ELP1

DYS
ELP1_HUMAN
IKAP
IKBKAP
IKI3
inhibitor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells, kinase complex-associated protein
TOT1

ELP1遺伝子は、タンパク質「伸長因子複合体タンパク質1（ELP1）」を生成する指示を提供し、このタンパク質は、全身のさまざまな細胞、特に脳細胞に存在しています。ELP1は、伸長因子複合体と呼ばれる6つのタンパク質からなる複合体の一部を構成しており、この複合体は、遺伝子の転写（遺伝情報を細胞のタンパク質合成機構に伝えるプロセス）において重要な役割を果たしています。

伸長因子複合体は、細胞骨格や細胞運動に関わるタンパク質の転写に特に重要です。これらの機能は細胞の成長や発達に不可欠で、細胞骨格は特に神経細胞の成長を支える役割を担っています。神経細胞においては、情報を伝える役割を持つ軸索や樹状突起といった構造が細胞骨格によって支えられています。また、細胞運動は神経細胞が脳内で適切な位置に移動するために必須であり、この移動が正常に行われることで神経ネットワークが形成され、脳機能が発達します。

ELP1は、高度に保存された転写伸長因子複合体であるElongatorの重要な構成要素です。この複合体は、ヒストンアセチルトランスフェラーゼ（HAT）としての活性を持ち、特にヒストンH3に作用して、転写伸長の調節に関わっています。ヒストンH3のアセチル化は、DNAがタンパク質合成に使用される際に、クロマチン構造を緩め、遺伝子の発現を容易にする役割を果たします。しかし、Elongator複合体のほとんどが細胞質に存在することから、転写伸長以外の役割があると考えられています。

ELP1は当初、IKK複合体の足場タンパク質IKBKAP（IKAP）として、NF-κB経路の活性化に関与していると報告されましたが、その後の研究により、IKAPがこの経路に直接関与していないことが確認されました（Closeらの2006年の研究より）。

{Medulloblastoma} 髄芽腫　　155255 AD　, AR, SMu 3　

Dysautonomia, familial　家族性自律神経失調症 223900 AR　3

Cohenら（1998年）は、NF-κB（核因子κB）経路に関連する複数の要素について報告しています。この経路には、NF-κB誘導キナーゼ（NIK; 604655）、IKK-alpha（600664）、IKK-beta（603258）、I-κB-alpha（164008）、NF-κB/RelA（164014）、およびIKK複合体関連タンパク質（IKAP）として知られる150kDのタンパク質が含まれています。IKAPのオープンリーディングフレーム（ORF）は3,996ヌクレオチドで構成され、その両端には5′-および3′-非翻訳領域がそれぞれ303bpおよび501bp存在しています。このタンパク質をコードする4.8kbのmRNAは、ほとんどのヒト組織で検出されています。IKAPは、酵母タンパク質IKI3と22%の全体的なアミノ酸配列の同一性を持ち、WDリピート様の配列を5つ含んでいます。

また、Coliら（2001年）は、マウス脾臓からIkbkap cDNAをクローニングし、ヒトIKBKAPと77%の核酸配列の同一性を持つことを確認しました。マウスタンパク質は推定1,333個のアミノ酸からなり、ヒトのIKAPタンパク質と非常に近い構造（1,332個のアミノ酸）を持つことがわかっています。

Coliら（2001年）は、マウスのIkbkap遺伝子がヒトのIKBKAP遺伝子と同様に37のエクソンを含むことを確認しました。

配列解析により、Slaugenhaupt ら（2001年）はIKBKAP遺伝子を9q31染色体にマッピングしました。
戻し交配解析により、Coli ら（2001年）はマウスイkbkap遺伝子を、ヒト染色体9番と相同性を持つ4番染色体の中央領域にマッピングしました。

Backcross analysis（戻し交配解析）は、遺伝学におけるマッピング手法の一つで、特定の遺伝形質を追跡するために使用されます。この手法では、親の片方の遺伝子を子孫に維持する目的で、ある遺伝子型の個体（F1世代）を元の親株または近縁の親株と交配させます。以下にbackcross analysisの流れとその利点について説明します。

● Backcross Analysisの流れ

1. F1世代の生成：
– 異なる遺伝子型を持つ2つの親株（親世代）を交配させ、F1世代を得ます。このF1世代は、両親から受け継いだ異なる遺伝子型を持ちます。

2. F1個体と親個体の交配（Backcross）：
– F1個体を、元の親株（あるいは片方の親に近い遺伝子型の個体）と再び交配させることで、特定の遺伝子の伝達を追跡しやすくします。

3. 表現型の観察：
– Backcrossによって得られた世代（BC1世代）で、特定の遺伝子座（染色体上の遺伝子の位置）に基づいて遺伝形質の発現や連鎖を調べます。

4. 連鎖解析：
– BC1世代における遺伝子座の分布を解析することで、特定の遺伝子や表現型に関連する遺伝子座の位置を明確にします。これにより、遺伝子の地図を作成することができます。

● Backcross Analysisの利点

– 遺伝子の位置特定：Backcrossは遺伝子の位置を正確に特定するための連鎖解析に適しています。
– 形質の分離観察：異なる遺伝子型が混在するF1世代の形質を親株に戻すことで、特定の形質がどのように分離するかを追跡しやすくなります。
– 複雑な遺伝形質の解析：農作物や動物の育種において、特定の形質を親の特徴に戻す目的で使用されることもあります。

Cohenら（1998年）は、IKAPがNF-κB経路の足場タンパク質として機能し、NIKやIKKキナーゼを活性化複合体に組み立て、炎症シグナル伝達を調整する役割があることを見出しました。さらに、IKAPは、5番目のWDリピートドメインのみでNIKと結合可能であることも確認しました。

2000年、Krappmannらは、HeLa細胞でIKBKAPが他の高分子量タンパク質と結合するも、IKK複合体とは直接関連しないことを発見しています。また、IKBKAPの過剰発現により、遺伝子発現の抑制が観察されました。

Hawkesら（2002年）は、HeLa細胞におけるエロンゲーター複合体の構成を分析し、ホロエロンゲーターとコアエロンゲーターという2つの形態が存在することを確認しました。ホロエロンゲーターはヒストンH3とH4に対するアセチルトランスフェラーゼ活性を持ち、コアエロンゲーターはこの活性がありません。エロンゲーター複合体は、RNAポリメラーゼIIに結合し、転写伸長に関与するクロマチン再構築に役立つと考えられています。

Rahlら（2005年）は、酵母のElp1がSec2と物理的に相互作用することを報告し、IKBKAPの変異により引き起こされる家族性自律神経障害（FD）が神経細胞の極性分泌の欠損と関係している可能性を示唆しました。

また、Closeら（2006年）は、IKAPがヒストンH3のアセチル化と転写伸長に関わり、多くの遺伝子発現に影響を及ぼしていることを発見しました。IKAPが低下した細胞では、細胞運動が障害されることも確認されています。

Creppeら（2009年）は、Elp1が脳の発生段階で重要であり、特にニューロンの移動や成長に関与していることを報告しました。Elp1の欠損は一時的な移動異常を引き起こしますが、最終的には正常な目的地に到達します。ELP1の欠損により、樹状突起と軸索の成長が抑制されることも確認されました。

さらに、Closeら（2012年）は、メラノーマ細胞株でエロンゲーター複合体の構成因子（Elp1、Elp3、Elp5、Elp6）が細胞運動性とコロニー形成に影響を及ぼすことを発見しました。

家族性自律神経失調症

家族性自律神経失調症（FD; 223900）は、主にアシュケナジム系ユダヤ人に発症する感覚および自律神経の広範な機能障害を伴う疾患で、先天性感覚神経障害の中で最もよく知られています。Blumenfeldら（1993年）は、この疾患の遺伝子座を染色体9q31にマッピングし、1999年にはハプロタイプ解析によって位置を471kbの範囲に絞りました。彼らは、多くのFD患者が共通の祖先ハプロタイプを持つことから、この疾患が民族的に偏っている原因は「創始者効果」によるものであると指摘しました。

FDの遺伝的基盤を解明するため、Slaugenhauptら（2001年）は、候補領域の配列を調べて5つの遺伝子を同定し、その中のIKBKAP遺伝子がFDの原因である2つの変異を含むことを発見しました。主な変異はイントロン20にあるスプライス部位の変異（IVS20DS+6T-C; 603722.0001）で、これにより患者のmRNAではエクソン20がスキップされます。この変異によっても、組織によってはある程度の野生型mRNAが維持されており、例えば、患者のリンパ芽球では主に野生型mRNAが確認されますが、脳では欠損したmRNAのみが見られました。別の変異はエクソン19にあり、アルギニン696がプロリンに置換されるミスセンス変異（603722.0002）で、リン酸化部位を破壊すると予測されています。

また、アンダーソンら（2001年）は、FDの主要スプライス部位変異と、マイナーなFDハプロタイプを持つ個人におけるエクソン19のミスセンス変異を発見しました。このミスセンス変異はセリン/スレオニンキナーゼのリン酸化部位を破壊します。

さらにCuajungcoら（2003年）は、FD患者のIKBKAP遺伝子変異がどのように影響を及ぼすかを、エプスタイン・バーウイルスで形質転換されたリンパ芽細胞株や初代線維芽細胞、血液サンプル、死後組織を用いて調査しました。すべての細胞株や組織において、程度の差はあるものの、野生型IKBKAP mRNAが存在することが確認され、神経系組織では特に野生型mRNAが少ないことが分かりました。これらの観察から、FDにおける神経細胞の選択的な変性は、変異アレルからの野生型IKBKAP mRNA産生の効率が神経系で特に低いためであることが示唆されています。

髄芽腫

Waszakら（2020年）は、すべてのタンパク質コード遺伝子を解析し、ソニックヘッジホッグ経路関連の髄芽腫（MB-SHH）を持つ小児患者の約14%に、ELP1遺伝子全体にわたる稀な生殖細胞変異が存在することを確認しました。親子や家系分析によって、髄芽腫の既往がある家族の2つの家系でも同様の変異が見つかり、ELP1が最も一般的な髄芽腫素因遺伝子であるとされました。この変異は、MB-SHHを持つ小児患者における遺伝的素因の有病率を40%まで引き上げました。

ELP1関連の髄芽腫はSHH-α亜型に限られ、特徴として9q染色体腕の体細胞欠失によりELP1の両アレルが不活性化しています。さらに、ELP1関連髄芽腫の多くではPTCH1遺伝子の体細胞変異も検出されました。

ELP1関連MB-SHHの腫瘍は、以下の特徴が見られました。

1. 伸長因子複合体の不安定化
2. 伸長因子依存性のtRNA修飾欠損
3. コドン依存の翻訳リプログラミング
4. 未処理タンパク質応答の誘導

これらの特徴は、モデルシステムでの伸長因子欠損が引き起こすタンパク質恒常性の喪失と一致し、ELP1の異常が髄芽腫形成に寄与している可能性が示唆されています。

Leeら（2009年）は、家族性自律神経失調症（FD）患者由来の誘導多能性幹細胞（iPSCs）を用いて、末梢神経細胞を含む3つの胚葉すべてへの分化が成功したと報告しました。これらのiPS細胞に由来する系統の遺伝子発現解析により、IKBKAP遺伝子の組織特異的なミススプライシングがin vitroで再現され、特に神経堤前駆細胞では正常なIKBKAP転写体の発現が低いことが確認されました。このことは、FDの疾患特異的な病態メカニズムを示唆しています。

さらに、FD iPS細胞を用いたトランスクリプトーム解析と細胞ベースのアッセイにより、神経分化や細胞の移動において顕著な欠陥が明らかにされました。加えて、Leeらは、異常なスプライシングを修正し、神経分化および細胞移動の改善を目指す候補薬の効力をiPS細胞で検証しました。この研究は、iPSC技術がヒト疾患の病態解明および治療法開発において有望であることを示しています。

Himsら（2007年）は、FD（家族性自律神経失調症）の関連スプライス変異「IVS20DS+6T-C」を有するヒトIKBKAP遺伝子を持つトランスジェニックマウスを作製しました。このマウスは、FD患者で観察される組織特異的なミススプライシングを再現しており、特に神経組織でミススプライシングが多く、心臓や腎臓では正常なスプライシングが見られるというパターンが確認されました。

さらに、Moriniら（2016年）は、FDの遺伝子変異を持つマウスモデル（TgFD9; Ikbkap(delta20/flox)）を開発し、このモデルがヒトFDの多くの表現型、例えば成長遅延や神経障害を再現することを報告しました。加えて、Moriniら（2019年）は、変異マウスに出生直後から経口キネチン治療を行うことで、感覚運動協調の改善や脊椎の正常化、神経細胞の生存率向上が見られ、これが正常なIKBKAP転写産物とタンパク質発現の増加と関連していることを明らかにしました。また、キネチンがFD患者由来のヒト線維芽細胞において選択的なスプライシング調節活性を示すことも示唆されました。

さらに、Romanoら（2022年）は、改変U1 snRNAをAAV9ベクターに搭載してFD変異マウスに投与する治療法を検証しました。この治療により、マウスの運動・感覚機能の改善、心臓と腎臓の機能回復、さらには生存率の向上が確認されました。また、後根神経節における遺伝子発現研究でオフターゲット効果が少ないことが示され、患者への適用に向けた有望な可能性が示唆されました。

.0001 家族性自律神経失調症
ELP1, IVS20DS, T-C, +6
「IVS20DS+6T>C」は、遺伝子のイントロン部分にあるスプライス部位の変異を示しています。この表記には、以下のような意味があります。
IVS20：イントロン20（Intron 20）を示し、この変異が第20イントロンに位置していることを表しています。
DS：ドナー・スプライスサイト（Donor Splice site）の略で、エクソンの終わり（イントロンの5’端）とイントロンの接合部を指しています。この部位が正しく機能することで、イントロンが除去され、エクソンが連結されます。
+6：ドナー・スプライスサイトから6ヌクレオチド（塩基）離れた位置に変異があることを示しています。この位置は、スプライスの精度と効率に影響を与える重要な場所です。
T>C：この変異で、元々の塩基チミン（T）がシトシン（C）に置き換わったことを表しています。
この変異はスプライシングに影響を与え、しばしばエクソン20が正しく含まれない（スキップされる）異常なmRNAを生成します。このため、生成されるタンパク質に異常が生じ、家族性自律神経失調症（FD）のような疾患の原因となります。
Slaugenhaupt ら (2001) は、アシュケナージ系ユダヤ人の家族性自律神経失調症（223900）の原因となる疾患アレルの99.5%以上が、エクソン20のmRNAからの欠失につながるドナー・スプライス部位変異（IVS20+6T-C）を有していることを発見しました。ハプロタイプ分析は共通の創始者と一致していました。Anderson ら (2001) は、家族性自律神経失調症のアシュケナージ系ユダヤ人の患者において、同じ変異を特定しました。
Ibrahim ら (2007) は、20番目のイントロン6番目の位置の変異が、ある特定のケースにおいてのみ異常なスプライシングを引き起こす理由を解明するために、エクソン20スキップに関与する可能性のある配列を特定するためのインシリコアプローチを使用しました。エクソン20の5’スプライス部位自体の計算分析では、この9ヌクレオチドのスプライシングシグナルは、T-C変異を含んでいても、家族性自律神経障害の表現型を説明するには十分に弱くないことが予測されました。しかし、コンピューター解析では、上流の3’スプライス部位とエクソン20の両方に弱いスプライシングシグナルが存在することが予測され、家族性ジストニアの5’スプライス部位は、周辺のスプライシングシグナルと併せて、エクソン20を定義するには不十分であることが示されました。これらのインシリコ予測は、IKBKAPミニ遺伝子を用いた迅速かつシンプルなインビトロ結合RNAポリメラーゼII（180660参照）転写/スプライシングアッセイにより裏付けられました。T-C変異の両側に位置する弱いスプライシングシグナルは、一過性トランスフェクションアッセイにより、家族性自律神経障害の根本的な原因であることが生体内で検証されました。この研究により、それ以外の点では無症候の変異によって引き起こされる数多くのスプライシング異常の根本原因となる重要な配列を迅速に特定するために、インシリコデータとin vitroのRNAポリメラーゼII転写/スプライシングシステムを組み合わせる一般的な有用性が実証されました。

0002 家族性自律神経失調症
ELP1、ARG696PRO

家族性自律神経失調症（223900）の4人のアシュケナージ系ユダヤ人患者において、Slaugenhaupt ら (2001) は IKBKAP 遺伝子のエクソン19におけるアルギニン696プロリン（R696P）変異を特定しました。 Anderson ら (2001) は、家族性自律神経失調症のアシュケナージ系ユダヤ人患者において、同じ変異を特定しました。
Dong ら (2002) は、IVS20+6T-C スプライス部位変異 (603722.0001) とアシュケナージ系ユダヤ人にみられる R696P 変異の両方を検出するための単一 PCR およびアレリック特異的オリゴヌクレオチド (ASO) ハイブリダイゼーションアッセイを開発しました。ニューヨーク都市圏在住の匿名のアシュケナージ系ユダヤ人2,518人を対象としたスクリーニングにより、スプライス変異の保因者率は32人に1人（3.2%、95% CI 2.5-3.9%）であることが明らかになりました。これは、疾患発生率に基づく以前の推定保因者率（3.3%）とほぼ同じです。R696P欠失については保因者は特定されず、この集団ではこの変異はまれであることが示されました（2,500人に1人未満）。

0003 家族性自律神経失調症
ELP1、PRO914LEU

家族性自律神経失調症患者（223900）について、Blumenfeld ら（1999年）が以前に報告していますが、Leyne ら（2003年）は、主要なFDハプロタイプ（603722.0001）の複合ヘテロ接合性を特定しました。これは、 アシュケナージ系ユダヤ人の父親から受け継いだもので、母親（アイルランド系ドイツ人/シチリア系）から受け継いだIKBKAP遺伝子のエクソン26における3051C-T転位によるpro914-to-leu（P914L）置換が原因であることが分かりました。この患者は、純粋なアシュケナージ系ユダヤ人の家系以外は、すべてのFDの診断基準を満たしていました。

0004 髄芽腫
ELP1、1-BP DUP、138T

155255の髄芽腫患者である父親と娘において、Waszak ら (2020) は、ELP1 遺伝子におけるヘテロ接合性の生殖細胞変異である 1bp の重複（c.138dupT）を同定し、その結果としてフレームシフトが生じました。父親は17歳、娘は4歳で診断されました。父親の家族歴に脳腫瘍による死亡があり、父親の姉は髄芽腫で死亡しています。
Hamosh (2020) は、c.138dupTバリアントはgnomADデータベースには存在しないと指摘しています。

0005 髄芽腫
ELP1、c.312T-C

23歳の男性は、19歳で髄芽腫（155255）と診断され、Waszak ら（2020年）は、ELP1遺伝子におけるヘテロ接合型生殖細胞c.312T-C転位を特定しました。50代であった彼の母親は、この変異を保有していましたが、髄芽腫を発症していませんでした。4歳で髄芽腫と診断された遠縁の母方の親族は、この変異の検査を受けていませんでした。
Hamosh (2020) は、c.312T-C バリアントは gnomAD データベースには存在しないと指摘しています。

www.omim.org/entry/603722