遺伝子名:　PHOSPHODIESTERASE 4D; PDE4D
別名:　PHOSPHODIESTERASE 4D, cAMP-SPECIFIC
DUNCE-LIKE PHOSPHODIESTERASE E3, FORMERLY; DPDE3, FORMERLY
染色体: 5
遺伝子座: 5q11.2-q12.1
遺伝カテゴリー:
関連する疾患：Acrodysostosis 2, with or without hormone resistance 614613 AD

omim.org/entry/600129

PDE4D遺伝子の機能

環状ヌクレオチド（cAMPとcGMP）は、ホルモンや光、神経伝達物質などの細胞外シグナルに対する細胞の反応を制御する重要なセカンドメッセンジャーである。環状ヌクレオチドホスホジエステラーゼ（PDE）は、細胞内の環状ヌクレオチド濃度を調節することで、シグナル伝達に一役買っている。PDE4Dは、クラスIVのcAMP特異的PDEである。PDE4Dの遺伝子は複雑で、機能的なタンパク質をコードする少なくとも9つの異なるバリアントが存在する（Milatovichら（1994）およびDominiczak and McBride（2003））。

Bolgerら（1993）は、PDE43がcAMP PDE活性を示すことを確認し、これはいくつかのサイクリンヌクレオチドPDE阻害剤で阻害された。

Nemozら（1996）は、PDE4D2およびPDE4D3のトランスフェクション後の胚性腎臓細胞におけるホスホジエステラーゼ活性を示した。

Bolgerら（1997）は、COS細胞で発現したネイティブなPDE4D1およびPDE4D2は細胞質のみに局在するのに対し、PDE4D3、PDE4D4、PDE4D5は細胞質と微粒子の両方に発現することを見出した。PDE4の特異的な阻害剤であるRolipramは、試験したすべてのPDE4Dアイソフォームを阻害し、細胞質型のPDE4Dに対するIC50は粒子型のPDE4Dよりも有意に低かった。Bolgerら（1997）は、様々なアイソフォームのN末端領域が、細胞内での局在性と阻害剤に対する感受性の両方を決定すると結論づけている。

Miroら（2000）は、TNFA（191160）が、培養したヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）におけるPDE4Dの基本的な発現を増加させることを示した。TNFAに反応する変異体を調べたところ、未処理の細胞では検出されなかったPDE4D4が、処理後4時間目から蓄積し、24時間目には増加した。PDE4D5の発現は、4時間後に一過性に誘導されたが、抑制され、24時間後には検出されなくなった。PDE4D1, PDE4D2, PDE4D3の発現量は変化しなかった。

Le Jeuneら（2002）は、プロモーター／レポーターアッセイを用いて、2つの推定cAMP応答要素（CRE）を含むバリアントPDE4D5のプロモーター領域が、細胞内cAMPの増加に応答して活性化されることを明らかにした。その結果、部位特異的な変異解析により、210位のCREがcAMP応答性の主成分であることが明らかになった。さらに著者らは、初代培養ヒト気道平滑筋細胞では、cAMPによってPDE4D5の発現が誘導され、ホスホジエステラーゼ活性が上昇することを明らかにした。

Wangら（2003）は、昆虫細胞に発現させたPDE4D6とPDE4D7の特徴を調べ、両酵素がcAMPに対して高い親和性を持ち、ロリプラムで阻害されることを示した。PDE4D6ではなくPDE4D7の活性は、プロテインキナーゼA（176911参照）に反応して上昇したが、これはUCR1のPKA部位のリン酸化によるものと思われる。

Dodge-Kafkaら（2005）は、筋特異的なA-キナーゼアンカリングタンパク質（AKAP6；604691）によって維持されるcAMP応答性シグナル複合体に、PKA（188830）、PDE4D3、EPAC1（606057）が含まれていることを明らかにした。これらの分子間相互作用により、それぞれのエフェクタータンパク質から異なるcAMPシグナルが伝達される。PKAはPDE4D3を刺激して局所的なcAMP濃度を低下させ、AKAP6に結合したERK5 (602521)キナーゼモジュールはPDE4D3を抑制する。PDE4D3は、低分子GTPase RAP1 (179520)の交換因子であるEPAC1をリクルートするアダプタータンパク質としても機能し、cAMP依存的なERK5の減衰を可能にしている。AKAP6複合体を薬理学的および分子論的に操作すると、アンカーされたERK5が心筋細胞の肥大を誘発することがわかる。このように、Dodge-Kafkaら（2005）は、2つの結合したcAMP依存性のフィードバックループが、AKAP6複合体の中で調整されていると結論づけており、AKAPタンパク質によるcAMPシグナルの局所的な制御は、これまで考えられていたよりも複雑であることを示唆している。

McLachlanら（2007）は、9種類のPDE4Dアイソフォームすべてが、健常成人のヒトの海馬と、進行性アルツハイマー病（AD；104300）患者の海馬に発現していることを発見した。しかし、AD患者では、アイソフォームD3（対照群の25％）、D5～D9（0.7～7.5％）が非常に少なく、短いアイソフォームD1は2倍（262％）に増加していた。D2およびD4のレベルは、通常と比べてほとんど変化がなかった。

Peterら（2007）は、定量的RT-PCRを用いて、CD4陽性のT細胞を刺激すると、PDE4A（600126）、PDE4B（600127）、PDE4Dの発現が特異的かつ時間依存的に増加することを示した。低分子干渉RNAで処理したところ、異なるPDE4サブタイプはT細胞のサイトカイン産生に対して非冗長だが相補的な効果を持ち、PDE4Dは他のPDE4サブタイプに比べて、増殖やIL2（147680）、IL5（147850）、IFNG（147570）の産生に対して小さいながらも有意な効果を持つことが明らかになった。

PDE4D遺伝子の発現

Bolgerら（1993）は、ショウジョウバエのDncとラットのDpdをベースにした縮退プライマーを用いてヒトのDpdオルソログを増幅し、脳のcDNAライブラリーを低ストリンジェンシーでハイブリダイゼーションすることで、PDDE3をクローニングした。このタンパク質はPDE43と呼ばれ、5プライム配列が異なる部分スプライスバリアントPDE39もクローニングされた。推定されたDPDE3タンパク質は657アミノ酸を含み、他のDPDEタンパク質と高度に保存されている2つのN-末端ドメインとC-末端の触媒ドメインを有する。RNase protection assayでは、調べた7つの細胞株のうち5つの細胞株でDPDE3の転写産物が検出された。

Nemozら（1996）は，ラットのPDE4Dから設計したプライマーを用いて，末梢血単核細胞のmRNAからPDE4Dの2つのオルタネイト・スプライス・バリアントをクローニングし，PDE4D2とPDE4D3と命名した。これらの変異体はPDE4D1とは主にN-末端部分で異なっていた。さらに、PDE4D3ではなくPDE4D1とPDE4D2は、ショウジョウバエの「dunce」PDE配列に見られる上流の保存領域I（UCRI）を欠いていることも判明した。単核細胞に内在するPDE4Dの変異体と、胚性腎臓細胞にトランスフェクトして発現させたPDE4D2とPDE4D3のウエスタンブロット解析の結果、PDE4D1、PDE4D2、PDE4D3の見かけの分子量はそれぞれ72kD、67kD、93kDであった。

Bolgerら（1997）は、PDE4D4とPDE4D5の代替スプライスバリアントをクローニングし、それぞれ810と746のアミノ酸を持つタンパク質をコードした。これらはPDE4D1, PDE4D2, PDE4D3とはN-末端配列が異なる。PDE4D4とPDE4D5をCOS-7細胞にトランスフェクションしたところ、見かけの分子量がそれぞれ119kDと105kDのタンパク質が発現した。

Miroら（2000）は，C末端の触媒ドメインが切り詰められているために不活性な3つのスプライスバリアントを同定した。

Wangら（2003）は、ラットとヒトのPDE4Dの共通配列をプローブとして、海馬のcDNAライブラリーからPDE4D6とPDE4D7を同定した。それぞれのアイソフォームに特異的なプライマーを用いて、海馬のcDNAをPCRして完全長のPCE4D6とPDE4D7をクローニングした。また、ESTデータベースから5-primeのオルタネイト・スプライス・バリアントを検索し、5-prime RACEと骨格筋cDNAライブラリーのスクリーニングにより、PDE4D8をクローニングした。これらの変異体のタンパク質構造は、他のPDE4Dアイソフォームと同じで、可変のN末端にUCR1とUCR2があり、続いてC末端に触媒コアがある。二次的な修飾部位としては、いくつかのリン酸化部位、UCR2内の推定ミリストイル化部位、N-結合型グリコシル化部位などが挙げられる。PDE4D6は、N末端のUCR1とUCR2の半分を欠く518アミノ酸のタンパク質で、計算上の分子量は約59kD、PDE4D7は748アミノ酸のタンパク質で、計算上の分子量は約84.7kD、PDE4D8は687アミノ酸のタンパク質をコードしている。PDE4D7とPDE4D8は、UCR1とUCR2の両方を含んでおり、PDE4Dの長いアイソフォームの一種であることがわかった。PDE4D6は脳にのみ発現していることが確認された。PDE4D7は複数の組織で発現しており、肺と腎臓でより強く発現しており、PDE4D8は心臓と骨格筋で高レベルに発現し、肺ではより弱く発現していた。

Lindstrandら（2014）は、PDE4Dタンパク質のN末端にある2つの調節ドメイン、UCR1とUCR2がC末端の触媒ドメインの活性を阻害し、一方または両方の調節ドメインを欠くタンパク質アイソフォームは、より高い活性レベルを持つと述べている。

PDE4D遺伝子と自閉症スペクトラムASDとの関係

PDE4D遺伝子の病的変異は、自閉症との関連が疑われ、ClinVarに登録されています。2件のうちひとつはLikely benign、もう1件はUncertain significanceとなっている。