FLT3複製のパターンと動態

Pattern and Dynamics of FLT3 Duplications.

• Guido Todde
• Ran Friedman

抄録

FMS様チロシンキナーゼ3（FLT3）は、急性骨髄性白血病（AML）患者の約30％で変異している。全急性骨髄性白血病患者の約25％において、配列中にフレーム内挿入が観察されている。それらの挿入のほとんどは、タンパク質からの配列の内部タンデム重複（ITD）である。このような突然変異の長さ、配列、位置などの特徴については、これまでさまざまな集団で研究されてきましたが、包括的な突然変異データベースでは研究されていませんでした。ここでは、がんの体細胞変異カタログ（COSMIC）データベースからFLT3遺伝子へのインフレーム挿入を抽出した。これらを変異の長さ、位置、配列について解析した。さらに、異なる長さの特徴的な文字列（配列）が同定された。変異はFLT3のjuxtamembrane zipper (JM-Z)ドメインで最も多く発生し、次いでヒンジドメインと第一チロシンキナーゼドメイン(TKD1)、リン酸結合ループ(P-loop)の上流で発生した。興味深いことに、挿入が起こりやすい特定のホットスポット残基が存在する。挿入は1〜67アミノ酸の間で長さが異なり、最大の挿入はリン酸結合ループにまたがっている。Pループの下流で発生する挿入はより短くなります。さらに解析の結果、酸性残基と芳香族残基が挿入部に多く含まれていることがわかった。最後に、ヒンジドメインとチロシンキナーゼドメインにITDを挿入したFLT3について分子動力学シミュレーションを行った。その結果、挿入長と変異タンパク質の活性との間には直接的なカップリングはなく、ITDによる活性化のメカニズムが提案された。本研究で得られた知見をもとに、FLT3のキナーゼ阻害剤に対する感受性に及ぼす挿入の影響について考察した。

FMS-like tyrosine kinase 3 (FLT3) is mutated in ~30% of patients that suffer from acute myeloid leukemia (AML). In about 25% of all AML patients, in-frame insertions are observed in the sequence. Most of those insertions are internal tandem duplications (ITDs) of a sequence from the protein. The characteristics of such mutations in terms of length, sequence and location were hitherto studied in different populations, but not in a comprehensive mutation database. Here, in-frame insertions into the FLT3 gene were extracted from the Catalogue of Somatic Mutations in Cancer (COSMIC) database. These were analyzed with respect to the length, location and sequence of the mutations. Furthermore, characteristic strings (sequences) of different lengths were identified. Mutations were shown to occur most often in the juxtamembrane zipper (JM-Z) domain of FLT3, followed by the hinge domain and first tyrosine kinase domain (TKD1), upstream of the phosphate-binding loop (P-loop). Interestingly, there are specific hot spot residues where insertions are more likely to occur. The insertions vary in length between one and 67 amino acids, with the largest insertions spanning the phosphate binding loop. Insertions that occur downstream of the P-loop are shorter. Our analysis further shows that acidic and aromatic residues are enriched in the insertions. Finally, molecular dynamics simulations were run for FLT3 with ITD insertions in the hinge and tyrosine kinase domains. Based on the findings, a mechanism is proposed for activation by ITDs, according to which there is no direct coupling between the length of the insertion and the activity of the mutated protein. The effect of insertions on the sensitivity of FLT3 to kinase inhibitors is discussed based on our findings.