リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Rare single-nucleotide DAB1 variants and their contribution to Schizophrenia and autism spectrum disorder susceptibility」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
リケラボ

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Rare single-nucleotide DAB1 variants and their contribution to Schizophrenia and autism spectrum disorder susceptibility

名和, 佳弘 名古屋大学

2021.07.15

概要

【緒言】
　統合失調症（SCZ）と SCZ と共通の遺伝学的基盤を有すると考えられる自閉スペクトラム症（ASD）は、家系内に疾患が集積していること、遺伝率が約 80％と高く推定されていること等の知見から、その分子病態解明への手法として、ゲノム解析が有望であると考えられている。近年、精神疾患のゲノム研究において、シークエンス解析によって同定される頻度が 1%未満と低い稀なコピー数変異（ CNV）や一塩基変異（SNV）が、SCZ や ASD の発症に強い影響力を持つゲノム変異として注目されている。そのため、SCZ や ASD の発症に強い影響力を持つゲノム変異を同定し、患者臨床表現型との関連評価や生物学的な機能解析を実施することで、SCZ や ASD の分子病態の解明と新規診断法・治療薬の開発に繋がることが期待されている。
　Reelin（RELN）は、SCZ や ASD の病態に関与すると想定されている胎生期の脳神経発達の過程において重要な役割を果たしているが、SCZ 患者や ASD 患者を対象としたゲノム解析においても、繰り返し RELN の機能喪失変異が同定されており、SCZや ASD の疾患候補遺伝子と考えられている。本研究で注目する Disabled 1（DAB1）は、Reelin のシグナル伝達系に関与する細胞内アダプター蛋白質であり、脳発生期の正常な神経細胞遊走、層構造形成において不可欠な役割を果たす。DAB1 は、モデル動物研究、死後脳研究において、SCZ や ASD などの精神疾患に関与していることが繰り返し報告されており、SCZ や ASD の疾患候補遺伝子として注目を浴びているが、精神疾患患者を対象として、DAB1 の稀なゲノム変異に注目した報告は存在しない。以上を踏まえ、私は、SCZ 患者や ASD 患者の DAB1 遺伝子内に疾患発症に強く関 連する稀なゲノム変異が存在すると仮説を立て、シークエンス解析を通じて SNV の同定と機能解析を行い、DAB1 内の SNV と疾患病態との関連を検討することを企図した。

【対象及び方法】
　本研究は 2 つの独立した日本人の患者健常者集団を対象とした。患者の診断は DSM−5 の診断基準に基づいて行った。健常者は精神疾患の既往がない者とした。本研究は名古屋大学医学部生命倫理委員会で承認されており、本人（未成年の場合は本人と保護者）に口頭及び書面にて説明し研究参加の同意を得た。研究方法は以下のとおりである。
　1. SCZ 患者 370 名（49.7 ± 14.8 歳）と ASD 患者 192 名（16.3 ± 8.4 歳）の末梢血もしくは唾液より抽出した DNA を用いて、DAB1 のエクソン領域を標的としたシークエンス解析を実施した。機器は Ion Torrent PGMTM を使用し、標準プロトコールで行った。パイプラインソフトウェアは Torrent SuiteTM を用いた。シークエンス結果及び 4つのデータベース（gnomAD、ESP、jMorp、HGVD）で頻度 1%未満の変異に絞り、サンガー法にて変異の存在を再確認した。ミスセンス変異に関しては、2 つの in silico 解析（SIFT、PolyPhen-2）にて、変異が蛋白質機能に与える影響を評価した。
　2. 同定した頻度 1%未満の稀な変異を対象に、SCZ 患者 1763 名（47.6 ± 15.3 歳）、ASD 患者 380 名（21.4 ± 10.5 歳）、健常者 2190 名（45.7 ± 15.0 歳）を用いた関連解析を実施した。機器は ABI PRISM 7900HT Sequence Detection System を使用し、TaqMan assay 法の標準プロトコールで行った。検出力解析は Purcell らが開発した Genetic Power Calculator を使用した。統計学的評価は Fisher の直接確率検定（片側検定）を用いた。
　3. SCZ・ASD の発症に強い影響を持つと想定されたゲノム変異を有する患者について臨床表現型の関連を検討した。
　4. SCZ・ASD の発症に強い影響を持つと想定されたゲノム変異に関しては、I- TASSER 及び UCSF Chimera を用いた in silico 構造解析を実施した。また、リコンビナント DAB1 蛋白 質 の野生 型 と変異 型 を用い た シクロ ヘ キシミ ド 追跡分析 （cycloheximide chase assay）を実施し、変異が DAB1 蛋白質の構造と安定性に与える影響を検討した。シクロヘキシミド追跡分析は、HEK293FT 細胞に DAB1 の野生型と変異型のプラスミドをそれぞれ導入し一過性発現させ、細胞内局在にほとんど差がないことを確認した（Figure 3a）。プラスミドを導入した細胞を 48 時間培養したが、100 μg/ml のシクロヘキシミドにて 8 時間、16 時間、24 時間処理したものと、処理していないものを immunoblotting にて相対定量することで、発現量の低下を比較した（Figure 3b, c）。

【結果】
　1. DAB1 遺伝子のシークエンス解析にて、2 つの稀なミスセンス変異（p.G382C、 p.V129I）をそれぞれ別の SCZ 患者１例ずつに同定した（Table 1）。これらのミスセンス変異は、SIFT、Polyphen-2 を用いた in silico 解析で蛋白質機能の変化が予測された。 p.V129I は Phosphotyrosine-binding（PTB）ドメインに存在し、p.G382C はC 末端に存在した（Figure 1）。ナンセンス変異、フレームシフト変異、スプライスサイト変異は同定されなかった。
　2. 同定した 2 つの稀なミスセンス変異を対象に関連解析を実施したが、患者群との有意な関連は示されなかった（Table 2）。関連解析サンプルにおいて、p.G382C はさらに ASD 患者 1 例に同定されたが、健常者では同定されず、各種の健常者データベースでも未報告であった。p.V129I は、SCZ 患者 3 例、健常者 4 例で同定された。
　3．p.G382C が同定された 2 例の臨床表現型を調べたが、共通した表現型は認めなかった。
　4．p.G382C、p.V129I はともに in silico 構造解析にて蛋白質の構造変化が予測され（ Figure 2 ）、シクロヘキシミド追跡分析にて蛋白質の安定性の低下が認められた（Figure 3c, d）。

【考察】
　本研究は、DAB1 遺伝子内の稀な SNV と SCZ・ASD との関連を、日本人サンプルを用いて調べた最初の研究である。562 名の日本人患者のシークエンス解析によって 2つの稀なミスセンス変異（p.G382C、p.V129I）が同定され、SCZ や ASD の発症に関連しうる変異であると想定された。そのため、独立した大規模サンプルを用いて関連解析を行ったが、有意な関連は示さなかった。しかし、p.G382C は患者群でのみ同定され、健常対照者群や各種の健常者の大規模データベース上でも同定されていないことから、ASD・SCZ の発症に関わりうる変異であることが示唆された。
　p.G382C が存在する DAB1 の C 末端領域は、構造、機能がほとんど分かっていないが、翻訳の制御や蛋白質の安定性に寄与し、発現量の調節を行うことで、Reelin-DAB1シグナルの強さに影響を与えうることが知られている。そこで、p.G382C の蛋白質構造及び機能に対する影響を検討するため、in silico 構造解析と in vitro 機能解析を企図した。その結果、p.G382C は in silico 構造解析にて DAB1 蛋白質の構造変化が予測され、in vitro 機能解析によって蛋白質の安定性の低下を認めた。そのため、p.G382C は、適切な Reelin-DAB1 シグナル伝達に障害をきたし、脳発生中の神経細胞遊走や層構造形成に影響を与えうる変異であることが示唆された。
　一方 p.V129I は、Reelin-DAB1 シグナルにおいて重要な役割を果たす PTB ドメイン内に存在しているが、健常者データベースに存在することに加え、関連解析でも、健常対照者群で患者群とほぼ同数同定され、疾患とは関連性は示唆されなかった。

【結語】
　日本人の SCZ 患者と ASD 患者を対象に DAB1 遺伝子内の稀な SNV を探索し、2 つの稀なミスセンス変異を同定した。関連解析にて統計学的な有意差は認められなかったが、p.G382C は患者群のみで同定された。さらに、p.G382C は、DAB1 蛋白質の構造変化と安定性低下を生じさせることで、SCZ や ASD の発症に関与する可能性が示唆された。今後は、SCZ や ASD の発症に関与する分子病態を解明するため、サンプルサイズの拡大に加え、Reelin–DAB1 シグナル経路の他の遺伝子を含めた包括的ゲノム解析が必要である。

論文の公開元へ

この論文で使われている画像

関連論文

関連論文をもっと見る

参考文献

1. Collins, P. Y. et al. Grand challenges in global mental health. Nature 475, 27–30(2011).

2. Simeone, J. C., Ward, A. J., Rotella, P., Collins, J. & Windisch, R. An evaluation of variation in published estimates of schizophrenia prevalence from 1990 hor- izontal line 2013: a systematic literature review. BMC Psychiatry 15, 193 (2015).

3. Elsabbagh, M. et al. Global prevalence of autism and other pervasive devel- opmental disorders. Autism Res. 5, 160–179 (2012).

4. Prevalence of Autism Spectrum Disorder Among Children Aged 8 Years— Autism and Developmental Disabilities Monitoring Network, 11 Sites, United States, 2014. 2018.

5. Sullivan, P. F., Daly, M. J. & O’Donovan, M. Genetic architectures of psychiatric disorders: the emerging picture and its implications. Nat. Rev. Genet 13, 537–551 (2012).

6. Sullivan, P. F., Kendler, K. S. & Neale, M. C. Schizophrenia as a complex trait - evidence from a meta-analysis of twin studies. Arch. Gen. Psychiatry 60, 1187–1192 (2003).

7. Gandal, M. J. et al. Shared molecular neuropathology across major psychiatric disorders parallels polygenic overlap. Science 359, 693–697 (2018).

8. Cross-Disorder Group of the Psychiatric Genomics C, Lee, S. H. et al. Genetic relationship between five psychiatric disorders estimated from genome-wide SNPs. Nat. Genet 45, 984–994 (2013).

9. De Rubeis, S. et al. Synaptic, transcriptional and chromatin genes disrupted in autism. Nature 515, 209–215 (2014).

10. Purcell, S. M. et al. A polygenic burden of rare disruptive mutations in schi- zophrenia. Nature 506, 185–190 (2014).

11. Malhotra, D. & Sebat, J. CNVs: harbingers of a rare variant revolution in psy- chiatric genetics. Cell 148, 1223–1241 (2012).

12. Kushima, I. et al. High-resolution copy number variation analysis of schizo- phrenia in Japan. Mol. Psychiatry 22, 430–440 (2017).

13. Kim, M. J. et al. Functional analysis of rare variants found in schizophrenia implicates a critical role for GIT1-PAK3 signaling in neuroplasticity. Mol. Psy- chiatry 22, 417–429 (2017).

14. Kimura, H. et al. A novel rare variant R292H in RTN4R affects growth cone formation and possibly contributes to schizophrenia susceptibility. Transl. Psychiatry 7, e1214 (2017).

15. Ishizuka, K. et al. Rare genetic variants in CX3CR1 and their contribution to the increased risk of schizophrenia and autism spectrum disorders. Transl. Psy- chiatry 7, e1184 (2017).

16. Russell, T. A. et al. A Schizophrenia-linked KALRN coding variant alters neuron morphology, protein function, and transcript stability. Biol. Psychiatry 83, 499–508 (2018).

17. Wang, Z. et al. Reelin gene variants and risk of autism spectrum disorders: an integrated meta-analysis. Am. J. Med Genet B Neuropsychiatr. Genet 165B, 192–200 (2014).

18. Chen, N. et al. Meta-analyses of RELN variants in neuropsychiatric disorders.Behav. Brain Res 332, 110–119 (2017).

19. Stessman, H. A. et al. Targeted sequencing identifies 91 neurodevelopmental- disorder risk genes with autism and developmental-disability biases. Nat. Genet 49, 515–526 (2017).

20. Lammert, D. B., Middleton, F. A., Pan, J., Olson, E. C. & Howell, B. W. The de novo autism spectrum disorder RELN R2290C mutation reduces Reelin secretion and increases protein disulfide isomerase expression. J. Neurochem 142, 89–102 (2017).

21. Folsom, T. D. & Fatemi, S. H. The involvement of reelin in neurodevelopmental disorders. Neuropharmacology 68, 122–135 (2013).

22. Li, W., Guo, X. & Xiao, S. Evaluating the relationship between reelin gene variants (rs7341475 and rs262355) and schizophrenia: a meta-analysis. Neurosci. Lett. 609, 42–47 (2015).

23. Howell, B. W., Hawkes, R., Soriano, P. & Cooper, J. A. Neuronal position in the developing brain is regulated by mouse disabled-1. Nature 389, 733–737 (1997).

24. Rice, D. S. & Curran, T. Role of the reelin signaling pathway in central nervous system development. Annu Rev. Neurosci. 24, 1005–1039 (2001).

25. Trotter, J. et al. Dab1 is required for synaptic plasticity and associative learning.J. Neurosci. 33, 15652–15668 (2013).

26. D’Arcangelo, G. et al. Reelin is a ligand for lipoprotein receptors. Neuron 24, 471–479 (1999).

27. D’Arcangelo, G. et al. A protein related to extracellular matrix proteins deleted in the mouse mutant reeler. Nature 374, 719–723 (1995).

28. Howell, B. W., Gertler, F. B. & Cooper, J. A. Mouse disabled (mDab1): a Src binding protein implicated in neuronal development. EMBO J. 16, 121–132 (1997).

29. Huang, Y. et al. Tyrosine phosphorylated Disabled 1 recruits Crk family adapter proteins. Biochem Biophys. Res Commun. 318, 204–212 (2004).

30. Ballif, B. A. et al. Activation of a Dab1/CrkL/C3G/Rap1 pathway in Reelin- stimulated neurons. Curr. Biol. 14, 606–610 (2004).

31. Chen, K. et al. Interaction between Dab1 and CrkII is promoted by Reelin signaling. J. Cell Sci. 117, 4527–4536 (2004).

32. Feng, L., Allen, N. S., Simo, S. & Cooper, J. A. Cullin 5 regulates Dab1 protein levels and neuron positioning during cortical development. Genes Dev. 21, 2717–2730 (2007).

33. Pramatarova, A. et al. Nckβ Interacts with tyrosine-phosphorylated disabled 1 and redistributes in reelin-stimulated neurons. Mol. Cell. Biol. 23, 7210–7221 (2003).

34. Bock, H. H. et al. Phosphatidylinositol 3-kinase interacts with the adaptor protein Dab1 in response to Reelin signaling and is required for normal cortical lamination. J. Biol. Chem. 278, 38772–38779 (2003).

35. Assadi, A. H. et al. Interaction of reelin signaling and Lis1 in brain development.Nat. Genet. 35, 270–276 (2003).

36. Gao, Z. & Godbout, R. Reelin-Disabled-1 signaling in neuronal migration: splicing takes the stage. Cell Mol. Life Sci. 70, 2319–2329 (2013).

37. Hirota, Y. & Nakajima, K. Control of neuronal migration and aggregation by reelin signaling in the developing cerebral cortex. Front Cell Dev. Biol. 5, 40 (2017).

38. Wasser, C. R. & Herz, J. Reelin: neurodevelopmental architect and homeostatic regulator of excitatory synapses. J. Biol. Chem. 292, 1330–1338 (2017).

39. Sheldon, M. et al. Scrambler and yotari disrupt the disabled gene and produce a reeler-like phenotype in mice. Nature 389, 730–733 (1997).

40. Howell, B. W., Herrick, T. M., Hildebrand, J. D., Zhang, Y. & Cooper, J. A. Dab1 tyrosine phosphorylation sites relay positional signals during mouse brain development. Curr. Biol. 10, 877–885 (2000).

41. Fatemi, S. H. Reelin mutations in mouse and man: from reeler mouse to schizophrenia, mood disorders, autism and lissencephaly. Mol. Psychiatry 6, 129–133 (2001).

42. Imai, H. et al. Dorsal forebrain-specific deficiency of Reelin-Dab1 signal causes behavioral abnormalities related to psychiatric disorders. Cereb. Cortex 27, 3485–3501 (2017).

43. Fatemi, S. H. et al. Reelin signaling is impaired in autism. Biol. Psychiatry 57, 777–787 (2005).

44. Kushima, I. et al. Comparative analyses of copy-number variation in autism spectrum disorder and schizophrenia reveal etiological overlap and biological insights. Cell Rep. 24, 2838–2856 (2018).

45. Adzhubei, I. A. et al. A method and server for predicting damaging missense mutations. Nat. Methods 7, 248–249 (2010).

46. Kumar, P., Henikoff, S. & Ng, P. C. Predicting the effects of coding non- synonymous variants on protein function using the SIFT algorithm. Nat. Protoc. 4, 1073–1081 (2009).

47. Landrum, M. J. et al. ClinVar: improving access to variant interpretations and supporting evidence. Nucleic Acids Res. 46, D1062–D1067 (2018).

48. Stenson, P. D. et al. The Human Gene Mutation Database: towards a com- prehensive repository of inherited mutation data for medical research, genetic diagnosis and next-generation sequencing studies. Hum. Genet 136, 665–677 (2017).

49. Yang, J. et al. The I-TASSER Suite: protein structure and function prediction.Nat. Methods 12, 7–8 (2015).

50. Purcell, S., Cherny, S. S. & Sham, P. C. Genetic power calculator: design of linkage and association genetic mapping studies of complex traits. Bioinfor- matics 19, 149–150 (2003).

51. Genovese, G. et al. Increased burden of ultra-rare protein-altering variants among 4,877 individuals with schizophrenia. Nat. Neurosci. 19, 1433–1441(2016).

52. Herrick, T. M. & Cooper, J. A. A hypomorphic allele of dab1 reveals regional differences in reelin-Dab1 signaling during brain development. Development 129, 787–796 (2002).

53. Howell, B. W., Lanier, L. M., Frank, R., Gertler, F. B. & Cooper, J. A. The disabled 1 phosphotyrosine-binding domain binds to the internalization signals of transmembrane glycoproteins and to phospholipids. Mol. Cell Biol. 19, 5179–5188 (1999).

参考文献をもっと見る