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PNKP遺伝子の機能

PNKP遺伝子は、ポリヌクレオチドキナーゼ3プライムホスファターゼをコードしており、核酸の5プライムリン酸化を触媒するとともに、電離放射線や酸化損傷後のDNA修復に重要な機能を持つ3プライムホスファターゼ活性も併せ持っている（Jilani et al.

PHF6遺伝子の発現

Jilaniら（1999）は、ウシの60kDポリペプチドから、5プライムDNAキナーゼ活性と3プライムホスファターゼ活性に相関する3つのトリプティックペプチドを用いて配列データベースを検索し、PNKPをコードするヒトとネズミのESTクローンを同定した。予測された57.1kD、521アミノ酸のPNKPタンパク質は、ATP結合部位と3プライムホスファターゼドメインを持ち、L-2ハロアシッドデハロゲナーゼに類似していた。データベース検索により、C. elegans、S. pombe、Drosophilaにホモログの可能性があることが判明した。ノーザンブロット解析では、ヒトの8つの組織で2kbの転写産物が検出され、脾臓と精巣で最も高い発現率を示し、小腸では最も低い発現率であった。また、約7.5kbの第2のシグナルも観察され、脾臓で最も強度が高かった。グルタチオンS-トランスフェラーゼとPNKPの融合タンパク質は、5-prime DNAキナーゼ活性と3-primeホスファターゼ活性を示した。著者らは、PNKPは、あらゆる生物からDNA特異的キナーゼとして同定された最初の遺伝子であると述べている。PNKPを発現させると、大腸菌のDNA修復機能を欠損した「xth nfo」二重変異体の酸化的損傷物質に対する感受性が部分的に回復した。さらに、PNKP遺伝子の機能により、DNAポリメラーゼに適した末端が復元され、生体内で3プライムリン酸基が除去され、DNA修復が促進されることが明らかになった。

Karimi-Busheriら（1999）は、PNKと名付けたPNKP酵素をHeLa細胞から精製し、質量分析によっていくつかのトリプティックフラグメントのアミノ酸配列を得た。ESTデータベースを検索することにより、その配列は不完全なヒトcDNAクローンと一致した。このクローンをプローブとして、HeLa細胞cDNAライブラリーからcDNA配列の5プライムエンドを取り出した。この完全なcDNAを大腸菌で発現させたところ、組換えタンパク質がキナーゼ活性とホスファターゼ活性を持つことが示された。PNKPを他の配列のタンパク質と比較したところ、ATP結合ドメインを示すPループモチーフと、いくつかの異なるホスファターゼに関連する第2のモチーフが同定された。著者らは、C. elegansおよびS. pombeのゲノムに含まれる推定オープンリーディングフレームと適度な配列の類似性を見いだしたが、バクテリオファージT4ポリヌクレオチドキナーゼとの類似性は、キナーゼドメインとホスファターゼドメインに限られていた。ノーザンブロット解析の結果、約2.3kbの主要な転写産物と約7kbのマイナーな転写産物が存在し、脳、肺、肝臓よりも膵臓、心臓、腎臓で発現量が多いことがわかった。ヒトのA549細胞を共焦点顕微鏡で観察したところ、PNKPは主に核内に存在することがわかった。

Shenら（2010）は、in situ hybridizationにより、ヒトとマウスのPNKP mRNAが、大脳皮質脳室帯の分裂中の神経細胞前駆体と、皮質板のポストミトーシスの神経細胞の両方に発現していることを明らかにした。

PNKP遺伝子と自閉症スペクトラムASDとの関係

PIP5K1B遺伝子の変異は自閉症スペクトラムに関係するとしてClinVarにUncertain significanceで登録されています。
P16H
p.P16H:CCT>CAT
NC_000019.10:49867157:G:T

PNKP遺伝子とその他の疾患との関係

小頭症、痙攣、発達遅延

Shenら（2010年）は、小頭症、痙攣、発達遅延（MCSZ; 613402）を有する家系の19q13番染色体上の領域を対象に、ゲノムワイド連鎖解析と候補遺伝子の配列決定を行った結果、PNKP遺伝子（605610.0001-605610.0004）にホモ接合または複合ヘテロ接合の変異があり、タンパク質の機能が失われていることを確認した。ほとんどの患者では、表現型は乳児期に発作を発症することが特徴で、発達性てんかん脳症（DEE10）と一致していました。1人の罹患者の細胞は、培養中に放射線に対して感受性を示したが、これは非相同末端結合の欠損を反映していた。また、患者の細胞は、過酸化水素によるフリーラジカルDNA損傷の修復能力が著しく低下し、カンプトテシンによる損傷の修復能力も対照群に比べて遅れていました。マウスの解離性神経細胞を培養してPnkpをRNA干渉すると、前駆神経細胞と分化した神経細胞の両方でアポトーシスが増加しました。Shenら（2010）は、いくつかのDNA修復経路におけるPNKPの役割を示唆している。

Poultonら（2013）は、血縁関係にある両親から生まれ、MCSZの経過がやや長期化したオランダ人兄弟2人において、PNKP遺伝子にホモ接合の切断型変異（605610.0002）があることを突き止めた。患者の線維芽細胞は、対照群と比較して、ストレス条件下で感受性が高まっていた。同じ変異は、Shenら（2010年）により、より重篤なてんかんの表現型を持つ患者で発見されていた。

運動性失調症4

常染色体劣性の失調-動眼運動失調-4（AOA4；616267）を有するポルトガルの8つの非血縁家系の11人の患者において、Brasら（2015年）は、PNKP遺伝子にホモ接合または複合ヘテロ接合の変異を同定した（例えば、605610.0002および605610.0005～605610.0008参照）。これらの変異は、ホモ接合性マッピングとエクソームシークエンスを組み合わせて発見されたもので、サンプルが得られたすべての家系で本疾患との分離が認められました。この変異の機能解析は行われなかった。シャルコー・マリー・トゥース病は、最初の10年で症状が現れ、急速に進行することが特徴で、ほとんどの患者が2～3年で車いす生活になった。

シャルコー・マリー・トゥース病2B2型

Pedrosoら（2015年）は、シャルコー・マリー・トゥース病2B2型（CMT2B2；605589）の17歳のブラジル人男性において、PNKP遺伝子にホモ接合のインフレーム欠失（Thr408del；605610.0007）を同定した。全ゲノム配列決定により判明したこの変異は、罹患していない両親ではヘテロ接合であった。In vitroの機能発現研究では、患者の線維芽細胞は対照の線維芽細胞に比べて、遺伝毒性のある化学物質による傷害に敏感であることが示された。患者の細胞は、アポトーシスの増加、カスパーゼ3（CASP3；600636）活性の増加、細胞周期の動態の乱れ、DNA損傷の証拠を示した。その結果、この変異により、塩基除去修復（BER）と非相同末端結合（NHE）の両方の経路でDNAを効率的に修復することができなくなっていることがわかった。

Lealら（2001年）が最初に報告したCMT2B2の多世代にわたるコスタリカの大家族の罹患者において、Lealら（2018年）は、PNKP遺伝子にホモ接合のナンセンス変異（Q517X; 605610.0009）を同定した。エクソームシークエンスで発見され、サンガーシークエンスで確認されたこの変異は、家族の中で障害と分離した。同様の表現型を持つ5人のコスタリカ人プロバンドのPNKPコード領域を解析したところ、全員がQ517X変異とThr408del（605610.0007）変異の複合ヘテロ接合であることがわかった。分子モデリングにより、Q517X変異にはダメージを与える効果があると予測されたが、機能的研究や患者細胞の研究は行われなかった。Lealら（2018年）は、変異タンパク質は重要な機能的C末端ドメインを欠き、DNA損傷の増加とそれに続く細胞死を引き起こすだろうと結論づけている。