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02/06

2021年2月10日(予定)NHKクローズアップ現代でNIPTに関して放送されます。
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07/02

週間新潮掲載の記事がヤフーニュースに掲載されました。
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news.yahoo.co.jp/articles/a87aec43a59f8b0c15009b6f64bdf48de9559e27

yahooニュース「新型出生前診断」の拡大で”ビジネス化”加速の懸念 儲けに走るクリニックの手口

07/02

www.dailyshincho.jp/article/2020/07020559/?all=1&page=1

新型出生前診断」の拡大で“ビジネス化”加速の懸念 儲けに走るクリニックの手口

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TSC2遺伝子

遺伝子名: TSC COMPLEX SUBUNIT 2; TSC2
別名: TSC2 GENE
TUBERIN
TSC4 GENE, FORMERLY; TSC4, FORMERLY
染色体: 16
遺伝子座: 16p13.3
遺伝カテゴリー:Rare Single Gene variant-Syndromic
関連する疾患:Focal cortical dysplasia, type II, somatic 607341
Lymphangioleiomyomatosis, somatic 606690
Tuberous sclerosis-2 613254 AD

omim.org/entry/191092

TSC2遺伝子の機能

TSC2遺伝子の産物は、腫瘍抑制因子であると考えられており、特定のGTPasesを刺激することができる。

Wieneckeら(1995)は、tuberinのN-末端およびC-末端部分に対する抗血清を作成し、これらの抗血清が免疫沈降法および免疫ブロッティング法において180kDタンパク質を特異的に認識することを見出した。また、様々なヒト細胞株が180kDのtuberinタンパク質を発現しており、細胞内分画の結果、ほとんどのtuberinは膜/粒子状の画分に存在することがわかった。その結果、ネイティブなtuberinの免疫沈降液には、RAS関連タンパク質RAP1A(179520)の内在性GTPase活性を特異的に刺激する活性があることがわかった。Tuberinは、RAP2(179540)、HRAS(190020)、Rac、RHO(165370)のGTPase活性を刺激しなかった。これらの結果から、結節性硬化症患者の腫瘍では、tuberinの欠損によりRAP1が恒常的に活性化されていることが示唆された。

Xiaoら(1997)は、チューブリンがRAB5(179512)に対して実質的なGAP活性を示すことを報告した。RAB5は、エンドサイトーシス経路のドッキングと融合のプロセスにおいて重要かつ律速な成分である。また、中間的なアダプター様分子であるRabaptin-5(603616)が、チューベリンとRAB5の結合を仲介している。著者らは、チューブリンが生体内ではRAB5GAPとして機能し、エンドサイトーシスにおけるRAB5-GTP活性を負に制御していることを示唆した。彼らは、腫瘍抑制遺伝子TSC2にコードされているRAB5GAP活性が失われると、エンドサイトーシス経路に支障をきたし、本来ならリソソームで分解されるはずの内在化した成長因子受容体やその他の分子が取りこぼされるようになるのではないかと推測している。

今井ら(1998)は、TSC2遺伝子のプロモーター解析を行い、エクソン1、1a、1bには複数の転写開始部位が存在し、TATAボックスとCAATボックスがないことを示した。ノーザンブロット解析では、5.5kbの転写産物がユビキタスに、しかし可変的に発現していることが明らかになった。

Nellistら(2001年)は、COS細胞にネイティブなhamartinとtuberinを含むミスセンス変異体を共導入して、tuberinがhamartin(TSC1;605284)のシャペロンとして働く能力を調べた。その結果、Tuberinの中でシャペロン機能に必要なドメインが611-769残基の近傍にあることが判明した。tuberinのチロシンリン酸化を阻害する変異は、tuberin-hamartinの結合やシャペロン機能も阻害したが、著者らは、tuberin-hamartin複合体ではhamartinのみがリン酸化されると結論づけている。

Hodgesら(2001)は、一連のhamartinとtuberinのコンストラクトを用いて、酵母2-hybridシステムでの相互作用をアッセイした。その結果、Hamartin(アミノ酸302-430)とTuberin(アミノ酸1-418)は互いに強く相互作用した。tuberinの推定コイルドコイルをコードする領域(アミノ酸346-371)は、Hamartinとの相互作用を媒介するのに必要であったが、十分ではなく、さらにN-末端側の残基も必要であった。また、コイルドコイルをコードすると予測されるhamartinの領域(アミノ酸719-998)は、オリゴマー化が可能であったが、tuberinとの相互作用には重要ではなかった。結節性硬化症の患者で確認された、hamartinおよびtuberinの結合領域内にあるわずかな非切断型の突然変異は、これらのタンパク質の相互作用を消失または劇的に減少させた。

Manningら(2002年)は、生化学とバイオインフォマティクスを組み合わせて、ホスホイノシチド3キナーゼ(PI3K;171833参照)によって活性化されるS/T-プロテインキナーゼの基質を同定した。この方法により、TSC2遺伝子の産物であるtuberinが、AKT1の潜在的な標的として同定された(164730)。PI3Kが活性化されると、tuberinはPI3K依存性のS/Tキナーゼのコンセンサス認識部位でリン酸化された。さらに、AKT1はin vitroおよびin vivoでtuberinをリン酸化することができた。著者らは、tuberinのアミノ酸残基ser939とthr1462がPI3K制御のリン酸化部位であり、PTEN (601728) -/-腫瘍由来の細胞株ではthr1462が構成的にリン酸化されていることを突き止めた。PI3K依存性の主要なリン酸化部位を欠いたtuberin変異体は、S6K1の活性化をブロックすることができた(608938)ことから、PI3K-AKT1経路がS6K1の活性を制御する手段であることが示唆された。

Inokiら(2002)は、Aktによるリン酸化の後、Tsc2が不活性化され、Tsc1との相互作用が阻害されることを示した。Potterら(2002)は、ショウジョウバエにおけるTsc2とAktの間に同様の関係があると述べている。Inokiら(2002)は、Tsc1-Tsc2複合体が哺乳類ラパマイシン標的(MTOR;601231)を阻害し、リボソームS6K1を阻害して、真核生物翻訳開始因子4E結合タンパク質-1(EIF4EBP1;602223)を活性化することを示した。

Inokiら(2003)は、ヒト胚性腎細胞のエネルギー飢餓によってAMPK(600497参照)が活性化されると、TSC2のthr1227およびser1345がリン酸化されることを発見した。TSC2をRNA干渉でノックダウンすると、ATP枯渇によるS6Kの脱リン酸化が起こらなくなった。Tsc2 -/-マウス胚性線維芽細胞は、エネルギー飢餓に応答してS6kの脱リン酸化に欠陥があった。飢餓によるS6kの脱リン酸化は、Ampkリン酸化変異体ではなく、野生型のTSC2をTSC2-/-細胞に発現させることで回復した。著者らは、TSC2がエネルギー制限に応じて細胞の大きさを制御し、グルコース欠乏によるアポトーシスから細胞を保護していることを明らかにした。これらの機能は、TSC2のAMPKリン酸化にも依存している。Inokiら(2003)は、TSC2とAMPKのリン酸化は、細胞のエネルギー応答に不可欠であると結論づけている。

Zhangら(2003)は、ショウジョウバエのRheb(601293)が、in vivoとin vitroの両方で、TSC2のGAP活性の直接の標的であることを明らかにした。Tsc2のGAPドメインに点変異を加えると、Tsc2とTsc1の相互作用に影響を与えることなく、Rhebを制御する能力が失われる。

Stockerら(2003)は、ショウジョウバエのRhebがTORシグナル伝達経路においてTsc1とTsc2の下流で機能し、細胞の成長を制御していることを遺伝学的、生化学的に証明した。

Shumwayら(2003)は、ラットのTSC2を用いたHeLa細胞のcDNAライブラリーの酵母2-ハイブリッドスクリーニングと、TSC2を異所的に発現させたヒト胚性腎細胞の免疫沈降法により、14-3-3-β(601289)をTSC2結合タンパク質として同定した。14-3-3-βが結合してもTSC1-TSC2の結合は損なわれず、14-3-3の結合にはTSC2のser1210でのリン酸化が必要であった。Shumwayら(2003)は、AKTによってリン酸化される複数の部位のうち、ser1210は1つではないことを指摘している。14-3-3-βがリン酸化されたser1210でTSC2に結合すると、TSC1-TSC2複合体がリボソームタンパク質S6キナーゼのリン酸化を阻害する能力が低下し、細胞の成長を阻害する能力が損なわれることがわかった。

Nellistら(2005)は、トランスフェクトしたマウス胚線維芽細胞を用いて、切断していないTSC2の変異が、tuberin-hamartin相互作用、PKBによるtuberinのリン酸化(AKT1、164730参照)、およびtuberin依存性S6(RPS6、180460)のリン酸化に及ぼす影響を解析した。TSC2の中央領域(GAPドメインの外側)にアミノ酸を変更すると、チューベリンが完全に不活性化された。Nellistら(2005)は、この中央ドメインがtuberin-hamartin複合体の形成に必要であると結論づけている。

Inokiら(2006)は、TSC2がGSK3(606784)の生理的な基質であることを突き止め、WNT(604663参照)がTSC2のGSK3によるリン酸化を阻害することでMTORシグナル伝達経路を刺激することを示した。その結果、WNT経路の機能障害による腫瘍形成におけるTSC2/MTORシグナルの機能と、WNTによるタンパク質合成や細胞増殖の刺激のメカニズムが明らかになった。

TSC遺伝子を欠損すると、MTORおよび下流のシグナル伝達要素が構成的に活性化され、その結果、腫瘍の発生、神経障害、重度のインスリン/IGF1(147440)抵抗性などが生じる。Ozcanら(2008)は、細胞株やマウスまたはヒトの腫瘍でTSC1またはTSC2が欠損すると、小胞体(ER)ストレスが生じ、アンフォールドタンパク質応答が活性化されることを発見した。その結果、小胞体ストレスは、MTORを介したインスリン作用の負のフィードバック阻害に重要な役割を果たし、アポトーシスに対する脆弱性を増大させていた。

疾患に関連したTSCの突然変異の大部分は、TSC1またはTSC2のタンパク質レベルが大幅に低下していることから、タンパク質のターンオーバーがTSCの制御に重要な役割を果たしていることが示唆される。Huら(2008)は、FBW5(609072)、DDB1(600045)、CUL4A(603137)、ROC1(RBX1、603814)がE3ユビキチンリガーゼを形成し、TSC2タンパク質の安定性とTSC複合体のターンオーバーを制御していることを示した。

Choiら(2008)は、Tsc1とTsc2が、マウスの軸索の形成と成長に重要な機能を持つことを示した。Tsc1/Tsc2を過剰に発現させると軸索の形成が抑制されるが、Tsc1またはTsc2を欠損させると、in vitroおよびマウス脳内で異所性軸索が誘導された。Tsc2は樹状突起ではなく軸索でリン酸化され抑制されていた。Tsc1/Tsc2の不活性化は、少なくとも部分的には神経極性サッドキナーゼ(BRSK2; 609236参照)のアップレギュレーションを介して軸索の成長を促進したが、このキナーゼはTSC患者の皮質の塊茎でも上昇していた。Choiら(2008)は、TSC1とTSC2は神経細胞の極性に重要な役割を果たしており、共通の経路が神経細胞の極性や成長、他の組織の細胞サイズを制御していると結論づけている。

Hartmanら(2009)は、Hamartin(TSC1)が一次繊毛の基底体に局在し、TSC1-nullおよびTSC2-nullのマウス胚線維芽細胞(MEF)は、野生型の対照細胞に比べて一次繊毛を含む可能性が有意に高いことを報告した。さらに、Tsc1-nullおよびTsc2-nullのMEFの繊毛は、野生型MEFの繊毛に比べて17~27%長かった。Tsc1-およびTsc2-null MEFの繊毛形成の促進は、ラパマイシンでは無効化されなかったことから、mTORに依存しないメカニズムであることが示唆された。Polycystin-1 (PC1; 601313参照)はTSC2と相互作用することがわかっているが、Pkd1-null MEFでは毛様体形成が促進されなかった。ADPKD患者の腎嚢胞ではmTORの活性化が観察されているが、Pkd1-null MEFでは恒常的なmTORの活性化が認められなかったことから、一次繊毛とmTORの制御におけるTSCタンパク質とPC1の機能が独立していることが明らかになった。

Auerbachら(2011年)は、Tsc2ヘテロ接合体およびFmr1(309550)欠損雄マウスの海馬における神経細胞のタンパク質合成に関する電気生理学的および生化学的なアッセイを用いて、これらの変異によって生じるシナプス機能不全は、生理学的には相反する領域にあることを示した。Tsc2ヘテロ接合体マウスでは、メタボトロピックグルタミン酸受容体を介した長期的なシナプス抑圧が特異的に欠損している。これらの変異体のシナプス障害、生化学的障害、認知機能障害は、メタボトロピックなGrm5(604102)を逆方向に調節する治療法によって改善され、両方の変異を持つマウスを繁殖させると、変異体の障害は消失した。Auerbachら(2011)は、正常なシナプス可塑性と認知は、メタボトロピックグルタミン酸受容体を介したタンパク質合成の最適な範囲内で生じるものであり、どちらかの方向に逸脱すると、共通の行動障害が生じると結論づけている。

Haら(2014)は、6-ヒドロキシドーパミンによる酸化ストレスが、マウスの培養ドーパミン神経細胞において、彼らがOxi-βと呼ぶTnfaip8l1(615869)の発現を誘導し、オートファジーの亢進と細胞死をもたらすことを発見した。Oxi-βの発現が増加すると、自食作用を抑制して細胞の生存を促進するMtorの負の制御因子であるTsc2が安定化した。Oxi-βは、Tsc2のプロテアソーム分解を促進するCul4 E3リガーゼ複合体の構成要素であるFbxw5と直接結合し、Tsc2を安定化させた。Oxi-βは、Fbxw5との結合をTsc2と競合し、Oxi-β-Tsc2の相互作用により、Tsc2をプロテアソームによる分解から保護した。

Zhangら(2014)は、マウスおよびヒトの細胞におけるmTORC1(601231参照)の活性化は、タンパク質合成の増加だけでなく、タンパク質分解能力の増加も促進することを示した。mTORC1が活性化された細胞は、プロテアソームサブユニットをコードする遺伝子の発現が全体的に増加することで、無傷で活性なプロテアソームのレベルが上昇した。プロテアソーム遺伝子の発現量、細胞内のプロテアソーム量、mTORC1下流のタンパク質ターンオーバー速度の増加は、すべて転写因子NRF1 (NFE2L1; 163260)の誘導に依存していた。結節性硬化症複合体の腫瘍抑制因子TSC1(605284)やTSC2の欠損によるmTORC1の遺伝的な活性化や、成長因子や摂食に応じたmTORC1の生理的な活性化により、細胞や組織におけるNRF1の発現が増加した。Zhangら(2014)は、このNRF1に依存したプロテアソームレベルの上昇が、細胞内のアミノ酸プールを増加させる役割を果たし、それによって新たなタンパク質合成の速度に影響を与えることを発見した。そこで著者らは、mTORC1シグナルがプロテアソームを介したタンパク質分解の効率を高めるのは、品質管理のためと、持続的なタンパク質合成のための基質を供給するメカニズムの両方であると結論づけている。

Ranekら(2019年)は、TSC2の隣接する2つのセリン残基(マウスではS1365とS1366、ヒトではS1364とS1365)のいずれかでリン酸化または機能獲得・喪失変異を起こすと、成長因子や血行動態ストレスによって刺激されるmTORC1活性を双方向に制御し、その結果、細胞の成長やオートファジーを調節できることを示した。しかし、基礎的なmTORC1活性は変化しなかった。心臓、あるいは単離された心筋細胞や線維芽細胞では、プロテインキナーゼG1(PKG1;176894)がこれらのTSC2部位をリン酸化している。PKG1は、一酸化窒素やナトリウム利尿ペプチド(108780参照)のシグナル伝達の主要なエフェクターであり、心臓病から保護する。PKG1による心筋細胞の肥大化の抑制とオートファジーの刺激には、TSC2のリン酸化が必要である。TSC2のリン酸化を抑制する変異(S1365A)を発現させたホモ接合のノックインマウスは、心臓病が悪化し、心臓に持続的な圧力負荷をかけた後の死亡率が高かった。これは、PKG1刺激では回復できないmTORC1の亢進が原因である。しかし、心疾患は軽減され、ヘテロ接合体のTsc2(S1365A)ノックインマウスに同じストレスを与えても、PKG1を活性化するか、リン酸化を模倣する変異(Tsc2(S1365E))を発現させることで生存率が向上したという。安静時のmTORC1活性は、いずれのノッキンモデルでも変化しなかった。Ranekら(2019年)は、TSC2のリン酸化は、PKG1を介した圧負荷に対する心臓保護に必要かつ十分であると結論づけた。また、彼らが同定したセリン残基は、ストレス刺激によるmTORC1活性の振幅を双方向に制御するための遺伝的ツールになると示唆した。

TSC2遺伝子の発現

パルスフィールドゲル電気泳動(PFGE)を用いて、European Chromosome 16 Tuberous Sclerosis Consortium(1993年)は、結節性硬化症-2(613254)の患者の16p13.3に5つの欠失を同定した。これらはコスミドでクローニングされた120kbの領域にマッピングされ、そこから4つの遺伝子が単離された。TSC2と名付けられた1つの遺伝子は、5つのPFGE欠失によって中断されており、さらに詳しく調べると、1つのde novo欠失を含むいくつかの遺伝子内変異が見つかった。この場合、ノーザンブロット解析により短縮された転写産物が確認されたが、別のTSCファミリーでは発現低下が認められたことから、TSC2が16番染色体のTSC遺伝子であることが確認された。TSC2の5.5kbの転写産物は広く発現しており、そのタンパク質産物はtuberinと名付けられ、GTPase-activating protein GAP3と相同性のある領域を持っていることが判明した。

TSC2遺伝子と自閉症スペクトラム障害ASDの関係

TSC2遺伝子は、特定の症候群を持つ人の一部が自閉症を発症する症候性自閉症と関連している。特に、自閉症と結節性硬化症(したがって、TSC1およびTSC2遺伝子)との間には、遺伝的な関連が認められています。TSC2と自閉症との関連は、AGREコホートでも発見されており(Serajee et al.

TSC2遺伝子とその他の疾患との関係

結節性硬化症 2

Kandtら(1992)は、結節性硬化症の家系の約60%が16番染色体上の突然変異の結果、この疾患を発症していると推定している。

Greenら(1994)は、DNAマーカーを用いて、3つの血管筋脂肪腫、1つの心臓横紋筋腫、1つの皮質結節、1つの巨細胞性星細胞腫で16p13.3の対立遺伝子の欠損を発見した。このことから、彼らは、Knudson仮説に基づき、TSC2遺伝子が癌抑制遺伝子として機能していることを示唆した。TSC1遺伝子(605284)の癌抑制機能については、ヘテロ接合性(LOH)の研究からも同様の証拠が得られている。

Carbonaraら(1996)は、18人の結節性硬化症患者から採取した20個のハムトーマを対象に、TSC1遺伝子座とTSC2遺伝子座、および7つの癌抑制遺伝子を含む領域(p53(191170)、NF1(613113)、NF2(607379)、BRCA1(113705)、APC(611731)、VHL(608537)、MLM(155600))のLOHを調べた。全体として、8つのアンギオミリオリポーマ、8つの巨細胞性星細胞腫、1つの皮質結節腫、3つの横紋筋腫が分析された。TSC遺伝子座のLOHは、散発性(14人中7人)と家族性(4人中1人)の両方で、情報提供を受けた患者の大部分に見られた。TSC2遺伝子座のLOHは、散発性患者で統計的に有意に多く見られた(Pは0.01未満)。Carbonaraら(1996)は、最も重度の臓器障害を持つTSC患者の選択に偏りがあったことが、この所見の原因ではないかと考えた。この仮説によると、TSC2の欠損は、早期の腎不全のリスクを高めるか、あるいは、巨細胞性星細胞腫の成長を早める可能性があると考えられる。検査した7つのアンションコジーンのいずれもLOHを示さなかったことから、TSC遺伝子のいずれかの産物を欠損するだけで、ハマートマ細胞の成長が促進される可能性がある。同じ患者の星細胞腫と血管筋脂肪腫で異なるマーカーでLOHが観察されたことから、著者らは2回目のヒットの突然変異が多局的に発生していることを示唆した。

Greenら(1996)は、非ランダムなX染色体の不活性化研究を用いて、結節性硬化症のハマートマのクローン性を証明した。それまでは、9q34のTSC1遺伝子または16p13.3のTSC2遺伝子のいずれかの領域にあるDNAマーカーのLOHが、これらの病変が実際にクローン性であるという結論を裏付けていた。X染色体不活性化の研究では、Greenら(1996年)は、同一患者の正常組織と比較して、保存パラフィン包埋腫瘍から抽出したDNAのX染色体不活性化を分析することにより、女性症例のTSC hamartoma 13例のクローン性を調べた。このうち7例は散発性で、2例は9q34に連鎖した家系から、1例は16p13.3に連鎖した家系から、3例は小さすぎて連鎖による割り当てができない家系からのものであった。13例のハマルトーマのうち、以前にLOHを示したのは4例のみで、1例はTSC1遺伝子の領域に、3例はTSC2遺伝子の領域にあった。PCR法を用いて、Xq11-q12のアンドロゲン受容体トリプレット・リピート多型に隣接するHpaII制限部位のメチル化の違いを解析した。12の病変では、片方のX染色体が完全にメチル化され、もう片方はメチル化されていないという、偏った不活性化パターンが見られた。正常組織では、不活性化のパターンはランダムであった。この発見は、病変部が1種類以上の細胞で構成されていたことから、特に興味深いものと考えられている。

Henskeら(1996)は、TSC1とTSC2領域のLOHについて、47人のTSC患者の87の病変を分析した。血管筋脂肪腫や横紋筋腫を持つ28人のうち、12人(57%)の病変で16p13のLOHが検出された。9q34のLOHは1人の患者でのみ検出された。著者らは、TSC脳病変の4%にしかLOHが認められなかったことを指摘し、TSC脳病変はTSC腎病変や横紋筋腫病変とは異なる発症機序によるものである可能性を示唆した。

Niidaら(2001年)は、10人の患者から得られた24個のハマルトーマについて、LOH解析、TSC1およびTSC2のSSCPスクリーニング、TSC2のプロモーターメチル化研究、およびクローナリティ解析などの複数の方法でセカンドヒット変異を解析した。その結果、TSC遺伝子の完全な不活性化は、他のTSC病変ではなく、腎血管筋脂肪腫に特徴的であるという証拠が得られた。

Seppら(1996年)は、結節性硬化症の34症例から得られた51個のハマートマにおけるLOHのスペクトルについて述べている。51個のハムトーマのうち、21個(41%)がLOHを示した。16個のハムトーマがTSC2の周辺でLOHを示し、5個のハムトーマがTSC1の周辺でLOHを示したのである。両方の遺伝子座のマーカーでLOHを示したハムトーマはなかった。Seppら(1996)は、ハマルトマの種類によってLOHの頻度に大きな違いはないようだと報告している。

Bjornssonら(1996年)は、6つのTSC関連腎細胞癌(RCC)を研究した。その結果、TSC関連RCCの中には、臨床的、病理学的、遺伝的特徴があり、散発性RCCとは区別されるものがあることが示唆された。臨床的には、TSC関連RCCは、散発性腫瘍に比べて若い年齢(36歳)で発症し、主に女性に発生した(6例中5例)。LOHは、9q34、16p13.3、および2例では3p染色体に観察された。

tuberinの変異の検索を容易にするために、Wilsonら(1996)は、リンパ芽球のTSC2遺伝子の発現コード領域をスキャンするRT-PCRベースのアッセイシステムを設計した。彼らは、34のオーバーラップするPCRアッセイを用いて、明らかに散発性のTSC症例26例、連鎖の情報が得られないTSC家系2例、16番染色体との連鎖が確認されたTSC家系2例のDNAのSSCP分析を行った。スキャンした60本の染色体のうち、14本にSSCP移動度の異常が見られた。その結果、PCR法を用いて、5つのミスセンス変異、1つの3bpのフレーム内欠失、1つの2bpのフレームシフト欠失、1つのナンセンス変異、1つの29bpのタンデム重複、そして5つの多型と思われるサイレントヌクレオチド変化を同定した。TSC2遺伝子内では、明らかな変異のクラスタリングは見られなかった。著者らは、突然変異の種類が多様であることから、TSC2は古典的ながん抑制作用を発揮していない可能性があるとコメントしている。さらに彼らは、異なる変異と臨床的な重症度や症状との間に特定の相関関係はないとしている。

Auら(1997)は、TSC2 cDNAを持つ88人のTSCプロバンドをサザンブロット法で検査し、総体的な欠失、再配列、または挿入を検索した。その結果、2つの欠失と、まれな遺伝子内多型を検出した。

Van Bakelら(1997)は、16p13.3にあるTSC2遺伝子の変異が家族性結節性硬化症の約50%の原因であると述べている。TSC2の大きな生殖細胞欠失は5%以下の症例で発生しており、小さな遺伝子内変異も多数報告されている。van Bakelら(1997)は、タンパク質切断試験(PTT)を用いて、血縁関係のない結節性硬化症の18症例のmRNAを分析し、TSC2の変異を調べた。3例は、連鎖分析に基づいて、あるいは、その患者のハマートマが16p13.3マーカーのLOHを示したことから、TSC2の突然変異であると予測された。確認された突然変異は、調査対象となった家族のうち5人(28%)で確認された。

Sampsonら(1997)は、結節性硬化症と腎嚢胞性疾患を有する27人の血縁関係のない患者を調査した。その結果、22人の患者にTSC2とPKD1の連続した欠失が認められた。TSC2とPKD1が連続して欠失している患者17名では、嚢胞性疾患が重症化し、早期に腎不全に陥った。TSC2とPKD1の3プライム非翻訳領域(UTR)のみが欠失している1名の患者では、嚢胞はほとんど見られなかった。4人の患者は体細胞モザイクであり、嚢胞性疾患の重症度はかなり異なっていた。体質的に欠失した3名の患者の両親にもモザイク性と軽度の嚢胞性疾患が認められた。連続した欠失のない5人の患者は、比較的軽度の嚢胞性疾患を有していたが、そのうち3人はTSC2の重大な再配列を有しており、2人は突然変異が確認されなかった。Sampsonら(1997)は、結節性硬化症における重大な腎嚢胞性疾患は、通常、PKD1遺伝子の突然変異による関与を反映しており、TSC2とPKD1の大きな欠失のモザイクが頻繁に起こると結論づけている。

Maheshwarら(1997)は、結節性硬化症の173人の血縁関係のない患者を対象に、TSC2遺伝子のエクソン34-38のSSCP分析を行い、バリアントコンフォーマーのダイレクトシークエンスと追加の家族の調査により、14例の変異の特徴を明らかにした。その結果、8例で36番、37番、38番のエクソンにミスセンス変異が生じ、そのうち4例ではpro1675→leu(191092.0009)という同一の再発変異が認められた。5つの異なるミスセンス変異はそれぞれ、少なくとも1つの結節性硬化症の散発例で新たに生じたことが示された。TSC2遺伝子のGAP関連ドメインをコードする領域でミスセンス変異が高い割合で検出されたことは、細胞成長の制御に重要な役割を果たしていることを裏付けている。

Auら(1998)は、90人の結節性硬化症患者を対象に、ゲノムDNAの一本鎖コンフォメーション解析(SSCA)を用いて、TSC2遺伝子の変異を調べた。患者には56人の散発性症例と34人の家族性プロバンドが含まれていた。TSC2遺伝子の41個のエクソンすべてが調査された。その結果、32個のSSCA変化が確認され、そのうち22個は疾患の原因となる変異、10個は多形性変異であった。変異は散発例(32%)の方が多家例(9%)よりもはるかに高い頻度で検出された。16番染色体のTSC2領域への連鎖が確認された8家系では、1つの変異のみが検出された。変異は遺伝子全体に均一に分布しており、欠失が5個、挿入が3個、ミスセンス変異が10個、ナンセンス変異が2個、タンデム重複が2個であった。アイソフォームスプライシングされるエクソン25と31には変異が検出されなかった。表現型のばらつきと変異の種類(ミスセンス変異と早期終結変異)との間に対応関係は認められなかった。彼らは、TSCの遺伝的不均一性、少なくとも2つの原因遺伝子があること、TSC2遺伝子のサイズが大きいこと、変異の種類が多様であることから、診断テストが難しいとコメントしています。

9q34.3に存在するTSC1遺伝子と16pに存在するTSC2遺伝子が結節性硬化症の家族性症例のすべてを占めているようであり、それぞれが変異の約50%を占めているが、TSC1とTSC2に変異がある散発性症例の割合は不明である。Beauchampら(1998)は、20人の家族性症例と20人の散発性症例のTSC2遺伝子の全コード化配列を調べ、家族性症例の50%、散発性症例の55%に相当する合計21個の突然変異を同定した。その内訳は、ミスセンス6個、ナンセンス6個、フレームシフト5個、スプライス変化2個、スプライシングに異常をきたす34bpの欠失、およびリーディングフレームを維持する18bpの欠失であった。変異はコーディング配列全体に分布しており、特定のホットスポットは見られなかった。変異の種類と疾患の重症度には明らかな相関関係はありませんでした。この結果から、散発例の少なくとも50%はTSC2遺伝子の変異に起因することが明らかになった。

Verhoefら(1999年)は、大きな後腹膜腫瘍を呈した結節性硬化症の12歳の少年を報告した。探索手術の結果、膵臓に由来する浸潤性腫瘍が見つかり、リンパ節への局所転移が認められた。組織学的診断は悪性膵島細胞腫瘍であった。膵臓ホルモンの値は正常であった。腫瘍内のTSC2遺伝子のLOHにより、悪性腫瘍とTSCとの関連が示された。この患者の一次変異であるgln478→ter(191092.0008)は、TSC2遺伝子のエクソン13に位置していた。膵島細胞腫瘍は主にI型多発性内分泌腫瘍(MEN1;131100)と関連している。

Verhoefら(1999)の発見は、Knudson 2-hit仮説に基づき、TSC2遺伝子の腫瘍抑制機能を支持するものであった。この場合、最初のヒットはgln478-to-ter生殖細胞突然変異であり、2番目のヒットはハプロタイプ対立遺伝子の欠失であり、機能しない生殖細胞突然変異コピーが残った。同様の結論に達したのはAuら(1999年)で、彼らは生殖細胞にTSC2の突然変異が確認された患者のハマートーマを研究した(Auら、1998年)。2人の独立した患者の血管筋脂肪腫と、1人の患者の顔面血管線維腫において、著者らはTSC2遺伝子の2番目の体細胞ヒットを同定することができた。Roachら(1998)の標準的な基準に従って、全員が結節性硬化症と診断された。この3人の患者は、主に血管筋脂肪腫に起因する重篤な腎疾患を患っていたが、嚢胞はわずかしか存在しなかった。これらの患者の所見は、隣接するPKD1遺伝子の関与なしに、遺伝子内のTSC2変異が結節性硬化症患者の生命を脅かす腎表現型をもたらすことを示している。

Cheadleら(2000)は、結節性硬化症の分子遺伝学的進歩をレビューした。その結果、TSC1遺伝子に変異がある症例が154例、TSC2遺伝子に変異がある症例が292例報告された。TSC2遺伝子の変異の50%(145/292)は点変異であった。TSC1とは対照的に、TSC2のナンセンス変異は点変異クラスの38%(145例中55例)に過ぎなかった。

Khareら(2001年)は、TSCの軽度の身体的特徴を持つ2つの家族にTSC2遺伝子のミスセンス変異(191092.0011)を報告した。また、1つの家族では、罹患者に神経精神疾患が有意に集積していました。

Le Caignecら(2009年)は、フランスの結節性硬化症の家系において、3つの独立したヘテロ接合性の突然変異を同定したことを報告した。すなわち、女性患者(191092.0014)におけるR905W突然変異、その女性の1つ違いの従兄弟(191092.0016)におけるスプライスサイト突然変異、そして、女性、その息子、その姪を含む、より遠縁の家系の3人の患者におけるミスセンス突然変異(W441X;191092.0017)である。この3つの突然変異は、検査を受けた16人の未罹患家族の誰からも発見されませんでした。Le Caignecら(2009年)は、TSC2の突然変異率が過小評価されているのではないか、あるいは、TSC2遺伝子とは無関係に家族内で分離しているDNA修復遺伝子の遺伝性欠損が、この家族に複数のTSC2突然変異を発生させる要因になっているのではないかと示唆している。

肺リンパ脈管筋腫症

肺リンパ管筋腫症(LAM;606690)は、ほとんど女性にしか発症しない稀な疾患です。LAMのほとんどの症例は肺に発生しますが、後腹膜、骨盤、または腎周囲のリンパ節やリンパ節外の部位に病変を有する症例も報告されています。LAMは、単独で発症する場合と結節性硬化症に伴って発症する場合があります。結節性硬化症の患者さんでは、TSC関連死の原因として、腎疾患、脳腫瘍に次いで3番目に多いと言われています(Castroら、1995年)。腎血管筋脂肪腫は、散発性LAM患者の約50%、TSC患者の70%に見られる。TSC関連の血管筋脂肪腫の60%にはTSC2遺伝子の染色体領域におけるヘテロ接合性の喪失(LOH)が生じている。TSCと散発性LAMの肺と腎臓の症状が似ていることから、Smolarekら(1998)は、LAMとTSCには共通の遺伝的基盤があると仮定した。彼らは、散発性LAMの女性13人の腎血管筋脂肪腫を分析し、TSC1(9q34)およびTSC2(16p13)遺伝子の領域におけるLOHを調べた。TSC2のLOHは、血管筋脂肪腫のうち7例(54%)で検出されました。また、後腹膜LAMの女性から採取した4つのリンパ節にもTSC2のLOHが検出されました。TSC1のLOHは認められませんでした。この結果は、TSC2遺伝子が散発性LAMの病因に関与している可能性を示している。しかし、LAMの遺伝的伝播は報告されていないことを指摘した。LAMの女性は、生殖細胞に低浸透性のTSC2遺伝子変異がある場合と、肺と腎臓にTSC2遺伝子変異があるが他の臓器にはないモザイク型の場合がある。12人のLAM患者の末梢血リンパ球またはリンパ芽細胞から採取したDNAを調べても、8人のLAMのための移植時に採取した肺細胞を培養しても、TSC2の変異は認められなかった(Astrinidisら、2000年)。肺リンパ管筋腫症の患者69名(全員女性)において、Urbanら(1999)は家族性の例を認めなかった。

Carsilloら(2000年)は、散発性肺リンパ管筋腫症の原因として、TSC2遺伝子の変異を報告した。彼らは、散発性LAM患者の7つの血管筋脂肪腫のうち5つの血管筋脂肪腫に体細胞のTSC2遺伝子変異を確認した。肺組織が入手できた4人の患者すべてにおいて、血管筋脂肪腫に見られたのと同じ突然変異が、異常な肺平滑筋細胞に見られた。正常な腎臓、形態学的に正常な肺、リンパ芽球細胞には、この変異は認められなかった。TSC2のLOHは、著者らがTSC2の変異を確認した5つの血管筋脂肪腫のうち4つに存在した。したがって、これらの4つの血管筋脂肪腫では、TSC2の両対立遺伝子が不活性化されており、Knudson 2-hit仮説とTSC2の癌抑制遺伝子としての役割と一致していた。TSC1遺伝子の突然変異は見られなかった。Carsilloら(2000)は、腎血管筋脂肪腫と肺LAM細胞にTSC2の変異が存在し、他の組織には存在しないことを説明するモデルが必要であると認識していた。彼らは2つの可能性のあるメカニズムを提案した。いずれのメカニズムも、腫瘍抑制遺伝子の変異に関連する疾患の新しいメカニズムとなるだろう。一つは、散発性LAMはTSC2遺伝子変異の体細胞モザイクに起因するというモデルである。散発性LAMの患者は、選択された腎臓や肺の細胞にのみTSC2変異が存在し、正常な腎臓や肺の周囲の細胞には存在しないと考えられる。このモデルによれば、独立した複数の腫瘍病巣が予想されるが、散発性LAM患者の多くは単一のアンギオ筋脂肪腫である。Carsilloら(2000)が提唱した2つ目のモデルは、血管筋脂肪腫から肺への平滑筋細胞の移動や拡散を伴うものである。しかし、散発的な孤発性腎血管筋脂肪腫の患者では、腎周囲のリンパ節に血管筋脂肪腫の細胞が見られることが珍しくなく、これらの細胞が原発性腫瘍を超えて広がる能力があることを示唆している。

Satoら(2002)は、結節性硬化症複合体を伴う肺LAMの日本人患者6人(TSC-LAM)と、散発性LAMの患者22人のTSC1およびTSC2遺伝子を調べ、6つの新規変異を同定した。TSC-LAM患者6名のうち2名(33.3%)にTSC2の生殖細胞変異が検出され、22名の散発性LAM患者のうち1名(4.5%)にTSC1の生殖細胞変異が検出されました。腫瘍抑制モデルによると、TSC-LAM患者4人中3人と、散発性LAM患者8人中4人のLAM細胞でLOHが検出された。さらに、複数の組織から採取されたLAM細胞では、同一のLOHまたは2つの同一の体細胞変異が認められたことから、LAM細胞はある病変から別の病変へと広がることが示唆された。これらの結果は、TSC-LAMには生殖細胞変異があるが、散発性LAMにはない、散発性LAMは2つの体細胞変異を有するTSC2疾患である、様々なTSC変異がLAMを引き起こす可能性がある、という一般的なLAMの病因概念を裏付けるものであった。しかし、今回の研究では、散発性LAMの一部がTSC1疾患である可能性が示されました。したがって、散発性LAMの患者であっても、両方のTSC遺伝子を調べる必要があります。

散発性リンパ管筋腫症の女性は、生殖細胞にTSC1またはTSC2の変異を持たない(Carsilloら、2000年)。このような患者の60%は腎血管筋脂肪腫を有している。散発性リンパ管筋腫症と血管筋脂肪腫の両方の患者において、同一の散発性TSC2突然変異が異常な肺と腎臓の細胞で確認されているが、正常な細胞では確認されていない(Karbowniczek et al., 2003)。このことは、リンパ管筋腫症と血管筋脂肪腫の細胞は遺伝的に関連しており、共通の前駆細胞から発生する可能性が高いことを示唆している。これらのデータにより、リンパ管筋腫症の病因に対する「良性転移」仮説が提唱された。TSC1またはTSC2に変異を持つ組織学的に良性の細胞が、腎臓の血管筋脂肪腫から肺に移動する能力を持っているのではないかと考えられている。肺リンパ管筋腫症が女性にのみ発症するという事実から、エストロゲンがTSCシグナルを制御し、おそらくTSC2欠損細胞の移動も制御しているのではないかという仮説が立てられた(Crino et al.

体細胞性局所皮質異形成II型

局所皮質異形成II型(FCORD2;607341)による発作を有する10歳の女児から切除した脳組織において、Limら(2017年)は、TSC2にde novoの体細胞ミスセンス変異(V1547I;191092.0018)を同定した。この変異は、40人の障害患者のMTOR経路の遺伝子を対象としたシークエンスによって発見されたもので、この患者の脳組織における変異対立遺伝子の頻度は約1~1.5%と非常に低かったという。患者のジストロフィー脳細胞やV1547Iを導入した細胞では、野生型に比べてS6Kのリン酸化(RPS6KB1;608938)が増加しており、mTOR経路の過活性化と一致していた。変異型TSC2は、GAP活性が低下していたが、TSC1との結合は正常であった。トランスフェクトした細胞での異常なS6Kリン酸化は、ラパマイシンの処理によって抑制された。

この記事の著者:仲田洋美(医師)

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