Signantly different clinical phenotypes associated with mutations in synthesis and transamidase+remodeling glycosylphosphatidylinositol(GPI)-anchor biosynthesis genes

今回、この研究において、Glycosyl-PHPLI(GPI)-ANC(GPLI)合成の変異に伴う有意な臨床表現型の違いを明らかにした。 我々は、GPIアンカー生合成の合成相とトランスアミダーゼ＋リモデリング相の遺伝子に関連する疾患の表現型スペクトルに違いがあるかという疑問について、計算機による解析を行った（図1参照）。 1). 我々はまず、GPIアンカー経路遺伝子の変異に起因する疾患と診断された個体に関するすべての発表済み症例報告の包括的な文献レビューを行った。 そして、HPOの用語を用いて、各患者の患者情報、変異情報、すべての表現型データを抽出した（表1、表2）。 GPI生合成経路に関与する22の遺伝子に関連するIGDを代表する、詳細な表現型の説明が可能な合計152人の患者からなる58の論文からの臨床データが本研究に含まれた（追加ファイル1: 表S1）

Synthesis vs. Transamidase+Remodeling表現型

我々は、GPI生合成経路を合成ステージとトランスアミドラーゼ+リモデリングのステージに分けている。 合成グループの酵素は小胞体膜でのGPI前駆体骨格の組み立てを仲介する。 トランスアミダーゼ＋リモデリンググループの酵素は、ER内腔で新たに合成されたタンパク質のC末端にGPIを結合させ、C末端のGPI付加シグナルペプチドを切断し、脂質および糖鎖の側鎖修飾を可能にして、GPI-APがERから細胞膜へ輸送されるのを調節する (Fig.) 。 Synthesis GroupとTransamidase+Remodeling Group遺伝子に変異を持つ患者の表現型異常を比較した。 生合成経路のSynthesisステージに変異を持つ患者（Synthesis Group）では、いくつかの骨格の表現型が有意に起こりやすかった。 合成グループでは、指の形態異常（HPO用語は斜体で記載）の発生率が高かった（33％）。 その他の表現型としては、遠位指骨欠失、指の形成不全/低形成、短趾、広指・広趾、クラビング、臨床指関節症、その他の異常が認められた（Table 3）。 Transamidase+Remodelingグループの患者（後期遺伝子に変異を有する患者）では、指の形態異常の発生頻度が少なかった（6.7％、表3）。 例えば、Synthesis群では統計的にShort digitが多い（全体の24％）のに対し、Transamidase+Remodeling群ではShort digitが1名（2％）しか指摘されていない（表3）。

さらに、Synthesis Group患者はAbnormal muscle morphology、Abnormal tendon morphology、Abnormal joint morphologyを有する傾向が顕著であることが判明しました。 これは、主に屈曲拘縮という言葉やその子孫に関連するものであった（図2）。 シンセシス群の93名のうち18名が、1つ以上の関節の屈曲拘縮を有していた（屈曲拘縮の子孫）。 拘縮とは、筋肉や腱が短くなったり硬くなったりして、その関節の動きが悪くなることで、HPOでは筋肉、腱、関節の各階層に分類される。 屈曲拘縮のほかにも、いくつかの表現型がこれらの親階級に重要性を加えている。 ある合成グループの患者は、アキレス腱の異常を示したが、これは腱の形態異常の子である。 関節形態異常では、腋窩に皮膚膜が存在するaxillary pterygiaが1名いた。 また、シンセシス群では数名、トランスアミダーゼ＋リモデリング群では1名に関節の過可動性が見られた（表1、表2）。 拘縮の他に、いくつかの観察された表現型は、筋形態異常の表現型が合成群で有意に増加したことに寄与している。 このような表現型には、筋ジストロフィー、Camptodactyly、全身性筋萎縮症、巨舌症、ミオパシー、縁取り空胞、筋線維分裂、骨格筋萎縮、異常筋、線維ジストロフィン発現が含まれる。 Transamidase+Remodelingグループの2名の患者が筋肉の形態異常を指摘しているが、このグループは報告された表現型の種類（骨格筋萎縮、筋脂質量増加）が異なる。

トランスアミダーゼ＋リモデリンググループ患者のHPOにおける階層は、全体として、合成グループと比較してこの集団を選択的に冒すより多様な表現型異常を示した（表3および表4）。 最も一般的な変化は、骨と顔の発達と神経発達障害であった。 骨密度の異常の頻度は、合成グループと比較して、トランスアミダーゼ＋リモデリンググループの患者さんで有意に高い。 骨粗鬆症ほどではないが、骨密度が正常値より減少する骨減少症は、トランスアミダーゼ＋リモデリング群では22％に認められましたが、シンセシス群ではわずか2％にしか認められませんでした。 骨密度減少症は、Transamidase+Remodeling群における骨密度減少症（親）、骨密度異常症（祖父母）、骨化異常症（曾祖父母）、骨構造異常症（曾祖父母）に認められる意義にほぼ完全に寄与している。 また、骨構造異常の表現型としては、Synthesis群では1名に骨皮質が薄く、Transamidase+Remodeling群では2名に骨密度低下、1名に骨粗鬆症が観察された（表4）。

同様に、PGAP3変異を持つ患者が多いトランスアミラーゼ+リモデルグループでは、Macrotiaが有意により多く見られることがわかりました。 Transamidase+Remodeling群では、25%の確率でMacrotia（標準偏差の2倍以上の大きな耳）と分類されたが、Synthesis群では2%の確率に留まった。 トランスアミダーゼ＋リモデリング群の患者の大多数は、特にマクロチアの子供である大きな肉厚の耳を持っていると説明された（表4）。

トランスアミダーゼ＋リモデリング群の患者で見つかった他の顔面発達異常は硬口蓋形態異常とその子供用語である口蓋裂だった。 両者とも合成群に比べトランスアミダーゼ＋リモデリング群で有意に高い頻度で発生した（29％対6％）（表4、図2）。 口蓋裂は、16人のTransamidase+Remodeling群患者（Synthesis群では6人）で確認された優勢な表現型であり、硬口蓋形態異常と口蓋裂は共に有意となった。 さらに、Transamidase+Remodelingグループの2人の患者は、Median cleft lip and palate、Cleft palateのひ孫と記述されており、これもこれら2つの表現型の有意性に寄与している（表4、Fig.2）。 口蓋裂という言葉はHPOでは複数の親を持つため、Oral cleftもTransamidase+Remodelingグループの患者に選択的に濃縮されていると同定された。 すでに述べた表現型のほかに、Oral cleftという用語の重要性はCleft upper lipとCleft lipに由来する（表4、図2）。

両群の多数の患者が鼻の異常を持っているが、Transamidase+Remodeling群の患者は鼻に変化を持つ確率が著しく高かった（合成群=28% vs. Transamidase+Remodeling群=61%）。 両グループとも鼻の異常があり、「鼻先が広い」「鼻梁が広い」が最も多くなっています。 鼻の異常の多くは両群に存在するが、鼻の突出はトランスアミダーゼ＋リモデリング群（15％）のみで認められた。 Prominent noseはPGAP3の変異と強く関連しているようで、これらの患者さんでのみ報告された。

両群に影響を与える精神的および認知的な表現型は多数あるが、リモデリング群の方がより多くの影響を受けているように思われる。 両群とも神経発達異常の割合が高いが、トランスアミダーゼ＋リモデリング群では98％が神経発達異常を指摘され、シンセシス群では73％であったのに対し、リモデリング群では、神経発達異常が指摘された。 具体的には、トランスアミダーゼ＋リモデリング群では、神経発達遅延、知的障害、行動異常の発生率がそれぞれ92、66、42％と高く、合成群では、これらの異常の発生率はそれぞれ61、16、15％と有意に少なかった（表4）。

我々が選んだ合成グループとトランスアミダーゼ＋リモデリンググループの分け方は、GPI経路の分け方の多くの可能性の一つに過ぎず、他の分け方では他の表現型の違いを示すかもしれないと推論された。 そこで、GPI合成遺伝子とトランスアミダーゼ複合体遺伝子からなるグループ（Synthesis+Transamidaseグループ）を定義し、脂肪酸のリモデリングを担う遺伝子（Remodelingグループ）と比較したところ、Synthesis+TransamidaseグループとRemodelingグループの方が、GPI合成遺伝子とトランスアミダーゼ複合体遺伝子からなるグループより、より表現型が異なっていた。 リモデリンググループは、PGAP1、PGAP3、PGAP2、PGAP5という遺伝子で構成されています（本来のトランスアミダーゼ+リモデリンググループのサブセット）。 Synthesis+Transamidase Groupは、Urinary tract anomaliesの濃縮を示した。 リモデリング群では、行動異常、神経発達遅延、硬口蓋異常、口蓋裂、口蓋裂など、Transamidase+Remodeling群と同じ用語の一部にエンリッチ化がみられた。 さらに、リモデリング群では、頭囲の減少、目の位置の変化、耳とまぶたの形態異常、広い鼻梁、上唇の異常、アルカリホスファターゼの上昇がみられた（追加ファイル1: 表S3）。

IGDの構成表現型の原因遺伝子候補

GPI生合成経路の酵素をコードする遺伝子の変異はGPI-APのミスターゲットになるが、IGDにおけるGPI-APの異常分布は詳しく解明されていない。 我々は、GPI-APのアンカーリングのミスにより、標的タンパク質の機能不全が起こり、その結果、IGDで観察される表現型の異常の一部または全部が起こると仮定している。 GPI-APのミスターゲットの理解が深まれば、IGDの分子的病態が明らかになり、遺伝子型と表現型の相関が明らかになる可能性があります。 このうち、GPI-APをコードする23個（16％）の遺伝子は、少なくとも1つのメンデル病（合計34のメンデル病が同定された）と関連しており、したがって、これらの疾患を定義する数多くの表現型も同定されている。 これらの遺伝子のオルソログ間では、Gene Ontology用語の有意な富化も、Mammalian Phenotype Ontology用語（胚性致死を含む）の富化も観察されなかった（データは示されていない）。 GPIアンカー遺伝子に変異を持つ患者の34の表現型は、CDG患者の表現型と重複していた（表1、2）。 GPI生合成遺伝子変異とGPIアンカー遺伝子変異が同一ではないが重複した表現型を引き起こすという事実は、GPI生合成経路の変異が多くのGPIアンカータンパク質の活性と機能を変え、したがって複数のシグナル伝達経路を変える可能性が高いことから予想される。

さらにGPI生合成遺伝子変異によって影響を受ける経路を掘り下げるために、合成グループまたはトランスアミダーゼ+リモデリンググループでより頻繁に観察される表現型について検討した。 合成グループにおいては、5つの特徴的な表現型（表3）と関連する遺伝子を比較した。 トランスアミダーゼ＋リモデリンググループに関連する遺伝子を比較すると、トランスアミダーゼ＋リモデリンググループの16の表現型のうち15に2つの遺伝子が関連していた：線維芽細胞増殖因子受容体チロシンキナーゼ（FGFR2）と下流のシグナル伝達パートナー、Bラフ（BRAF）（追加ファイル1：図S2）。 FGFR2とB-Rafは、Large fleshy earsを除くすべてのTransamidase+Remodelingグループの表現型と関連している。 注目すべきは、これらの遺伝子がLarge fleshy earsの親項目であるMacrotiaと関連していることである。 Large fleshy earsの除外は、患者が大きな耳は持っているがLarge fleshy earsは持っていないという事実によるものか、あるいは医師が患者データを提示する際の特異性、キュレーターや研究者が記録する詳細さによるものである可能性がある。 FGFR2 の変異は、Pfeiffer 症候群やCrouzon 症候群など、10 以上の異なる疾患と関連している。 BRAFの変異は、7型ヌーナン症候群やCardiofaciocutaneous症候群など7つの疾患と関連しています。

膜貫通タンパク質であるFGFR2もB-RafもGPI-APとしては特定されていませんが、FGFR2はオリゴデンドロサイトと骨芽細胞で脂質ラフトと会合し、B-Raf転位は脂質ラフトの存在下でより速く起こることが示されている . GPI-APはリピッドラフトと関連しており、トランスアミダーゼ＋リモデリンググループ特異的変異の重要な変化経路である可能性が示唆されている（Fig.3）。 FGFR2経路内の他のいくつかのシグナル伝達パートナーもまた、リガンドFGF2 、およびFRS2 を含むリピッドラフトと関連している。 GPI-APとFGFR2シグナル伝達経路には、いくつかの標的または相互作用があると考えられる。

興味深いことに、GPC3とGPC6という二つの標的タンパク質がGPI-AP関連表現型異常の25と関連していた(表5). 両蛋白質はヘパラン硫酸プロテオグリカンのグリピカンファミリーのメンバーであり、共有結合のGPIを介して細胞膜の細胞質表面に結合している。 GPC3はFGFR1およびFGFR2のコアセプターとして働き、冠状動脈血管の発達を制御するFGF9シグナルの受信とその後のリレーに必要であることから、関連がある可能性が示唆された。