OCRL遺伝子
別名: INPP5F, LOCR, NPHL2-1, OCRL1,OCRL
染色体: X
遺伝子座: Xq26.1
遺伝カテゴリー: Syndromic-Multigenic CNV-Rare single gene variant
関連する疾患：Lowe syndrome
機能
OCRL遺伝子は、膜輸送の制御に関わるイノシトールポリリン酸5リン酸化酵素をコードしており、トランスゴルジネットワーク、クラスリンでコーティングされた小胞、エンドソーム、細胞膜など、多くの細胞内に存在しています。
OCRL遺伝子は、トランスゴルジネットワークに局在するホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸-5-ホスファターゼをコードしており、アクチンの重合に関与している（Suchy and Nussbaum, 2002）。
OCRLタンパク質がイノシトールポリリン酸-5-ホスファターゼIIと相同性を持つことから、Zhangら（1995）は、OCRLタンパク質が5-ホスファターゼのアイソザイムとして機能している可能性を示唆した。Zhangら（1995）は、バキュロウイルスに感染させたSf9昆虫細胞で発現させるために、血小板5リン酸分解酵素と相同性のあるアミノ酸をコードするOCRL cDNAのコンストラクトを設計した。このcDNAは，OCRLタンパク質の264から968番目のアミノ酸をコードしていた。この組換えタンパク質は、血小板5-ホスファターゼIIが行う反応も触媒することがわかった。最も重要なのは、この酵素がホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸（PIP2）をホスファチジルイノシトール4-リン酸に変換することである。組換えOCRLタンパク質は、5-ホスファターゼIIよりもリン脂質基質を10〜30倍よく加水分解し、5-ホスファターゼIは脂質を全く切断しなかった。Zhangら（1995）はまた、OCRLを発現させたSf9細胞において、OCRLがホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸5-ホスファターゼとして機能することを示した。この結果から、OCRLは主に脂質ホスファターゼであり、重要な代謝物であるホスファチジルイノシトール4,5-二リン酸の細胞レベルを制御している可能性が示唆された。この酵素の欠損は、明らかにロウ症候群（309000）のプロテアーゼ症状を引き起こす。
Olivos-Glanderら（1995）は、OCRL遺伝子の予測されるアミノ酸配列を用いて、OCRLタンパク質に対する抗体を開発した。ウェスタンブロット解析では、健常者の線維芽細胞には105kDの単一タンパク質が存在し、OCRL転写産物を欠くOCRL患者の線維芽細胞には同タンパク質が存在しないことが示された。また、ヒトの様々な培養細胞においても、同じ電気泳動移動度を持つ単一のタンパク質が検出され、マウスの全ての組織においても、ほぼ同じサイズのタンパク質が検出された。ヒトとマウスの組織を用いたノーザン分析では、mRNAは調べたほぼすべての組織で発現していることが示された。免疫蛍光法では、正常な線維芽細胞では抗体が核近傍を染色するが、転写産物を産生しないOCRL患者では特異的な染色は認められなかった。Olivos-Glanderら（1995）は、ゴルジ特異的なコートタンパク質であるβ-COP（COPB；600959）に対するモノクローナル抗体を用いて、OCRL1がゴルジ複合体に局在していることを明らかにした。
SuchyとNussbaum（2002）は、Lowe症候群の患者の線維芽細胞において、細胞内のアクチン細胞骨格の異常を明らかにした。その特徴は、長いアクチンストレスファイバーの減少、アクチン解重合剤に対する感度の上昇、細胞中心部にはっきりと異常な分布を示す点状のF-アクチン染色の増加などである。また、ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸とカルシウムの両方によって制御されるアクチン結合タンパク質であるゲルゾリン（137350）とα-アクチニン（102575参照）の分布にも異常が見られ、ロウ細胞では変化していることが予想された。アクチンの重合は、腎近位尿細管の機能や水晶体の分化に重要な役割を果たすタイトジャンクションやアドヘンスジャンクションの形成、維持、適切な機能に重要な役割を果たしている。著者らは、今回の発見は、このホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸5-ホスファターゼの欠損がどのようにロウ症候群の表現型を生み出すかを説明する一般的なメカニズムを示唆するものであると結論づけている。
Faucherreら（2003）は、OCRL1のRhoGAPドメインとRho GTPase Rac（RAC1；602048）の相互作用を明らかにした。活性化したRac GTPaseは、in vitroでOCRL1のRhoGAPドメインと結合し、内因性のOCRL1と共沈した。OCRL1のRhoGAPは，in vitroでGDP結合したRacと有意な相互作用を示した。免疫蛍光法とゴルジ摂動法により、内因性Racの一部がトランスゴルジネットワークにおいてOCRL1およびγ-adaptin（603533）と共局在することが明らかになった。著者らは、OCRL1は、PIP2の5リン酸分解酵素活性に加えて、Rac GTPaseと結合する2つの機能を持つタンパク質であると結論づけている。
Faucherreら（2005）は、Ocrl1のC末端のRhoGAPドメインが、細胞内で活性化されたRacと安定した複合体を形成することを示した。COS-7細胞でEgf (131530)によりRacが活性化されると、Ocrl1の一部がトランスゴルジネットワークから細胞膜に移動し、膜のフリルに集中した。免疫蛍光分析の結果、ロウ症候群患者の線維芽細胞では、コントロールの線維芽細胞と比較して、PDGF（173430参照）誘導ラッフルにPIP2が蓄積していた。Faucherreら（2005）は、Ocrl1がRacによって誘発された膜のフリルにおいてPIP2の5リン酸分解酵素となり、それが細胞の移動や細胞間の接触の確立に影響を与えている可能性を示唆した。
Coonら（2009）は、確立された細胞株とヒト真皮線維芽細胞の両方において、OCRL1が細胞の移動、拡がり、液相の取り込みを適切に行うために必要であることを示した。ロウ症候群の患者2名の初代線維芽細胞では、これらの細胞プロセスに欠損が見られた。これらの異常は、野生型のOCRL1を発現させると抑制されたが、ホスファターゼ欠損変異体では抑制されなかった。ヒトのPI5リン酸化酵素INPP5B（147264）は、OCRL1依存性の細胞移動異常を補完することができなかった。INPP5Bのように、エンドサイトのアダプターであるAP2（AP2A1；601026）やクラスリン（118955参照）と結合できないOCRL1の変異体は、移動の表現型を救済する傾向が弱かった。しかし、AP2/クラスリンの膜へのリクルートや、患者細胞によるトランスフェリンのエンドサイトーシスには欠陥が検出されなかった。Coonら（2009）は、INPP5BではなくOCRL1が、フリルを介した膜のリモデリングに関与している可能性を示唆した。
Swanら（2010）は、COS-7細胞とラット脳抽出液を用いた共沈およびプルダウン実験により、彼らがSES1およびSES2と名付けたヒトFAM109A（614239）およびFAM109B（614240）のC末端が、OCRLおよびINPP5BのASH-RhoGAP様ドメインと相互作用することを発見した。変異解析の結果、SESタンパク質は、もう一つのOCRL結合タンパク質であるAPPL1(604299)と同様に、F&Hモチーフと呼ばれる保存されたC末端モチーフを介してOCRLと相互作用することがわかった。マウスの脳抽出液やCOS-7細胞を用いたプルダウン実験では、OPRLにミスセンス変異があり、Lowe症候群やDent disease-2（300555）の患者でAPPL1との結合が阻害されている場合、OCRLとSES1およびSES2との結合も阻害されることがわかった。また、APPL1とSESタンパク質は同時にOCRLに結合できなかった。トランスフェクトしたCOS-7細胞を免疫蛍光顕微鏡で観察すると、エンドソームやEEA1（605070）やWDFY2（610418）を発現している大きな小胞の中で、ヒトSES1とSES2がヒトOCRLと共局していることがわかった。共焦点顕微鏡で観察したところ、APPL1とSESタンパク質はエンドソームに順次結合し、SESタンパク質はホスファチジルイノシトール3リン酸陽性の小胞に局在することが示唆された。Swanら（2010）は、Lowe症候群とDent Disease-2は、エンドサイトーシス経路の複数の部位に障害があることが原因であると提唱している。
Noakesら（2011）は、酵母2ハイブリッド解析、プルダウンアッセイ、およびHeLa細胞でのネイティブ共沈実験により、FAM109AとFAM109BのC末端（彼らはIPIP27AとIPIP27Bと呼んだ）が、OCRL1とINPP5BのC末端ASHおよびRhoGAP様ドメインと結合することを確認した。Swanら（2010年）の結果と同様に、Noakesら（2011年）は、Lowe症候群に関連するOCRL1の変異がIPIP27AおよびIPIP27Bとの相互作用を消失させることを発見した。HeLa細胞でRNA干渉によりIPIP27Aおよび/またはIPIP27Bを欠損させると、初期エンドソームの肥大化、トランスフェリン受容体（TFRC；190010）のリサイクルの阻害、CIMPR（IGF2R；147280）のエンドソームからTGNへの移行の阻害、リソソームのヒドロラーゼのミスフォールトが生じた。Noakesら（2011）は、IPIP27AとIPIP27Bがエンドソーム輸送のキープレイヤーであり、このプロセスの欠陥がロウ症候群やデント病-2の病態に関与していることを提唱している。
発現
Attreeら（1992）は、Nelsonら（1991）が作成したLowe oculocerebrorenal syndrome（OCRL；309000）の女性患者のX染色体のブレイクポイントをまたぐ挿入物を持つYACを用いて、cDNAライブラリをスクリーニングした。彼らは、X;常染色体転座のある女性OCRL患者の両方に転写産物が存在せず、また、検出可能なゲノム再配列のない血縁関係のない男性OCRL患者13人中9人に転写産物が存在しないか、サイズが異常であることを発見した。オープンリーディングフレームは、ヒトのイノシトールポリリン酸5リン酸分解酵素II（147264）と71％の類似性を持つタンパク質をコードしています。OCRLタンパク質は、ヒト血小板由来のイノシトールポリリン酸5-ホスファターゼIIと744アミノ酸のスパンで51％の類似性を有する（Zhang et al.、1995）。この結果から、OCRLはイノシトールリン酸代謝の先天的なエラーである可能性が示唆された。Baileyら（1992）は、OCRLのcDNAが968アミノ酸のタンパク質を予測していることを明らかにした。
自閉症スペクトラムASDとの関係
OCRL遺伝子の変異は、眼球、神経系、腎臓に影響を及ぼすX連鎖性の多系統疾患であるLowe症候群（OMIM 309000）の原因となっている。Lowe症候群の症例では、固定観念/反復行動などの不適応行動が頻繁に観察されます（Kenworthyら、1993年、Kenworth and Charnas、1995年）。ロウ症候群の患者52名を対象に、自閉症スクリーニング質問票を用いて評価したところ、71.2％の患者がASDのカットオフスコアを満たし、34.6％の患者が自閉症のカットオフスコアを満たしました（Oliver et al. ASDおよび知的障害と診断された男性プロバンドにおいて、OCRLの完全な遺伝子重複を含むXq25の母方遺伝による重複が確認された（Schroer et al.
その他の疾患との関係
ロウ症候群
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| 遺伝子名 | OCRL |
| 遺伝子座MIM番号 | 300535 |
| 遺伝子座 | Xq26.1 |
| 遺伝形式 | X連鎖劣性 |
| 疾患名 | ロウ症候群 |
| 疾患頻度 | 男児10万人に数人の発症とされるが，正確な発症頻度や患者数は不明である。 |
| 症状 | 1） 眼症状：水晶体上皮の遊走障害をきたすため，両側性の先天性白内障はほぼ必発である。シュレム管の形成障害による先天性緑内障(牛眼)もみられる。そのほか，角膜変性(線維組織増生)，斜視，眼振，小眼球症などの異常がみられる。 2） 神経症状：認知障害，精神発達遅滞，痙攣，行動異常，筋緊張低下などがみられる。認知障害・発達遅滞の程度は個人差が大きいが，大半は軽～中程度の知能指数となる。痙攣は約半数にみられる。出生時から筋緊張低下がありfloppy infantとなり，深部腱反射は減弱する。 3） 腎症状：新生児早期からの近位尿細管機能障害および10歳代からの糸球体障害がみられる。尿細管障害ではいわゆるFanconi症候群を呈し，近位型RTA(腎尿細管性アシドーシス)や汎アミノ酸尿，糖尿などをきたし，体重増加不良の一因となる。糸球体障害は緩徐に進行していく。 4） その他：近位型RTAによる低リン血症・代謝性アシドーシスや筋緊張低下により，くる病・骨軟化症が発生する。出生時の体格は正常範囲内だが最終身長は低くなる。前額の突出や眼窩のくぼみなど，特徴的な顔貌を呈する。関節病変(関節腫脹，関節炎)や線維腫，歯嚢胞，二重歯列，停留睾丸などもみられる。 |
| 表現型MIM番号 | 309000 |
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