先天性中央低換気症候群に関連するアラニン拡大Phox2bホメオドメイン媒介二量体化と核輸入を損なう

自律神経系の発達の重要な調節因子であるヒトPhox2b遺伝子のヘテロ接合変異は、呼吸の自律神経制御の障害を特徴とする神経発達障害である先天性中央低換気症候群（CCHS）につながります。Phox2bのC末端の20垂直領域におけるポリアラニン拡大は、CCHSの主要な突然変異です。Phox2bのアラニンストレッチの伸長は、DNA結合、転写活性、核局在化、および細胞質凝集体の形成の可能性を伴うタンパク質につながります。さらに、さまざまな研究の発見は、CCHSは機能メカニズムの純粋な喪失によるものではなく、Phox2b変異の機能の支配的な負の効果および/または毒性のゲインも伴うという考えを支持しています。phox2bはin vitroでパラログのphox2aを使用してホモダイマーとヘテロダイマーを形成するため、変異タンパク質の支配的な負の効果は、共免疫沈降アッセイを使用した野生型タンパク質またはPhox2aとの非機能的相互作用と哺乳動物の使用による非機能的相互作用によるものであるという仮説をテストしました。2ハイブリッドシステム。我々の発見は、Phox2bがホモダイマーを形成し、変異したタンパク質で弱くヘテロダイマー化し、二量体形成におけるポリアラニン路の直接的な関与を除外し、変異したタンパク質がphox2aとヘテロダイマーを形成する部分的な能力を保持することを示しています。さらに、この研究では、ホメオドメインを介した核輸入に対する最も長いポリアラニン拡張の影響を調査し、我々のデータは、拡張されたC末端がこのプロセスを妨げることを明確に示しています。これらの結果は、Phox2bの折りたたみと活動に対するアラニン路の膨張の影響に関する新しい洞察を提供します。

Heterozygous mutations of the human PHOX2B gene, a key regulator of autonomic nervous system development, lead to congenital central hypoventilation syndrome (CCHS), a neurodevelopmental disorder characterized by a failure in the autonomic control of breathing. Polyalanine expansions in the 20-residues region of the C terminus of PHOX2B are the major mutations responsible for CCHS. Elongation of the alanine stretch in PHOX2B leads to a protein with altered DNA binding, transcriptional activity, and nuclear localization and the possible formation of cytoplasmic aggregates; furthermore, the findings of various studies support the idea that CCHS is not due to a pure loss of function mechanism but also involves a dominant negative effect and/or toxic gain of function for PHOX2B mutations. Because PHOX2B forms homodimers and heterodimers with its paralogue PHOX2A in vitro, we tested the hypothesis that the dominant negative effects of the mutated proteins are due to non-functional interactions with the wild-type protein or PHOX2A using a co-immunoprecipitation assay and the mammalian two-hybrid system. Our findings show that PHOX2B forms homodimers and heterodimerizes weakly with mutated proteins, exclude the direct involvement of the polyalanine tract in dimer formation, and indicate that mutated proteins retain partial ability to form heterodimers with PHOX2A. Moreover, in this study, we investigated the effects of the longest polyalanine expansions on the homeodomain-mediated nuclear import, and our data clearly show that the expanded C terminus interferes with this process. These results provide novel insights into the effects of the alanine tract expansion on PHOX2B folding and activity.