DUOX2

DUOX2_HUMAN
flavoprotein NADPH oxidase
LNOX2
NADPH thyroid oxidase 2
nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase
NOXEF2
P138-TOX
THOX2

DUOX2遺伝子は、デュアルオキシゲナーゼ2（Dual Oxidase 2）と呼ばれる酵素の生成を指示します。この酵素は、甲状腺において重要な役割を果たしており、甲状腺ホルモンの生成に不可欠です。

甲状腺ホルモンは、成長や脳の発達、体内での代謝と呼ばれる化学反応の速度を調節する働きを持っています。DUOX2は、甲状腺でのホルモン合成プロセスの一環として、過酸化水素（H₂O₂）を生成します。この過酸化水素は、ホルモンの前駆体であるチロシン残基にヨウ素を付加する反応（有機化反応）を進行させるために必要です。この反応によって、最終的に甲状腺ホルモンであるチロキシン（T4）およびトリヨードサイロニン（T3）が生成されます。

DUOX2遺伝子の変異は、先天性甲状腺機能低下症（Congenital Hypothyroidism）や甲状腺ホルモン合成異常を引き起こす可能性があります。これにより、新生児期や幼児期に成長障害や脳の発達遅延などの問題が発生することがあります。

甲状腺ホルモンの合成は、甲状腺濾胞細胞の先端膜に存在する複数のタンパク質複合体によって行われます。このプロセスに関わる主な構成要素として、以下のタンパク質が含まれます。

1. ヨウ化物トランスポーター（NIS, Sodium/Iodide Symporter; 605646）
ヨウ化物トランスポーターは、甲状腺細胞にヨウ素を取り込む役割を果たします。ヨウ素は甲状腺ホルモンの合成に必要な重要な元素です。

2. 甲状腺ペルオキシダーゼ（TPO; 274500）
甲状腺ペルオキシダーゼは、ヨウ素の酸化や、チロシン残基にヨウ素を付加（ヨード化）する反応を触媒します。この酵素は、過酸化水素（H₂O₂）を必要とし、ヨウ化物がチロシンに結合してホルモンの前駆体が生成される反応において重要な役割を果たします。

3. DUOX1（606758）およびDUOX2（De Deken et al., 2000）
DUOX1とDUOX2は、過酸化水素を生成するデュアルオキシゲナーゼであり、甲状腺ホルモン合成に必要な過酸化水素の供給源です。過酸化水素は、甲状腺ペルオキシダーゼが働くために必要不可欠な分子です。

このタンパク質複合体が協力して、甲状腺ホルモンであるT4（チロキシン）およびT3（トリヨードサイロニン）の合成が促進されます。これらのホルモンは、体の成長、発達、代謝を調節するために重要です。

Thyroid dyshormonogenesis 6 　甲状腺ホルモン合成障害6　　　607200 AR　3　

De Dekenら（2000年）は、白血球NADPHオキシダーゼのプローブを使用して、ヒト甲状腺細胞のcDNAライブラリーからDUOX2（デュアルオキシゲナーゼ2）cDNAをクローニングしました。DUOX2タンパク質は、推定1,548個のアミノ酸から構成され、分子量177kDと計算されています。このタンパク質は、甲状腺ホルモン合成において重要な役割を果たす過酸化水素（H₂O₂）の生成に関与します。

DUOX2には、以下の特徴的なドメインが含まれています：

– NADPHおよびFAD結合ドメイン：NADPHとFADはフラビンタンパク質に結合し、電子の供給に関与する重要な補酵素です。
– ヘム補欠分子団に結合する可能性のあるヒスチジン残基と保存されたアルギニン：これらの残基は、電子の伝達に関与し、酸化還元反応に重要です。
– EF-ハンドモチーフ（2つ）：カルシウムイオンの結合を介して構造や機能を調節します。
– N-グリコシル化部位（4つ）：これらの部位は、タンパク質の修飾や安定性に寄与します。
– 疎水性の伸長部分（7つ）：これにより、タンパク質が細胞膜に局在することが可能となります。

DUOX2は、他のNADPHオキシダーゼファミリーと高い類似性を持ち、特にDUOX1（83%類似）およびgp91-phox（47%類似）と近い関係があります。DUOX1およびDUOX2は、C. elegansに存在するタンパク質とも関連があり、進化的に保存された役割を果たしていることが示唆されます。

さらに、ノーザンブロット分析では、ヒト甲状腺細胞において6.4kbのDUOX2転写産物が確認され、免疫局在法により、DUOX2は甲状腺細胞の核上極部に位置し、甲状腺ペルオキシダーゼ（TPO）と共局在していることが示されました。この局在により、DUOX2が甲状腺ホルモン合成に直接関与していることが確認されています。

Dupuy ら（1999年）は、FISH法（蛍光in situハイブリダイゼーション）を使用して、DUOX2遺伝子を15q15にマッピングしました。この方法により、遺伝子の正確な染色体上の位置を特定することが可能です。

その後、De Deken ら（2000年）は、放射線ハイブリッド解析を用いて、DUOX2遺伝子およびDUOX1遺伝子が共に15q15.3に位置していることを確認しました。放射線ハイブリッド解析は、放射線で誘導された染色体の断片を用いて、特定の遺伝子の染色体位置を高い精度で同定する手法です。この研究によって、DUOX1とDUOX2が同じ染色体領域に存在し、甲状腺機能に重要な役割を果たすことがさらに明らかになりました。

De Dekenら（2000年）は、培養ヒト甲状腺細胞においてcAMPアゴニストで刺激すると、DUOX1およびDUOX2 mRNAの発現が増加することを実証しました。さらに、Lacroixら（2001年）は、甲状腺がんにおいてもDUOX1およびDUOX2の発現レベルが維持され、他の甲状腺分化マーカーを発現する腫瘍組織でより頻繁に認められることを報告しています。

Caillouら（2001年）は、リアルタイムPCRと抗ペプチド抗体を使用して、正常および病理学的ヒト甲状腺組織におけるDUOX1およびDUOX2の発現を調査しました。正常な甲状腺組織では、これらのタンパク質は甲状腺細胞の先端膜に局在し、免疫染色は40～60%の濾胞細胞で陽性でした。正常および病変組織間でDUOX1およびDUOX2のmRNAレベルの変動が一致していたことから、これらの遺伝子の発現は同様に制御されていることが示唆されました。さらに、DUOXタンパク質はLNOX（Long NOX）という新しいフラビンタンパク質ファミリーに属すると結論づけられました。

DUOX2は甲状腺ホルモン合成に不可欠なH₂O₂生成装置の一部であり、これは甲状腺濾胞細胞の頂端膜で機能します。GrasbergerとRefetoff（2006年）は、HeLa細胞へのDUOX2導入実験を通じて、DUOX2単独ではなく、DUOXA2との共発現が必要であり、これによってH₂O₂の生成が可能になることを発見しました。さらに、H₂O₂の放出はフラビンタンパク質阻害剤であるDPIによって完全に阻害されることが示されました。

Niethammerら（2009年）は、ゼブラフィッシュ幼生の創傷反応において、過酸化水素（H₂O₂）の重要な役割を調査し、傷口の縁におけるH₂O₂濃度の上昇が創傷後約3分で始まり、20分後にピークに達することを明らかにしました。このH₂O₂勾配は、傷に対する白血球の迅速な動員を促すために必要であり、これが組織レベルでのH₂O₂パターンの初めての観察例であると結論づけました。

モレノ氏ら（2002年）は、先天性甲状腺機能低下症（CH：Congenital Hypothyroidism）のスクリーニングプログラムを通じて、特発性CH患者9人（うち1人は永続性、8人は一時的な甲状腺機能低下症）およびヨウ化物有機化障害を有する患者1人を対象に、甲状腺の酸化酵素系を研究しました。

彼らは、患者およびその親族のDNAを分析し、DUOX1およびDUOX2遺伝子における変異の存在を調査しました。その結果、以下のような重要な知見が得られました。

1. 永続的な重度の甲状腺ホルモン欠乏症および完全なヨウ化物有機化欠損症を示す患者は、DUOX2遺伝子においてホモ接合性ナンセンス変異（606759.0001）が見つかりました。この変異により、タンパク質のすべての機能ドメインが欠失しており、酸化酵素としての機能が完全に失われていました。

2. 軽度の一時的な甲状腺機能低下症および部分的なヨウ化物有機化欠損症を示す8人の患者のうち、3人にはDUOX2遺伝子におけるヘテロ接合性変異が確認されました。この変異により、タンパク質が早期に終結し、機能ドメインが失われていました。

結論として、モレノ氏らは、軽度の一時的な甲状腺機能低下症がDUOX2遺伝子のモノアレリック変異と関連しており、これが甲状腺による過酸化水素の産生不足を引き起こしていることを示唆しました。この不足により、生命の初期段階で十分な量の甲状腺ホルモンが合成されず、一時的な甲状腺機能低下症の原因となることが確認されました。

GrasbergerとRefetoff（2006年）は、DUOX（デュアルオキシゲナーゼ）およびその補助因子であるDUOXA（デュアルオキシゲナーゼアクティベーター）の配列が、進化の過程で高度に保存されていることを発見しました。この双方向的な関連性は、進化的に非常に古く、棘皮動物（ウニやヒトデなど）が脊椎動物から分岐する前に現れたとされています。

さらに、硬骨魚類（魚類の一部）は1つのDuox遺伝子と1つのDuoxa遺伝子をそれぞれ持っており、これは脊椎動物の進化の初期段階での特徴です。しかし、これらの遺伝子は、脊椎動物が両生類（カエルなど）から分岐する前に、進化の過程でタンデム重複を受け、逆反復の形で複数の遺伝子コピーが形成されました。この結果、脊椎動物には、Duox1、Duox2、およびそれぞれに対応するDuoxa1（612771）およびDuoxa2という2組の遺伝子が存在するようになりました。

この研究は、進化の過程での遺伝子重複が、甲状腺ホルモンの合成や過酸化水素の生成に関与するこれらの重要な遺伝子に大きな影響を与え、機能を維持しながらも多様化したことを示しています。

.0001 甲状腺ホルモン合成障害 6
DUOX2、ARG434TER
新生児スクリーニングで先天性甲状腺機能低下症（TDH6; 607200）が検出された患者において、Moreno ら（2002）は、DUOX2 遺伝子における 1300C-T 転位のホモ接合性を発見し、その結果、アルギニン434がトレオニンに変異（R434X）し、タンパク質が短縮しました。患者のサイロキシン値は検出限界以下で、サイロトロピン値は非常に高値でした。その後の診断手順では、甲状腺が適切に位置しており、ヨウ素123の取り込みが高く、過塩素酸塩試験ではヨウ化物が完全に排出されていることが示されました。患者は甲状腺ホルモン療法を継続する必要がありました。患者は近親婚の末裔でした。父親、母親、兄弟は変異に対してヘテロ接合型であり、甲状腺機能は正常でした。

0.0002 甲状腺ホルモン合成障害 6
DUOX2、GLN686TER
新生児スクリーニングで先天性甲状腺機能低下症（TDH6; 607200）が検出され、サイロキシン濃度がわずかに低下し、サイロトロピン濃度が上昇している患者について、Moreno ら（2002年）は、gln686-to-ter（Q686X）変異をもたらす2056C-T転位を特定しました。投与量を何度か調整した後、患者にはチロキシンを非常に低用量投与し、3歳以降は診断目的で治療を中止しました。12か月の経過観察期間中、患者は正常な甲状腺機能が維持されました。一方、永久的な甲状腺機能低下症の患者は、DUOX2変異（606759.0001）のホモ接合型でしたが、DUOX2対立遺伝子に2056C-T変異を持つ患者はヘテロ接合型であり、父親も同様でした。母親は野生型ホモ接合型でした。

.0003 甲状腺ホルモン合成障害6
DUOX2、ARG842TER
先天性甲状腺機能低下症（TDH6; 607200）の2人の兄弟において、Vigoneら（2005年）は、DUOX2遺伝子のエクソン18における2524C-T転位による複合ヘテロ接合性を特定し、その結果、arg842 。また、DUOX2遺伝子のエクソン9における1126C-T転位により、アルギニン376がトリプトファンに置換（R376W）されました（606759.0004）。 甲状腺機能正常の両親はヘテロ接合型であり、母親はR842X、父親はR376Wでした。

.0004 甲状腺ホルモン合成障害 6
DUOX2、ARG376TRP
Vigoneら（2005年）により先天性甲状腺機能低下症（TDH6; 607200）患者において複合ヘテロ接合体の状態で発見されたDUOX2遺伝子におけるarg376-to-trp（R376W）変異に関する考察については、606759.0003を参照してください。

www.omim.org/entry/606759