TBR1遺伝子

名:　T-BOX, BRAIN, 1;
別名:
: 2
:　2q24.2
カテゴリー:Rare Single Gene variant-Multigenic -Genetic association-Functional-Syndromic
関連する：Intellectual developmental disorder with autism and speech delay 606053 AD

omim.org/entry/604616

TBR1遺伝子の機能

TBR1遺伝子産物は正常な脳の発達に必要な、発生プロセスに関与する推定転写制御因子である。

TBR1遺伝子は、大脳皮質の神経形成時に中心的な役割を果たすT-boxファミリーの神経細胞特異的転写因子をコードしている（Vegasら、2018、McDermottら、2018による要約）。

CASK(300172)のグアニル酸キナーゼドメインの結合相手を同定するために、Hsuehら(2000)は、脳のcDNAライブラリの酵母2ハイブリッドスクリーニングを行い、その中からTBR1を単離した。欠失解析により、TBR1のC-末端領域（342〜681残基）は、CASKのグアニル酸キナーゼドメインとの結合に必要かつ十分であることがわかった。COS-7細胞で共発現させた場合、TBR1とCASKは、どちらか一方のタンパク質に対する抗体で容易に共沈した。Hsuehら（2000）は、CASKが核内に入り、TBR1と複合体を形成して特定のDNA配列（Tエレメント）に結合することを明らかにした。CASKは、TBR1のコアクチベーターとして働き、大脳皮質の発達に必須の遺伝子であるreelinを含むTエレメントを含む遺伝子の転写を誘導する。

Deriziotisら（2014）は、TBR1がホモダイマーを形成し、T-boxドメインを介して最も可能性の高いFOXP2（605317）と相互作用することを明らかにした。音声言語障害（SPCH1；602081）を引き起こすFOXP2遺伝子の変異は、TBR1との相互作用を妨げることがわかった。

Den Hoedら（2018）は、TBR1がBCL11Aの長いアイソフォーム（606557）と相互作用することを実証した。

公開文献のレビューで、Vegasら（2018年）は、TBR1は、皮質の発達中の層状神経細胞および地域神経細胞のアイデンティティの調節を含む、中枢神経系のパターニングにおいて確立された役割を有すると指摘した。大脳皮質、小脳、海馬におけるグルタミン酸ニューロン細胞の運命制御に重要なPAX6（607108）-TBR2（604615）-NEUROD（601724）-TBR1の転写因子カスケードの一部である。TBR1は、CASKやFOX2Pと相互作用することで、GRIN2B (138252)やRELN (600514)など、大脳皮質形成時の適切な神経細胞移動に必要ないくつかの遺伝子を制御している。これらの遺伝子はいずれも、様々な知的障害、自閉症、皮質形成の奇形などで変異していることが報告されており、共通の経路を持つことが示唆されている。

TBR1伝子の発現

Bulfoneら（1995）は、14.5日目の胚の脳梁と成体の脳梁のサブトラクティブ・ハイブリダイゼーションを用いて、Tbr1（T-brain-1）のマウスcDNAを同定した。著者らは、17週目のヒト胎児cDNAライブラリーをスクリーニングするプローブとしてマウスTbr1を用いて、682アミノ酸のタンパク質をコードするTBR1 cDNAを同定した。TBR1タンパク質の配列は、マウスの配列と99％一致しており、両者は、特にT-box DNA結合ドメインにおいて、T（Brachyury）遺伝子のタンパク質産物と高い相同性を示した（601397参照）。ノーザンブロットやin situハイブリダイゼーション解析の結果、マウスのTbr1の発現は大部分が大脳皮質に限定されていることが明らかになった。胚発生期に発症して前脳のポストミトーシス細胞で発現し、成体の脳でも発現し続けるという。発現量は、成体組織よりも胚での方が10倍多い。

Uenoら（2000）は、マウスの脳の発生過程において、Tbr1とTbr2（EOMES; 604615）が相互に発現していることを発見した。

TBR1遺伝子と自閉症スペクトラム障害ASDの関係

TBR1遺伝子には、以下のような変異が複数のASD患者で確認されています。TBR1の2つのde novo loss-of-function variantと2つのde novo missense variantがsimplex ASD症例で同定されており(PMIDs 22495309, 23160955, 22495311)、これらの variantはコントロールや外部データベースでは観察されませんでした。Deriziotis et al., 2014の機能解析では、これら4つのデノボTBR1バリアントが、CASKやFOXP2などのコレギュレーターとの相互作用、細胞内での局在、転写制御など、TBR1の機能の複数の側面を破壊することが示されました(PMID 25232744)。De Rubeis et al., 2014のAutism Sequencing Consortium (ASC)のASD症例3,871人と先祖を一致させた対照群9,937人における希少なコーディングバリエーションの解析では、TBR1がFDR 0.01の高い統計的有意性を満たす遺伝子として同定されました。これは、この遺伝子が真の自閉症遺伝子である可能性が99%であることを意味します(PMID 25363760)。この遺伝子は、Iossifovらが2015年に、de novoの突然変異の証拠と、コントロールにおける突然変異の不在または非常に低い頻度の組み合わせに基づいて、ASDリスク遺伝子の有力な候補として同定しました(PMID 26401017)。また、TBR1を包含する微小欠失が発達遅延・知的障害の患者で確認されています(PMID 23112752, 24458984)。 den Hoedらは2018年、ASDプロバンドに見られるこれまでに確認された2つのde novo TBR1ミスセンスバリアント(De Rubeisら、2014年のp.Trp271Cysと、ORoakら、2014年のp.Lys389Glu)を機能的に解析しました。本研究の著者らは、まれな遺伝性TBR1ミスセンスバリアントp.Gln418Arg（Deriziotisら、2014年にASDプロバンドで報告されたもの）が、TBR1とBCL11Aとの相互作用を阻害することも明らかにした。Nambotら、2020年は、国際的なデータ共有を通じて、これまで報告されていなかった25人のTBR1バリアントのデータを収集し、自閉症の特徴が頻繁に観察され（19/25人）、5人がDSM-IVおよび/またはADOSの基準に従ってASDの診断を受けたことを明らかにしました。

TBR1遺伝子とその他の疾患との関係

自閉症と言語遅延を伴う知的発達障害（IDDAS；606053）

自閉症と言語遅延を伴う知的発達障害（IDDAS；606053）を有する血縁関係のない4人の患者において、Deriziotisら（2014）は、TBR1遺伝子（604616.0001～604616.0004）に4つの異なるヘテロ接合型の変異を同定した。早期終了をもたらすフレームシフト変異が2つ、T-boxドメインの高度に保存された残基にミスセンス変異が2つありました。細胞移植モデル（HEK293細胞およびSHSY5Y神経芽細胞腫細胞）を用いたin vitroの機能発現試験では、フレームシフト変異により、野生型に比べて核局在性が失われ、CASKやFOXP2との相互作用が失われ、転写抑制活性が低下した機能しないタンパク質が生じていた。さらに、これらの変異はナンセンスを介したmRNAの崩壊をもたらした可能性もあるが、患者の組織を入手することができなかったため、研究を行うことができなかった。これらの変異に関する所見は、ハプロインスフェクションと一致していた。ミスセンス変異体についても同様にin vitroの研究を行ったところ、FOXP2との相互作用は認められなかったものの、若干の転写抑制活性を保持しており、DNA結合活性が完全には失われていないことが示唆された。これらの変異体は、CASKと相互作用し、野生型TBR1とホモ二量体を形成して核内で異常な凝集体を形成することができた。これらの変異に関する知見は、ドミナントネガティブ効果を示唆するものであった。機能喪失型の変異を持つ患者は、ミスセンス変異を持つ患者よりも重度の認知機能障害を有していた。この他にも、発症していない親から受け継いだいくつかのミスセンス変異が患者に見つかった。遺伝した変異体の機能研究では、TBR1の機能にほとんど影響を与えないことが示され、遺伝したTBR1の変異は自閉症には関与しないことが示唆されたが、他の遺伝子の未同定の付加的な変異と併せて軽微な寄与があることは否定できなかった。また、この研究では、TBR1とFOXP2のいずれかの遺伝子の変異によってTBR1とFOXP2の相互作用が阻害されると、音声や言語の障害が生じることが示唆され、神経発達障害のメカニズムの架け橋となることが示されました。

IDDASの2人の血縁関係のない患者において、den Hoedら（2018年）は、TBR1遺伝子に、T-boxドメインの保存された残基（604616.0005および604616.0006）に影響を及ぼすデノボヘテロ接合性変異を同定した。HEK293細胞を用いたin vitroの機能発現試験では、これらの変異タンパク質は、ルシフェラーゼ活性を抑制する能力を保持し、TBR1とホモダイマーを形成することができ、CASKとコロケーションをとったが、核内で異常な凝集体を形成したことから、ドミナントネガティブな効果があることが示唆された。この変異は、TBR1-FOXP2（605317）の相互作用を消失させた。

IDDASの血縁関係のない患者2人において、McDermottら（2018年）は、TBR1遺伝子にデノボのヘテロ接合性変異（G316XおよびL311P）を同定した。この変異の機能的研究は行われなかった。

IDDASの血縁関係のない男児2人において、Vegasら（2018年）は、TBR1遺伝子に同じデノボのヘテロ接合フレームシフト変異を同定した（604616.0007）。この変異は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ました。この変異の機能的研究や患者の細胞を用いた研究は行われなかったが、著者らは、この変異が下流のRELN経路の破綻につながる可能性を示唆している。2人の患者は、脳画像上で奇形を含む皮質の発達の奇形を有しており、TBR1変異に関連する表現型が拡大した。