DNM1

DNM

ダイナミン（DNM）は、GTP結合タンパク質のサブファミリーに属するタンパク質で、そのN末端には高い配列相同性が見られるものの、C末端では相同性がより限定的です。このタンパク質は、最初にウシで微小管結合タンパク質として同定され、微小管に基づくモーター機能を持つ可能性が示唆されました。その後、ショウジョウバエの「shibire」遺伝子がラットのDnm遺伝子に相当することが発見され、ダイナミンがエンドサイトーシス（細胞が物質を取り込むプロセス）に関与している可能性が示されました。

哺乳類には少なくとも3つのダイナミン遺伝子が存在し、それぞれ異なる役割を果たしています。

1. DNM1：主に脳で発現し、シナプス小胞のリサイクルに関与するGTPアーゼで、特に生後の神経発達において重要です。
2. DNM2（602378）：より広範な組織で発現し、細胞の様々なエンドサイトーシス機構に関与しています。
3. DNM3（611445）：主に脳や精巣で発現し、神経機能に関与しています。

DNM1の役割は、特にシナプスでの小胞の再利用に重要で、神経伝達の効率を保つために必要です。この機能は、生後の脳の発達と神経回路の形成において非常に重要です。

Developmental and epileptic encephalopathy 31A, autosomal dominant　常染色体優性発達性およびてんかん性脳症31A　 616346 AD　 3

Developmental and epileptic encephalopathy 31B, autosomal recessive　常染色体劣性発達性およびてんかん性脳症31B　 620352 AR　3　

Van der Bliekら（1993年）は、ショウジョウバエのshibire cDNAを用いてヒト脳cDNAライブラリーをスクリーニングし、DNM1（ダイナミン1）をコードするcDNAをクローニングしました。このDNM1タンパク質は、推定864アミノ酸で構成され、ラットのDnm1とは99%、ショウジョウバエのshibire産物とは69%の相同性を示しました。特に、DNM1はN末端にGTPアーゼドメイン、C末端にはプロリン/アルギニンに富む特有の領域を持っています。HeLa細胞を用いたウェスタンブロット分析では、DNM1をトランスフェクトした細胞から100kDのタンパク質が検出されました。

Van der Bliekらはまた、DNM1転写物が内部部位とC末端で選択的スプライシングを受けることを発見しました。ノーザンブロット分析によって、DNM1は脳を除くすべての組織で同じレベルで発現していることが確認されましたが、脳では他の組織よりも少なくとも30倍高い発現が見られました。さらに、脳では3.9kbと4.6kbの異なるサイズの転写産物が検出され、他の組織では4.2kbの転写産物のみが確認されました。このことから、脳に特異的なスプライシングが行われていることが示唆されました。

一方、Sontagら（1994年）は、ラットのDnm1が脳に特異的に発現していることを観察し、Van der Bliekらが他の組織で検出した転写産物は実際にはDNM2であると示唆しました。

最近では、Parthasarathyら（2022年）が39の脳サンプルでRNAシーケンスを行い、DNM1の優性アイソフォームに含まれているのは、従来考えられていたエクソン10bではなく、エクソン10aであることを実証しました。これにより、DNM1のアイソフォーム構造がより詳しく明らかになりました。

ニューマン・スミスら（1997年）は、蛍光 in situ ハイブリダイゼーション（FISH）と体細胞ハイブリッド分析を用いて、DNM1遺伝子をヒトの染色体9q34にマッピングしました。この手法により、遺伝子の正確な位置が特定され、DNM1の機能や関連疾患の研究において重要な基盤が提供されました。

一方、クロンケら（1997年）は、異種戻し交雑分析を行い、マウスのDnm1遺伝子を染色体2の近位領域にマッピングしました。この発見は、ヒトとマウス間の相同性に基づく遺伝子研究に役立ち、モデル動物を用いたさらなる機能解析のための指標となりました。

これらの研究により、ヒトとマウスにおけるDNM1遺伝子の正確な位置が明確になり、ダイナミンの役割や関連疾患の解明に向けた遺伝学的研究の進展が促されました。

Faelber氏ら（2011年）は、ヒトダイナミン-1の結晶構造を発表しました。この構造は、GTPアーゼドメイン、束状シグナル伝達要素、ステム、およびプレクストリン相同ドメインから構成されています。研究では、ヌクレオチド非存在下で、ダイナミン-1が十字形の構造を持つステムを介して結晶内で多量体を形成することが示されました。また、保存された表面を通じて、プレクストリン相同ドメインが隣接するダイナミン分子の束状シグナル伝達要素と相互作用していることが確認されました。これにより、ダイナミン-2に関連する疾患変異が理解され、ダイナミンの機能を説明する力学的結合モデルが提案されました。

Ford氏ら（2011年）も、プロリンに富むドメインを欠損したダイナミン-1の結晶構造を、ヌクレオチド非存在下で発表しました。単量体のダイナミン-1は、GTPアーゼドメインと束状シグナル伝達要素が長いヘリカル構造のステムの上に配置され、反対側の端にプレクストリン相同ドメインが柔軟に付着しています。この構造では、ダイナミン-1の二量体や多量体はステムの界面を介して形成されることが示されました。これらの研究により、ダイナミンファミリーのタンパク質がどのように高次構造を形成し、膜切断イベントを媒介するかに関する重要な洞察が得られました。

これらの結晶構造解析は、ダイナミンタンパク質の機能や、膜切断などの生物学的プロセスにおける役割を理解するための基盤となり、関連疾患のメカニズム解明にも役立っています。

ダイナミン（Dnm1）は、膜を切断するメカニズムに関与する大型のGTPアーゼであり、クラスリン依存性エンドサイトーシスを含む小胞輸送において重要な役割を果たしています。以下は、ダイナミンに関する主要な発見の概要です。

1. Dnm1のリン酸化とGTPアーゼ活性
Sontagら（1994年）は、プロテインキナーゼC（PRKC）によるDnm1のリン酸化が、Dnm1のGTPアーゼ活性を増強することを示しました。興味深いことに、Dnm1はPRKCの基質であるのに対し、Dnm2はそうではありません。

2. ダイナミンの機能
Van der Bliekら（1993年）は、ダイナミンが受容体媒介性エンドサイトーシスにおいて機能し、クラスリン被覆小胞の形成に必要であることを示しましたが、小胞体からゴルジ複合体への膜輸送には必要とされないことがわかりました。さらに、Sontagらは、Dnm1が特に神経末端でのシナプス小胞のリサイクルに重要な役割を果たしていると述べています。

3. ダイナミンの膜切断機構
ダイナミンは、クラスリン被覆ピットの「首」の部分に集合し、細胞膜から小胞を切断する際に中心的な役割を果たします。この過程は、ダイナミンがGTPアーゼとしてのエネルギーを利用して、小胞を膜から分離するメカニズムに関与することを示唆しています。SweitzerとHinshaw（1998年）は、精製された組み換えダイナミンが脂質二重層に結合してらせん状のチューブを形成し、GTPの添加によりこれが収縮して小胞化することを実証しました。これにより、ダイナミン単独で膜切断を引き起こすことが可能であることが示されました。

4. ダイナミンの機械化学的機能
Marksら（2001年）は、ダイナミンがオリゴマー化およびGTP結合だけでなく、効率的なGTP加水分解と構造変化が必要であることを示しました。これにより、ダイナミンが小胞切断において機械化学的な機能を果たしていることが確認されました。

5. ダイナミンと高速エンドサイトーシス
山下ら（2005年）は、GTPアーゼであるダイナミン-1が、中枢神経系シナプスにおける小胞の高速エンドサイトーシスに不可欠であることを明らかにしました。非加水分解性GTPアナログ（GTP-gamma-S）やダイナミン-1のプロリンリッチドメインペプチドがエンドサイトーシスを阻害することを確認し、ダイナミンの機能が小胞の効率的な回収に関与していることを示しました。

これらの研究は、ダイナミンがエンドサイトーシスを媒介するだけでなく、膜切断の直接的な原動力として機能することを明らかにし、神経細胞のシナプス機能や細胞膜のリモデリングにおいて重要な役割を果たしていることを示しています。

発達性およびてんかん性脳症31A

発達性およびてんかん性脳症31A（DEE31A）は、DNM1遺伝子の変異によって引き起こされる重度の神経疾患です。エクソームシークエンシングの研究によって、EuroEPINOMICS-RES Consortium et al. (2014年)は、356人の発達性およびてんかん性脳症患者のうち、5人において新たなde novoヘテロ接合性ミスセンス変異（例：602377.0001 – 602377.0003）を発見しました。これらの患者は、両親には症状がなく、患者のみが発症していることから、新生変異による疾患であることが示唆されています。

DNM1はシナプス伝達において重要な役割を果たしており、変異があると神経細胞間の信号伝達が障害され、てんかん発作や発達遅延を引き起こします。Boumilら（2010年）の研究では、ヘテロ接合型のDnm1変異を持つマウスモデルがてんかんを発症することが確認されています。これに基づき、Dhindsaら（2015年）は、DNM1の3つのミスセンス変異のin vitro機能アッセイを行い、これらの変異が優性ネガティブ様式でトランスフェリンのエンドサイトーシスを阻害することを明らかにしました。この障害は、シナプス小胞の循環やエンドサイトーシスの欠陥と一致しています。

また、発達障害の解読研究（2015年）では、DNM1に新たなヘテロ接合性ミスセンス変異（例：602377.0004 – 602377.0005）を持つ知的障害患者3人が発見されました。さらに、Parthasarathyら（2022年）は、8人のDEE31A患者において、DNM1遺伝子のc.1197-8G-Aという新しいスプライシング変異（602377.0006）を特定しました。この変異は、スプライシングの異常を引き起こし、2つのアミノ酸が挿入されることで、DNM1オリゴマーのGTPアーゼ活性が阻害されると予測されました。

患者の脳組織を調べた結果、視床などの灰白質で神経細胞密度が低下しており、白質では軸索密度の減少、特に淡蒼球におけるシナプスジストロフィーが観察されました。超微細構造の研究では、小胞輸送に障害があることを示す異常な小胞も確認され、DNM1変異が小胞輸送に与える影響が強調されました。

これらの研究結果は、DNM1の変異が神経細胞のシナプス機能やエンドサイトーシスに与える深刻な影響を示し、DEE31Aの病態解明に重要な手がかりを提供しています。

発達性およびてんかん性脳症31B

発達性およびてんかん性脳症31B（DEE31B; 620352）は、DNM1遺伝子におけるホモ接合性ナンセンス変異が原因で発症する重篤な神経疾患です。以下は、DEE31Bに関する重要な研究の概要です。

Yigitら（2022年）は、近親婚の親から生まれた2人の無関係な患者において、DNM1遺伝子にホモ接合性ナンセンス変異（Q33X、602377.0007 および Q284X、602377.0008）を特定しました。これらの変異は、エクソームシークエンシングによって発見され、患者の両親ではヘテロ接合性で存在していました。この変異は、タンパク質の生成を早期に停止させ、機能不全を引き起こすと考えられていますが、機能研究はまだ実施されていません。

また、AlTassanら（2022年）は、近親婚の患者から生まれた別のDEE31B患者で、DNM1遺伝子にホモ接合性のフレームシフト変異（c.350del; 602377.0009）を発見しました。この変異は、全エクソームシークエンシングによって特定され、サンガーシークエンシングで確認されました。この変異も両親ではヘテロ接合性で存在していました。このフレームシフト変異は、GTPアーゼドメインの欠失を引き起こし、タンパク質の機能喪失が予測されています。

これらの発見は、DNM1の機能喪失がDEE31Bの発症に重要な役割を果たしていることを示し、DNM1遺伝子の変異がシナプス機能や神経細胞の発達に与える影響をさらに解明するための基盤となります。

Fergusonら（2007年）は、ダイナミン-1を欠損させたノックアウトマウスを作製し、その結果を報告しました。ノックアウトマウスは、出生後の初期段階では正常に見えるものの、数時間後からミルクの摂取量が減少し、数日以内に運動協調性の低下が明らかになりました。最終的に、これらのマウスは成長に失敗し、2週間以内に死亡しました。シナプスでの観察では、ダイナミン-1ノックアウトによりシナプス小胞のエンドサイトーシスが著しく損なわれ、強い外因性刺激に対してはエンドサイトーシスが阻害されましたが、刺激が終了すると回復することが確認されました。このことから、ダイナミン-1が神経細胞の高い活動レベルで特に重要な役割を果たしていることが示唆されました。

Boumilら（2010年）の研究では、「fitful（ftfl）マウス」におけるDnm1タンパク質のヘテロ接合性ミスセンス変異（A408T）が特定されました。この変異は、てんかん発作や神経学的異常を引き起こします。ホモ接合体のftflマウスでは、より重篤な神経症状が見られ、運動失調や聴覚・視覚障害が生じ、最終的には致死性てんかん発作に至ります。これらのマウスの脳では、小脳のプルキンエ細胞の樹状突起が減少しており、エンドサイトーシスにおける欠陥が確認されました。

さらに、Dhindsaら（2015年）は、電子顕微鏡を用いて、ftflマウスのシナプスで小胞の数が大幅に減少し、残存する小胞のサイズが増加していることを発見しました。この現象は、エンドサイトーシスの欠陥を反映しています。

イヌモデルでは、ラブラドール・レトリーバーが運動誘発性失神（EIC）症候群を発症することが知られています。Pattersonら（2008年）は、EICが第9染色体に位置するDNM1遺伝子の突然変異（R256L置換）によって引き起こされることを発見しました。この突然変異は神経伝達とシナプス小胞のエンドサイトーシスに重要なダイナミン-1の機能に影響を与え、EICの発症に寄与していると考えられています。

これらの動物モデルの研究は、ダイナミン-1がシナプス機能とエンドサイトーシスにおいて重要な役割を果たしていることを示しており、関連する疾患の理解と治療法の開発に貢献しています。

.0001 発達性およびてんかん性脳症 31A
DNM1、ALA177PRO
発達性およびてんかん性脳症31A（DEE31A；616346）の15歳女児において、EuroEPINOMICS-RES Consortium et al. (2014) は、DNM1遺伝子におけるde novoヘテロ接合性c.529 G-C 転換（c.529G-C、NM_004408.3）が DNM1 遺伝子で同定され、その結果、GTPアーゼドメイン内の高度に保存された残基で ala177-to-pro（A177P）置換が生じました。エクソームシーケンスにより発見され、サンガーシーケンスにより確認されたこの変異は、Exome Variant Serverデータベースにも2,005人の院内対照者にも存在していませんでした。このバリアントの機能研究は実施されていません。患者は生後7か月でてんかん発作を発症し、最後の経過観察時には、重度の知的障害、言語障害、低緊張、運動失調性歩行、行動障害が認められました。

Dhindsa ら（2015年）は、A177P 変異を COS-7 細胞および HeLa 細胞に導入したところ、トランスフェリンのエンドサイトーシスがドミナントネガティブ様式で阻害されることを発見しました。変異型A177Pタンパク質は単独で発現されると、野生型と比較して拡散性の細胞質分布で局在異常を起こしました。電子顕微鏡による解析では、変異により、異常な形状の大きなエンドサイトーシス小胞と、小胞が細胞膜の縁に集まった小さな小胞が生じ、小胞形成の障害が示唆されました。 .

0002 発達性およびてんかん性脳症 31A
DNM1、LYS206ASN
EuroEPINOMICS-RES Consortium ら (2014) は、発達性およびてんかん性脳症31A (DEE31A; 616346) の8歳男児において、DNM1遺伝子における新規ヘテロ接合性c.618G DNM1遺伝子におけるde novoヘテロ接合型c.618G-Cトランスバージョン（c.618G-C、NM_004408.3）が同定され、その結果、GTPアーゼドメイン内の高度に保存された残基でリジン206がアスパラギン（K206N）に置換されました。エクソームシーケンスにより発見され、サンガーシーケンスにより確認されたこの変異は、Exome Variant Serverデータベースにも2,005人の院内対照者にも存在しませんでした。このバリアントの機能研究は実施されていません。患者は生後6か月でてんかん発作を発症し、最後の追跡調査時には、重度の知的障害、言語障害、低緊張、歩行不能の状態でした。

Dhindsa ら（2015年）は、K206N 変異を COS-7 細胞および HeLa 細胞に導入すると、トランスフェリンのエンドサイトーシスがドミナントネガティブ様式で阻害されることを発見しました。変異型K206Nタンパク質は単独で発現すると、野生型と比較して細胞全体に不均一に分布する大きなタンパク質凝集体に誤局在化しました。ウェスタンブロット分析では、野生型と比較してK206Nタンパク質の75%の減少が示されました。 .

0003 発達性およびてんかん性脳症 31A
DNM1、GLY359ALA
EuroEPINOMICS-RES Consortium ら (2014) は、発達性およびてんかん性脳症-31A (DEE31A; 616346) の6歳男児において、DNM1遺伝子における新規ヘテロ接合性c.1076 G-C 転換（c.1076G-C、NM_004408.3）が DNM1 遺伝子で同定され、その結果、GTPアーゼドメイン内の高度に保存された残基でグリシン359がアラニンに置換（G359A）しました。エクソームシーケンス全体で発見され、サンガーシーケンスで確認されたこの変異は、Exome Variant Serverデータベースにも、2,005人の社内対照者にも存在しませんでした。このバリアントの機能研究は実施されていません。患者は生後2か月でてんかん発作を発症し、最後の追跡調査時には、重度の知的障害、言語障害、低緊張、歩行不能の状態でした。

Dhindsa ら（2015年）は、G359A 変異はオリゴマー形成に関与するミドルドメインで発生すると述べています。COS-7 細胞および HeLa 細胞に変異を導入したところ、トランスフェリンのエンドサイトーシスがドミナントネガティブ様式で阻害されました。変異型G359Aタンパク質は単独で発現された場合、野生型と比較して細胞全体に網状に分布し、局在異常を示しました。ウェスタンブロット分析では、G359Aタンパク質の表現型は野生型と比較してほぼ2倍増加しましたが、二量体化はほぼ50%減少しました。

0.0004 発達性およびてんかん性脳症31A
DNM1、130982480C-T
発達性およびてんかん性脳症31A（DEE31A；616346）の男性患者において、Deciphering Developmental Disorders Study（2015）は、 DNM1遺伝子における染色体座g.130,982,480（chr9.130,982,480C-T、GRCh37）のヘテロ接合性C-T転移が確認されました。このミスセンス変異は、新規に発生したものです。機能研究は実施されていません。

0.0005 発達性およびてんかん性脳症 31A
DNM1, 130984491A-T
発達性およびてんかん性脳症31A（DEE31A; 616346）の男性患者において、Deciphering Developmental Disorders Study（2015）は、 DNM1遺伝子における染色体座g.130,984,491（chr9.130,984,491A-T、GRCh37）のヘテロ接合性A-Tトランスバージョンが同定されました。このミスセンス変異は新規に発生したものです。機能研究は実施されていません。

0.0006 発達性およびてんかん性脳症31A
DNM1、c.1197-8G-A
発達性およびてんかん性脳症31A（DEE31A; 616346）の無関係な患者8人において、Parthasarathy ら（2022）は、 。1197-8G-A 変異（c.1197-8G-A、NM_001288739.1）が DNM1 遺伝子に生じ、スプライシング異常が引き起こされることが判明しました。この変異は、全エクソームシークエンシングまたは遺伝子パネルのシークエンシングにより特定されました。 c.1197-8G-A 変異を有する DNM1 のスプライシングを評価するミニ遺伝子アッセイにより、エクソン 10 の R399 と T400 の間に新たなスプライス部位が形成され、2 個のアミノ酸が挿入されることが示されました。これにより、DNM1 オリゴマーの GTPアーゼ活性化が阻害されることが予測されました。患者の脳組織を調べたところ、視床を含む灰白質における神経細胞密度の低下、白質における軸索密度の低下、および特に淡蒼球におけるシナプスジストロフィーが認められました。 超微細構造の研究では、小胞輸送障害に一致する異常な小胞が認められました。

0.0007 発達性およびてんかん性脳症 31B
DNM1、GLN33TER
近親婚のレバノン人両親から生まれた患者（家系1）において、Yigit ら（2022）は、 DNM1遺伝子におけるc.97C-Tトランジション（c.97C-T、NM_004408.3）のホモ接合性変異が同定され、その結果、gln33-to-ter（Q33X）置換が生じました。エクソームシーケンスにより同定されたこの変異は、両親ではヘテロ接合性で存在していました。このバリアントはgnomADデータベースには存在しませんでした。機能研究は実施されていません。

0.0008 発達性およびてんかん性脳症 31B
DNM1, GLN284TER
近親婚のイスラム系アラブ人の両親から生まれた患者（家系2）で、発達性およびてんかん性脳症31B（DEE31B; 620352）が認められた症例において、Yigit et al. (2022) は、 DNM1遺伝子におけるc.850C-Tトランジション（c.850C-T、NM_004408.3）のホモ接合性が確認され、その結果、gln284からter（Q284X）への置換が生じました。エクソームシーケンスにより発見されたこの変異は、両親ではヘテロ接合体の状態で存在していました。患者の5人の健常同胞は、変異キャリアであるか、変異を保有していませんでした。このバリアントはgnomADデータベースには存在しませんでした。機能研究は実施されていません。

0.0009 発達性およびてんかん性脳症 31B
DNM1、1-bp欠失、350C
中東の近親婚の親から生まれた患者で、発達性およびてんかん性脳症31B（DEE31B; 620352）のAlTassan et al. (2022) は、 DNM1遺伝子における1塩基対欠失（c.350del、NM_001288739.1）のホモ接合性を同定し、その結果、フレームシフトと早期終結（Pro117ArgfsTer14）が起こりました。この変異は、全エクソームシーケンスにより特定され、サンガーシーケンスにより確認されました。両親にはヘテロ接合体の状態で存在していました。この変異により、GTPアーゼドメインの喪失と機能喪失が予測されました。このバリアントはgnomADデータベースには存在しませんでした。

www.omim.org/entry/602377