PTEN脂質ホスファターゼ活性と遺伝子型と表現型の関係を理解するための飽和変異誘発アプローチ

ホスファターゼとテンシンホモログ（PTEN）は、多様な癌で頻繁に変異する腫瘍抑制因子です。生殖細胞PTEN変異は、PTEN HAMARTOMA腫瘍症候群（PHTS）や自閉症スペクトラム障害（ASD）を含むさまざまな臨床結果にも関連しています。PTEN機能と臨床的に関連する遺伝子型と表現型の関係に関する新しい洞察を強化するために、in vivoにおける脂質ホスファターゼ活性に対するPTEN変異の効果を体系的に評価しました。人工的なヒト酵母モデルを活用する非常に並行したアプローチを使用して、7,244個の単一アミノ酸PTENバリアント（可能な86％）の機能的影響の高い自信の推定値を導き出しました。1,789のミスセンス変異を含む細胞脂質ホスファターゼ活性の低下を伴う2,273の変異を特定しました。これらのデータは、既知の機能所見を再現しましたが、PTENタンパク質構造、生化学、および突然変異耐性に関する新しい洞察も明らかにしました。触媒ポケットのいくつかの残基は、驚くべき変異耐性を示しました。野生型残基の溶媒曝露は、変異耐性の重要な決定因子であることを確認しました。さらに、アミノ酸置換との相関関係を活用して、アッセイに存在しないものを含むすべてのバリアントの機能スコアを含めることにより、包括的な機能マップを作成しました。バリアント機能スコアは、良性対立遺伝子から病原性の可能性を確実に区別できます。さらに、Clinvarの未分類のミスセンス変異体の32％は、私たちのアッセイに不足しているホスファターゼであり、再分類をサポートしています。ASD関連の変異は、一般に、PHTS関連の変異（P = 7.16×10-5）と比較してより深刻なフィットネススコアが少ない（P = 7.16×10-5）、およびこれらの豊富な機能データをさらに活用できる大規模な臨床データセットにおける継続的な遺伝子型表現型研究を主張しています。

Phosphatase and tensin homolog (PTEN) is a tumor suppressor frequently mutated in diverse cancers. Germline PTEN mutations are also associated with a range of clinical outcomes, including PTEN hamartoma tumor syndrome (PHTS) and autism spectrum disorder (ASD). To empower new insights into PTEN function and clinically relevant genotype-phenotype relationships, we systematically evaluated the effect of PTEN mutations on lipid phosphatase activity in vivo. Using a massively parallel approach that leverages an artificial humanized yeast model, we derived high-confidence estimates of functional impact for 7,244 single amino acid PTEN variants (86% of possible). We identified 2,273 mutations with reduced cellular lipid phosphatase activity, which includes 1,789 missense mutations. These data recapitulated known functional findings but also uncovered new insights into PTEN protein structure, biochemistry, and mutation tolerance. Several residues in the catalytic pocket showed surprising mutational tolerance. We identified that the solvent exposure of wild-type residues is a critical determinant of mutational tolerance. Further, we created a comprehensive functional map by leveraging correlations between amino acid substitutions to impute functional scores for all variants, including those not present in the assay. Variant functional scores can reliably discriminate likely pathogenic from benign alleles. Further, 32% of ClinVar unclassified missense variants are phosphatase deficient in our assay, supporting their reclassification. ASD-associated mutations generally had less severe fitness scores relative to PHTS-associated mutations (p = 7.16 × 10-5) and a higher fraction of hypomorphic mutations, arguing for continued genotype-phenotype studies in larger clinical datasets that can further leverage these rich functional data.