網膜色素変性症の2つの症例において、神経細胞カルシウムセンサーGCAP1が不均一な機能特性を持つことを明らかにした

Neuronal Calcium Sensor GCAP1 Encoded by Exhibits Heterogeneous Functional Properties in Two Cases of Retinitis Pigmentosa.

• Seher Abbas
• Valerio Marino
• Nicole Weisschuh
• Sinja Kieninger
• Maria Solaki
• Daniele Dell'Orco
• Karl-Wilhelm Koch

抄録

網膜障害につながる遺伝子の不均一性は、例えば、光受容体の外側セグメントにおけるシグナル伝達の重度の障害を引き起こすことで、生物学的プロセスに障害をもたらす。光受容体細胞におけるセカンドメッセンジャーのホメオスタシスの正常なバランスは、健康で正常な光受容体機能にとって重要な因子であると考えられています。グアニル酸シクラーゼGC-Eをコードする遺伝子や、Caセンサーであるグアニル酸シクラーゼ活性化タンパク質GCAP1をコードする遺伝子は、セカンドメッセンジャーであるcGMPの正確に制御された合成に不可欠である。の変異は、コーンジストロフィーおよびコーンロッドジストロフィーの患者で頻繁に相関している。ここでは、網膜色素変性症と診断された患者で発見されたこの遺伝子の2つの変異を報告する。一人の患者はミスセンス変異 c.55C > T (p.H19Y) のヘテロ接合体であり、もう一人の患者はミスセンス変異 c.479T > G (p.V160G) のヘテロ接合体であった。異種発現および細胞培養系を用いて、これらの点突然変異の機能的および分子的影響を調べた。両変異体ともグアニル酸シクラーゼ活性の調節障害を示し、Ca感受性が大きく変化する(H19Y)か、活性化力がほぼ完全に失われる(V160G)かのどちらかであった。機能的な不均一性は、Ca/Mg結合特性とタンパク質のコンフォメーションダイナミクスにおいても明らかになった。V160G変異を持つ患者の網膜ジストロフィーの進行が早いことは、この変異体のより重度の障害と相関しているように思われる。

Genetic heterogeneity leading to retinal disorders impairs biological processes by causing, for example, severe disorder of signal transduction in photoreceptor outer segments. A normal balance of the second messenger homeostasis in photoreceptor cells seems to be a crucial factor for healthy and normal photoreceptor function. Genes like coding for guanylate cyclase GC-E and coding for the Ca-sensor guanylate cyclase-activating protein GCAP1 are critical for a precisely controlled synthesis of the second messenger cGMP. Mutations in frequently correlate in patients with cone dystrophy and cone-rod dystrophy. Here, we report two mutations in the gene that were found in patients diagnosed with retinitis pigmentosa, a phenotype that was rarely detected among previous cases of related retinopathies. One patient was heterozygous for the missense variant c.55C > T (p.H19Y), while the other patient was heterozygous for the missense variant c.479T > G (p.V160G). Using heterologous expression and cell culture systems, we examined the functional and molecular consequences of these point mutations. Both variants showed a dysregulation of guanylate cyclase activity, either a profound shift in Ca-sensitivity (H19Y) or a nearly complete loss of activating potency (V160G). Functional heterogeneity became also apparent in Ca/Mg-binding properties and protein conformational dynamics. A faster progression of retinal dystrophy in the patient carrying the V160G mutation seems to correlate with the more severe impairment of this variant.