、細胞表面から突き出たこれらの微細構造が協調的に動くことによって、細胞や体液を移動させる役割を果たします。DNAL1は、このプロセスにおいて、外ダイニンアームの機能を支えるタンパク質の一部として、エネルギー変換に関与します。
線毛模式図

jmg.bmj.com/content/jmedgenet/52/1/1/F1.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1
より引用
クラミドモナスにおける繊毛軸糸の模式図。左上:繊毛の縦断面図。繊毛の異なる部分における軸糸微小管の位置を示しています。赤線は右側に示されている断面の位置を示しています。断面図では、中心の微小管ペアを取り囲む9つの微小管二重体が示されています。微小管は放射状スポーク、N-DRC、ダイニンアームを介して相互に連結しています。遷移領域にはダイニンアームは存在しません。ODAを除くこれらの構造はすべて、軸糸に沿って96nmの周期で分布しています。ODAは24nmごとに存在しています。96 nm の繰り返し構造内におけるこれらの構造の配置は、下部に示されています。 a/d、b/g、c、e は単頭型 IDA アイソフォーム、fα および fβ は双頭型 IDA アイソフォーム f、IC/LC は内部ダイニン腕(IDA)の中間鎖-軽鎖複合体 (IDA)、Mt A、微小管 A、Mt B、微小管 B、N-DRC、ネキシン-ダイニン制御複合体、ODA、α、β、γの標識が付いた外ダイニン腕、RS1、ラジアルスポーク1、RS2、ラジアルスポーク2、RS3S、ラジアルスポーク3の切り株。 図は以前に発表されたオリジナルデータに基づいています。


ダイニン分子の会合

www.researchgate.net/publication/342760460/figure/fig6/AS:961687549140994@1606295587550/Schematic-diagram-of-the-hypothesized-role-of-DNAAF2-in-the-dynein-arm-assembly-for-PCD.png
より引用
PCD(Primary ciliary dyskinesia)形成におけるダイニンアーム複合体の仮説上の役割の模式図。 a DNAAF2、DNAH5、DNAH11、DNAI1、DNAI2、および DNAL1 を含む PCD 遺伝子は軸糸に位置し、中心対は 9対の周辺微小管二重体が取り囲んでいます。 b DNAAF2はダイニンアーム複合体の組み立てに関与しており、この複合体は移動に必要な力の生成を担っています。 c DNAAF2の突然変異により、ODAsとIDAsが意図された機能部位に輸送される前に軸糸から消失してしまいます。IC2:中間鎖2、DNAI2:ダイニン軸糸中間体2、Hsp70:熱ショックタンパク質70、IC1:中間鎖1、HC:重鎖、LC:軽鎖、DC:ドッキング複合体、IFT:繊毛内輸送

遺伝子と関係のある疾患

Ciliary dyskinesia, primary, 16 原発性線毛機能不全症16 614017 AR 3 

遺伝子の発現とクローニング

Horvath ら(2005年)は、クラミドモナスLC1遺伝子に類似した配列をESTデータベースで検索し、5-prime RACEとPCRを用いてDNAL1をクローニングしました。このDNAL1遺伝子は、推定190アミノ酸からなるタンパク質をコードしており、クラミドモナスLC1と54%、マウスのDnal1とは93%の配列同一性を示しました。ノーザンブロット分析では、DNAL1転写産物(約0.9 kb)が精巣でのみ検出されました。

また、マウス胚におけるin situハイブリダイゼーションの結果、Dnal1の発現は胚の節に限局しており、これが9+0繊毛の運動性に寄与している可能性が示唆されました。成体動物では、Dnal1は上気道の呼吸上皮細胞や、脳室およびシルビウス裂を覆う上衣細胞で発現していることが確認されました。これらの細胞は、繊毛を持ち、体液や細胞運動に関連した機能を果たしています。

遺伝子の構造

Horvath ら(2005年)は、DNAL1遺伝子が8つのエクソンを含み、全長が49kbに及ぶことを明らかにしました。また、マウスのDnal1遺伝子も同様に8つのコーディングエクソンを持ち、全長は25kbであることが報告されています。この遺伝子は、外ダイニンアームに関連するタンパク質をコードし、繊毛運動を司るATP依存性の分子モーターに重要な役割を果たしています。

マッピング

ゲノム配列解析により、Horvath ら(2005年)は DNAL1 遺伝子を14q24.3染色体にマッピングしました。また、マウスの Dnal1 遺伝子を12染色体にマッピングしました。

遺伝子の機能

Horvath ら(2005年)は、免疫沈降法を用いて、蛍光標識したヒトDNAL1が、ブタ気管上皮の軸索小体抽出物中に存在する天然のDnah5(603335)と結合することを示しました。この結果は、DNAL1が外ダイニンアームの構成要素として機能しており、Dnah5との直接的な相互作用があることを示唆しています。これにより、外ダイニンアームがATP依存性の繊毛運動を調節するために、DNAL1が重要な役割を果たしていることが示唆されました。

分子遺伝学

Mazor 氏らは、原発性線毛機能不全症16(CILD16; 614017)の患者3名を対象に連鎖解析と候補遺伝子の配列決定を行い、DNAL1遺伝子におけるホモ接合性の変異(N150S; 610062.0001)を特定しました。この変異は、線毛の外ダイニンアームの機能に影響を与え、原発性線毛機能不全症の原因となることが示されました。この変異は、DNAL1タンパク質の機能を損ない、繊毛運動が正常に行われない結果として、呼吸器系やその他の組織で特徴的な症状が現れると考えられています。

アレリックバリアント

0.0001 原発性線毛機能不全症、16
DNA1遺伝子座、ASN150SER
Mazor ら(2011年)は、近親婚のベドウィン族の家系に属する2つの家系から得られた2人の同胞を含む3人の患者において、 DNAL1遺伝子におけるホモ接合型449A-G変異を特定し、その結果、ロイシンリッチリピート(LRR)ドメイン内の高度に保存された残基において、アスパラギン150がセリン(N150S)に置換されることが分かりました。ヘテロ接合体の変異保有者は臨床的には影響を受けず、この変異は健康なベドウィン人124人のうち1人に検出されました。この変異は、ダイニン重鎖と結合する疎水性表面のβストランドとαヘリックスの間の適切なタイトターンに重要な領域で発生しました。この変異により、DNAL1タンパク質の安定性が低下し、ダイニン重鎖およびα-チューブリンへの結合が野生型タンパク質と比較して80%減少しました。患者は新生児呼吸障害、重度の罹患率につながる慢性の副鼻腔肺感染症、完全な逆位などの疾患の典型的な症状を示していました。光学顕微鏡検査では、線毛運動の欠如または弱化が認められ、電子顕微鏡検査では、外側線毛ダイニンアームの欠如が認められました。

参考文献

遺伝子名 DNAL1
遺伝子座MIM番号 610062
遺伝子座 14q24.3
遺伝形式 常染色体劣性
疾患名 原発性線毛機能不全症
疾患頻度
症状 線毛の超微構造の異常に基づく機能不全症で、線毛機能障害によって幼小児期からの慢性上・下気道感染症や中耳炎、不妊症、色素性網膜炎などの多彩な症状を呈する。内臓逆位を伴うこともある。
表現型MIM番号 614017

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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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