SNRPN遺伝子

名:　SMALL NUR RIBONUCLEOPROTEIN POLYPEPTIDE N;
別名:　SMN
Other entities represented in this entry:SNRPN UPEAM READING FRAME, INCLUDED; SNURF, INCLUDED
: 15
:　15q11.2
カテゴリー: Rare Single Gene variant
関連する：Prader-Willi syndrome 176270 AD

omim.org/entry/182279

SNRPN遺伝子の機能

SNRPN遺伝子産物は組織特異的なオルタナティブRNAプロセッシングイベントに関与している可能性がある。

SNRPN（SNURF-SNRPN）は、RNAのプロセシングに関与するSmNスプライシング因子と、SNRPN上流リーディングフレーム（SNURF）ポリペプチドの2つのポリペプチドをコードする二分子のインプリンティング遺伝子である。SNRPN遺伝子は、父方の染色体からのみ転写され、脳と心臓で最も高い発現を示す。SNRPNは、15番染色体のインプリンティング遺伝子群に位置しており、臨床的に異なる2つの神経遺伝性疾患であるプラダー・ウィリー症候群（PWS; 176270）およびアンジェルマン症候群（AS; 105830）と関連している。PWSは、父方の染色体からのみ発現するこの領域の遺伝子の機能低下によって発症することから、SNRPNがその発症に関与している可能性が示唆されている(Rodriguez-Jato et al., 2005)。

SNRPNの刷り込みインプリンティング

Leffら（1992）は、Snrpn遺伝子がマウスでは母親にインプリンティングされていることを示し、父親由来のSNRPN対立遺伝子の欠損がPWSの表現型に関与している可能性を示唆した。Cattanachら（1992）は，Snrpn遺伝子が存在するマウス7番染色体中央部の母方の重複が，PWSに対応する可能性のあるインプリンティング効果を引き起こすことを示す観察結果を報告した。父方の重複は、アンジェルマン症候群に対応する可能性のある検出可能な効果と関連していなかった。

Glennら（1993）は、RT-PCRを用いて、ヒトSNRPN遺伝子の機能的インプリンティングを実証した。Prader-Willi症候群の患者の培養皮膚線維芽細胞では発現が認められなかったが、Angelman症候群のすべての患者と正常対照者では発現が認められた。また、Glennら（1993）は、SNRPN遺伝子のイントロン5内に親特異的なDNAメチル化インプリントが存在することを示し、この遺伝子の親特異的な発現が遺伝するエピジェネティックなメカニズムを示唆した。SNRPNがPWSの発症に関与していることを示す1つの重要な基準が、このインプリンティングのパターンにあると著者らは考えた。

ReedとLeff（1994）は、ヒトのSNRPN遺伝子の発現部分にある配列多型を特徴づけ、SNRPN遺伝子が胎児の脳と心臓、および成人の脳に一対一で発現していることを示した。母親のDNAとSNRPNのcDNAを解析した結果、母親の対立遺伝子は胎児の脳と心臓では発現していないことが確認された。このように、SNRPNの母方のインプリンティングは、父方のSNRPNの欠如がPWSの表現型の原因であるという仮説を裏付けるものである。

15q11-q13領域におけるインプリンティングのクロマチン基盤を調べるために、SaitohとWada（2000）は、PWSの主要なインプリンティング遺伝子であるSNURF-SNRPN遺伝子座のヒストンアセチル化の状態を調べた。クロマチン免疫沈降法で調べたところ、父方由来の活性アリルの非メチル化CpG島はアセチル化ヒストンと結合していたが、母方由来のメチル化不活性アリルは特異的に低アセチル化していた。また、SNURF-SNRPN遺伝子の本体は、どちらの対立遺伝子でもアセチル化されたヒストンと関連していた。PWS細胞をDNAメチル化酵素阻害剤である5-アザデオキシシチジンで処理すると、SNURF-SNRPNのCpGアイランドの脱メチル化が誘導され、母方の対立遺伝子の遺伝子発現が回復した。この再活性化には、SNURF-SNRPN CpGアイランドでのH3アセチル化ではなく、H4アセチル化の増加が関連していた。これらの結果は、(1)遺伝子サイレンシングにおけるヒストン脱アセチル化の重要な役割が15q11-q13のインプリンティングと関連していること、(2)PWSのサイレンシングされた遺伝子は薬物治療によって再活性化されることを示していた。したがって、インプリンティング関連疾患の薬物治療の可能性が出てきた。

Liら（2008）は、Zfp57（612192）変異マウスを用いて、Zfp57が雌の生殖細胞のSnrpn遺伝子座での母性インプリンティングに必要であることを明らかにした。

SNRPNに関連するインプリンティングセンター

Dittrichら（1996）は、15q11-q13番染色体の100kbの領域にマッピングされたインプリンティングセンターの存在を報告した。このインプリンティングセンターは、SNRPN遺伝子の代替転写産物をコードしている。この新規エクソンはタンパク質をコードする可能性がなく、父方の染色体からのみ発現する。また、インプリンティング変異のある家系では、この転写単位に変異があることも報告されている。SNRPNの代替5プライムエクソン（BD転写産物と呼ばれる）の欠失や点変異は、アンジェルマン症候群のいくつかの家系において、母方-父方のインプリントスイッチのブロックと関連している。SNRPNエクソン1の欠失は、プラダーウィリー症候群の数家族において、母方-父方のインプリントスイッチのブロックと関連している。Dittrichら（1996）は、これらの研究に基づいて、インプリントスイッチのモデルを提案した。このモデルでは、インプリントセンターは、インプリンターとインプリントスイッチの開始点から構成されている。インプリンターは、BDの転写産物をコードしている。彼らは、インプリンターは父方の染色体からのみ転写され、スイッチ開始部位（SNRPNプロモーター、エクソン1、またはその近傍の部位）にシスで作用し、おそらくクロマチン構造に変化をもたらすと提案した。

プラダー・ウィリー症候群とアンジェルマン症候群は、それぞれヒトの15q11-q13から父方、母方の寄与がないことによって引き起こされる神経遺伝学的疾患である。これらの疾患には、父方で発現するPWS遺伝子と母方で発現するAS遺伝子という、相反するインプリンティング遺伝子が関与している。PWSやアンジェルマン症候群の患者では、この染色体領域で親のインプリントスイッチが働かないために、インプリントされたSNRPN遺伝子の転写ユニットに欠失が生じる。PWS患者で欠失しているSNRPNのエクソン1領域には、15q11-q13ドメインの母方および父方のエピジェノタイプが由来するインプリントスイッチ要素が含まれていることが示唆されている。モデル生物であるショウジョウバエを用いて、Lykoら（1998）は、この領域からのフラグメントがトランスジェニックなフライにおいてサイレンサーとして機能することを示した。抑制は、この要素から特異的に検出され、対照となるヒトの配列では観察されなかった。さらに追加の実験により、サイレンサーはSNRPNプロモーター領域を含む215bpのフラグメントであることが判明した。これらの結果は、ゲノムインプリンティングと進化的に保存されたサイレンシングメカニズムとの間に新たなつながりをもたらすものである。Lykoら（1998）は、同定された要素が、インプリンティングされた15q11-q13ドメインの長距離制御に参加しているか、または母方の対立遺伝子からのSNRPN発現を局所的に抑制していることを示唆した。

Schweizerら（1999）は、SNRPN転写ユニットの5プライム領域内の小さな微小欠失が、15q11-q13全体の遠方のインプリンティング遺伝子の転写活性とメチル化状態に影響を与えるメカニズムを研究した。研究グループは、150kbのSNRPN転写ユニットのクロマチン構造を解析し、DNaseIおよびMspIの高感度サイトを探した。その結果、PWSとASのリンパ球細胞株を用いたin vivoのアプローチにより、SNRPN遺伝子のエクソン1は、父方の対立遺伝子では顕著な過敏性部位に挟まれているが、母方の対立遺伝子ではヌクレアーゼが全くアクセスできないことを発見した。一方、母方の対立遺伝子では、ヌクレアーゼの感受性が高まる領域がいくつか確認された。そのうちの1つは、ASの最小の微小欠失領域と一致しており、もう1つは父方特有の感受性低下部位のすぐ下流にあるイントロン1にある。いくつかの部位では、親由来のヌクレアーゼ過敏症は、もう一方の親が寄与した対立遺伝子上の過メチル化と相関していることがわかった。Schweizerら（1999）は、親由来のクロマチン構造の違いが、その領域と他の遺伝子との相互作用を媒介する制御タンパク質複合体やRNAのアクセスを支配している可能性を示唆している。

AS-SRO(shortest region of overlap)とPWS-SROのcis要素は、両染色体上のドメイン全体を制御するインプリンティングボックスを構成していることがいくつかの観察から示唆された。Shemerら（2000）は、200bpのSnrpnプロモーター/エクソン1と、SNRPNプロモーターの約35kb上流に位置する1kbの配列からなるミニトランスジーンが、メチル化の違い、親由来の転写、非同期複製によって判断されるように、インプリンティングをもたらすことを示した。

Geunsら（2003）は、ヒトの精子、胚珠、メタフェースI、メタフェースIIの卵母細胞、および着床前の胚において、SNRPN遺伝子のインプリント制御領域のメチル化パターンを調べた。精子では、ほとんどの潜在的なメチル化部位が非メチル化されていたが、卵母細胞では、3つの発生段階すべてにおいて、ほぼ完全なメチル化パターンが見られた。胚では、平均53％のメチル化パターンが見られ、配偶子形成時に設定されたインプリントが着床前胚で安定的に維持されていることがわかった。Geunsら（2003）は、SNRPN遺伝子のインプリント制御領域に対する母方のインプリントは、胚小胞の段階ですでに再設定されており、従来報告されていたような卵子の後期段階や受精後に再設定されることはないと結論づけている。

Kantorら（2004）は、4.3kbのPWS-SRO配列と880bpのAS-SRO配列の両方を含むトランスジーンを構築し、このトランスジーンがインプリンティングプロセス全体を遂行することを決定した。このトランスジーンのエピジェネティックな特徴は、これまでに内在性遺伝子座で観察されたものと類似していたため、マウスの配偶子や初期胚での解析が可能であった。配偶子では、AS-SRO上に、精子ではメチル化され、卵母細胞では非メチル化されている、メチル化の異なるCpGクラスター（DMR）を同定した。このDMRは、母方の対立遺伝子を識別するタンパク質と特異的に結合し、母方の対立遺伝子であるPWS-SROのメチル化が起こる着床までのDMRの維持に関与していた。AS-SROは、PWS-SROにメチル化を付与するために配偶子では必要であったが、発生の後期には不要になった。

SNRPNの5プライム領域は、PWSのインプリンティングセンターと共同しており、2つのDNase I hypersensitive site（SNRPNプロモーターのDHS1とイントロン1のDHS2）が父方の染色体にのみ存在している。Rodriguez-Jatoら（2005）は、DHS1とDHS2を調べ、内在するSNRPNの5プライム領域内のシスおよびトランスに作用する制御要素を特定した。DHS1のin vivoフットプリントとクロマチン免疫沈降法による解析では、ミトコンドリアや代謝機能に関わる遺伝子を制御するNRF1（600879）を含む複数の制御タンパク質との対立遺伝子特異的な相互作用が確認された。DHS2は、SNRPNプロモーターのエンハンサーとして機能しており、高度に保存された領域を含み、非リン酸化RNAポリメラーゼII（180660参照）、YY1（600013）、Sp1（189906）、NRF1と対立遺伝子特異的な相互作用を示したことから、SNRPN遺伝子座の制御にNRF1が重要な役割を果たしていることが示唆された。

マウスとヒトでは、Snrpn遺伝子の上流の代替プロモーターから発現されるいくつかの代替エクソンがIC転写産物として発現している（Bresslerら、2001）。しかし、ヒトとマウスのIC転写産物のヌクレオチド配列には類似性がない。Mapendanoら（2006）は、マウスにおいて、SnrpnのIC転写産物が脳と卵巣に強く発現していることを発見したが、他の組織では発現していなかった。脳での発現レベルは卵巣での発現レベルに比べて7倍高かった。In situハイブリダイゼーションによるシグナルは、卵母細胞と二次卵胞および発育中の卵胞の顆粒膜細胞で観察された。Mapendanoら（2006）は、IC転写産物がAS-IC cis-acting elementとして母体染色体上にPWS-ICのメチル化を確立することに関連している可能性を示唆した。

SNRPN遺伝子の発現

スプライソソームに存在する小核リボ核タンパク質粒子（snRNP）には、低分子RNAであるU1（180680）、U2（180690）、U4、U5（180691）、U6（180692）と、それらに付随するポリペプチドが含まれている。これらのポリペプチドの中には、5つのsnRNPすべてに存在するものもあれば、U1やU2のsnRNPに固有のものや、組織限定の発現パターンを持つものもある。SnRNP関連タンパク質は、自己免疫血清と反応するエピトープを持っている。このような抗血清（Sm）を用いて、SmNと呼ばれるタンパク質が同定され、その後、その遺伝子がクローニングされた（McAllisterら、1988年、Liら、1989年、Schmaussら、1989年）。SmNの配列は、ユビキタスなコアsnRNPタンパク質Bおよびその代替スプライシングフォームであるB-primeと高い相同性を示しているが、Ozcelikら（1992）は、SmNが脳、特に中枢神経細胞に主に発現していることに注目した。彼らは、SmNが脳に特異的なmRNAのスプライシングに関与している可能性を示唆している。

SNRPNアップストリームリーディングフレーム(SNURF)

Sunら（1996）は、PWSの表現型と父方由来のバランス型相互転座t(15;19)(q12;q13.41)を持つ患者を報告した。この患者では、ブレークポイントがSNRPN遺伝子座のエクソン0と1の間で、SmNのオープンリーディングフレームの外側に生じていた。Sunら（1996）は、この発見に基づいて、SNRPNの上流の3つのエクソン（エクソン-1、0、1）が、追加の独立したリーディングフレームであるSNURF（SNRPN upstream reading frame）をコードしていることを示唆した。

ポリシストロニック転写物は、原核生物では一般的であるが、真核生物では稀である。Grayら（1999）は、5つの真獣類（ウシ、ラット、マウス、ウサギ、ヒト）が高度に保存されたSNURFコード配列を有することを発見した。SNURFのヌクレオチド置換の大部分はウォブルコドンの位置にあることが判明し、タンパク質をコードする機能に対する選択の強い進化的証拠となった。SNURF-SNRPNは、ヒトの染色体15q11-q13にマッピングされ、父親に発現していることから、各シストロンは、刷り込み型PWSおよびPWSマウスモデルにおける役割の候補となっている。SNURFは、71アミノ酸の高塩基性タンパク質をコードしており、（SNRPN遺伝子の産物と同様に）核内に局在している。SNURFは、15q11-q13のインプリンティング制御領域内で唯一のタンパク質をコードする配列であるため、この領域でインプリンティングを行うための最初の選択となった可能性がある。ヒトの組織の中にはSNURFのみの転写物を発現するものがあるが、マウスの組織はSnurf-Snrpnの2系統の転写物のみを発現している。Grayら（1999）は、SNURFとSNRPNの両方が、PWSではなく、正常なヒトとマウスの組織および細胞株で翻訳されていることを示した。これらの結果から、SNURFはSNRPNと一緒にバイシストロニックな転写物から産生されるタンパク質であることが明らかになった。したがって、ポリシストロニックなmRNAは、機能的なオペロンを形成する可能性のある哺乳類のゲノムにコードされている。

Wawrzikら（2009）は、データベース解析により、SNURF-SNRPN領域からいくつかの新規転写産物を同定し、そのうちの1つは上流のPWRN1遺伝子（611215）のエクソン23を含んでいた。胎児の脳と精巣のエクソンコネクションPCR解析では、4つの転写産物が検出され、そのうち2つは3プライムPWRN1エクソンとSNURF-SNRPNエクソンの間でスプライシングが行われていた。Wawrzikら（2009）は、PWNR1が独立した遺伝子ではなく、SNURF-SNRPNの5プライム部分の代替であることを示唆している。また、この領域からは、GenBankでBC035402と呼ばれる、減数分裂時に精巣で発現が増加する正体不明の転写産物が同定されている。

UBE3Aアンチセンス転写物

Runteら（2001）は、SNURF-SNRPN遺伝子の5プライムエンドにあるインプリンティングセンター（IC）から、UBE3Aの長いアンチセンス転写物（601623）が始まることを報告した。このアンチセンス転写物の詳細については、SNHG14（616259）を参照されたい。

SNRPN遺伝子と自閉症スペクトラム障害ASDの関係

SNRPN遺伝子は、ASDの症例で遺伝子破壊につながるバランス型染色体異常（BCA）が確認されたことを受けて、ASDの候補遺伝子として同定された（Talkowskiら、2012年）。また、このBCAで破壊された遺伝子は、同じ報告書の追跡調査において、症例対照のCNV負担、または神経発達障害（NDD）の症例で最低3つのCNVが存在し、対照では存在しないことから、個別に関与していることが明らかになった。

SNRPN遺伝子とその他の疾患との関係

石川ら(1996)は、PWSの典型的な表現型を持つが、細胞遺伝学的に15qの欠失が検出されない2人の兄弟において、蛍光in situハイブリダイゼーションによりSNRPNの欠失を証明した。

Bielinskaら(2000)は、父親が父方の染色体にインプリンティングセンター欠失のモザイクを持つPWSの家族を報告した。欠失した染色体は、父親の体細胞に母方のメチル化インプリントを獲得していた。同様の欠失を持つ2つの独立した胚性幹細胞株から作製されたキメラマウスでも、同様の観察がなされた。Bielinskaら（2000）は、Prader-Willi症候群のインプリンティングセンター要素は、父方のインプリントの確立だけでなく、その接合後の維持にも必要であると結論づけている。