トランスクリプトーム解析の結果、ゼブラフィッシュ遺伝子psen2の早期終結コドン変異がリボソームおよびミトコンドリア機能に優性的な影響を及ぼすことが示された

Transcriptome analysis indicates dominant effects on ribosome and mitochondrial function of a premature termination codon mutation in the zebrafish gene psen2.

• Haowei Jiang
• Stephen Martin Pederson
• Morgan Newman
• Yang Dong
• Karissa Barthelson
• Michael Lardelli

抄録

PRESENILIN 2（PSEN2）は、早期発症家族性アルツハイマー病（EOfAD）で変異した遺伝子の一つである。PSEN2は、別のEOfAD関連遺伝子であるPRESENILIN1（PSEN1）とアミノ酸配列同一性を有しており、これら2つの遺伝子間には機能的な部分的な冗長性が見られる。しかし、PSEN1とPSEN2の機能の完全な範囲はまだ解明されていない。本研究では、ゼブラフィッシュのPSEN2遺伝子を標的とした突然変異誘発を行い、ヌル変異を作ることを意図して翻訳開始の下流に近い時期尚早の終結コドンを生成した。この突然変異のホモ接合体であるpsen2S4Terは生存可能で繁殖力があり、成体ではpsen2依存性の色素沈着障害は見られず、γセクレターゼ活性が著しく低下していることが示唆された。また、胚発生期にpsen2には反応するがpsen1には反応しない背縦上行性上昇（DoLA）介在ニューロンの数を評価しても、psen2機能の低下は認められなかった。S4Ter変異を含む転写物は、ナンセンス媒介の崩壊による不安定化の証拠を示さなかった。psen2S4Ter 5' mRNA配列とenhanced green fluorescent protein (EGFP)をコードする配列との融合をゼブラフィッシュ胚で強制的に発現させたところ、psen2S4Ter変異は、暗号的で新規な下流の翻訳開始コドンの利用を可能にすることが示された。これらのコドンは、エンドソーム/リソソーム局在化後期配列を欠くN末端で切断されたPsen2タンパク質の翻訳を開始する可能性が高く、PRESENILIN EOfAD変異の「リーディングフレーム保存ルール」に従っていると考えられる。野生型、ヘテロ接合体、ホモ接合体のpsen2S4Ter雌の6ヶ月齢の家族の脳全体をトランスクリプトーム解析したところ、リボソーム、ミトコンドリア、アニオン輸送機能の変化を示唆するような遺伝子発現への大きな優性的影響が明らかになった。

PRESENILIN 2 (PSEN2) is one of the genes mutated in early onset familial Alzheimer's disease (EOfAD). PSEN2 shares significant amino acid sequence identity with another EOfAD-related gene PRESENILIN 1 (PSEN1), and partial functional redundancy is seen between these two genes. However, the complete range of functions of PSEN1 and PSEN2 is not yet understood. In this study, we performed targeted mutagenesis of the zebrafish psen2 gene to generate a premature termination codon close downstream of the translation start with the intention of creating a null mutation. Homozygotes for this mutation, psen2S4Ter, are viable and fertile, and adults do not show any gross psen2-dependent pigmentation defects, arguing against significant loss of γ-secretase activity. Also, assessment of the numbers of Dorsal Longitudinal Ascending (DoLA) interneurons that are responsive to psen2 but not psen1 activity during embryogenesis did not reveal decreased psen2 function. Transcripts containing the S4Ter mutation show no evidence of destabilization by nonsense-mediated decay. Forced expression in zebrafish embryos of fusions of psen2S4Ter 5' mRNA sequences with sequence encoding enhanced green fluorescent protein (EGFP) indicated that the psen2S4Ter mutation permits utilization of cryptic, novel downstream translation start codons. These likely initiate translation of N-terminally truncated Psen2 proteins lacking late endosomal/lysosomal localization sequences and that obey the "reading frame preservation rule" of PRESENILIN EOfAD mutations. Transcriptome analysis of entire brains from a 6-month-old family of wild type, heterozygous and homozygous psen2S4Ter female siblings revealed profoundly dominant effects on gene expression likely indicating changes in ribosomal, mitochondrial, and anion transport functions.