VSX2は、高親和性DNA結合に必要なホメオドメインおよび非ホメオドメイン残基を介して眼の器官形成と網膜前駆細胞の同一性を制御します

視覚システムのホメオドメインと隣接するCVCドメインは、ホメオボックス（VSX）タンパク質が線虫からヒトまで保存されています。VSX2のこれらの領域にミスセンス変異を持つヒトには微生異性体があり、両方の領域が機能に重要であることを示唆しています。これを評価するために、マウスVSX2に対応する変異を生成しました。ホメオドメイン変異タンパク質はDNA結合活性を欠いており、ノックイン変異体はヌル変異体である眼の遅延をフェノコピしていました。CVC変異タンパク質は弱体化したDNA結合を示しました。そして、対応するノックイン対立遺伝子は劣性でしたが、重度の微性性症と神経網膜の色素沈着過剰によって示されるように、予想外に最も強い表現型を引き起こしました。これは、転写因子MITFおよびOTX1およびCDK阻害剤P27（KIP1）を含む不可解な転写フィードバックループを介して発生しました。我々のデータは、CVC変異体の表現型の重症度が、CVC変異によって誘発された弱体化したDNA結合活性と、VSX2とその調節標的MITFの間の以前は未知のタンパク質相互作用に依存することを示唆しています。また、我々のデータは、CVCドメインの本質的な機能は、眼の器官形成と哺乳類の網膜前駆プログラムの妨害されない実行に必要な高親和性DNA結合のホメオドメインを支援することであることを示唆しています。最後に、CVC変異の遺伝的および表現型の挙動は、まれなタイプの遺伝的対立遺伝子である劣性新形態の特徴を持っていることを示唆しています。

The homeodomain and adjacent CVC domain in the visual system homeobox (VSX) proteins are conserved from nematodes to humans. Humans with missense mutations in these regions of VSX2 have microphthalmia, suggesting both regions are critical for function. To assess this, we generated the corresponding mutations in mouse Vsx2. The homeodomain mutant protein lacked DNA binding activity and the knock-in mutant phenocopied the null mutant, ocular retardation J. The CVC mutant protein exhibited weakened DNA binding; and, although the corresponding knock-in allele was recessive, it unexpectedly caused the strongest phenotype, as indicated by severe microphthalmia and hyperpigmentation of the neural retina. This occurred through a cryptic transcriptional feedback loop involving the transcription factors Mitf and Otx1 and the Cdk inhibitor p27(Kip1). Our data suggest that the phenotypic severity of the CVC mutant depends on the weakened DNA binding activity elicited by the CVC mutation and a previously unknown protein interaction between Vsx2 and its regulatory target Mitf. Our data also suggest that an essential function of the CVC domain is to assist the homeodomain in high-affinity DNA binding, which is required for eye organogenesis and unhindered execution of the retinal progenitor program in mammals. Finally, the genetic and phenotypic behaviors of the CVC mutation suggest it has the characteristics of a recessive neomorph, a rare type of genetic allele.