ZTTK症候群

ZTTK症候群の特徴的な眼の特徴は、眼球が奥まっていること、眼瞼裂が下向きに傾いていること、眉毛が水平になっていることです。^{[ 1 ]} ZTTK症候群の子供は、視神経萎縮や脳性視覚障害などの視覚障害を呈することがあり、その結果、視覚反応が鈍くなります。^{[ 1 ]}斜視（物体を見るときに目がずれたり交差したりすること）、直接遠視（遠視）、眼振（目が繰り返し制御不能に動くこと）がよく見られます。^{[ 3 ]}

ZTTK症候群の患者は、軽度から中等度の顔面形態異常を呈する。特徴的な顔面の特徴としては、顔面非対称、耳の位置が低い、顔面中央部の後退、前頭部の突出^{[ 4 ]}、鼻梁の陥凹または幅広、および人中が滑らかまたは短いことなどが挙げられる^{[ 1 ] 。}

ZTTK症候群では多系統異常がよく見られます。ZTTK症候群と診断された人の大多数は、泌尿生殖器奇形、心臓奇形、高口蓋または口蓋裂などの先天性奇形を示します。^{[ 1 ]}

心房中隔の菲薄化、心室中隔欠損、動脈管開存症、異形成腎、肺および胆嚢の無形成などの先天性欠損も報告されている。^{[ 4 ]} ZTTK症候群患者では、半椎体、脊柱側弯症または脊柱後弯症、拘縮、関節弛緩、^{[ 4 ]}関節過可動性および筋緊張低下など、全身の筋骨格異常が観察されている。^{[ 1 ]}新生児期には、ZTTK症候群のほとんどの患者で、持続的な摂食困難が成長不全および低身長と関連している。^{[ 4 ]}

ZTTK症候群患者では発達遅延がよく見られ、年齢とともに知的障害の重症度が徐々に増すようです。^{[ 1 ]}粗大運動能力と微細運動能力、流暢な言語能力と受容言語能力の発達が遅れていることが示されています。巨頭症や脳白質の異常も観察されています。^{[ 5 ]}発作は1歳から6歳の間によく起こります。^{[ 3 ]}

SON遺伝子の変異は、ZTTK症候群の新生児の代謝とミトコンドリア機能に影響を与える可能性があります。代謝スクリーニングにより、ZTTK症候群の患者ではミトコンドリア機能障害とO-グリコシル化異常が確認されました。^{[ 1 ]} ZTTK症候群患者で確認された免疫グロブリンAおよび/または免疫グロブリンGレベルの低下は、凝固異常を引き起こしました。^{[ 2 ]}

ZTTK症候群の多くの患者は、SON遺伝子のエクソン3における新規4塩基対欠失^{[ 5 ] [ 6 ]} 、新規変異^{[ 1 ]}、およびエクソンにおける新規2塩基挿入^{[ 1 ]}のヘテロ接合性が確認されており、その結果、アルギニン/セリン（RS）ドメインでハプロ不全またはフレームシフトと早期終止が生じている。採取した患者の末梢血細胞では、変異RNA転写産物のレベルが低下していることが確認されており、これはハプロ不全と一致している^{[ 1 ]} 。観察された他の変異には、ナンセンス変異、アミノ酸のフレーム内欠失、および遺伝子全体の欠失が含まれる^{[ 1 ]} 。SON遺伝子のエクソン3における新規ヘテロ接合性1塩基重複およびエクソン4における1塩基欠失は、フレームシフトと早期終止をもたらした。^{[ 4 ]}親のDNAにより、ZTTK症候群の患者ではde novo変異が一般的であることが確認されています。^{[ 1 ]} SON遺伝子のde novo LoF変異とハプロ不全は、 ZTTK症候群の表現型に見られるように、胚発生中に深刻な発達異常を引き起こすことが示されています。 ^{[ 4 ]}

SONは2426個のアミノ酸と反復配列からなる大きなタンパク質です。^{[ 7 ]} SONはヒト染色体21q22.11領域の核斑に位置し、12個のエクソンから構成されています。^{[ 8 ]} SON遺伝子のエクソン3は特に大きく、コード領域全体の82%を占めています。^{[ 1 ]} ZTTK症候群の患者に見られるSON変異の大部分はエクソン3に局在しています。^{[ 4 ]}

SON遺伝子は、DNAとRNAに結合できるSONタンパク質をコードしています。^{[ 9 ]} SONタンパク質は主に核斑に局在し、転写、細胞周期制御、プレメッセンジャーRNA（mRNA）スプライシングの核内組織化など、さまざまな細胞プロセスに関与しています。^{[ 9 ] [ 10 ]}

SONには、RSリッチドメイン、Gパッチドメイン、二本鎖RNA結合モチーフなど、さまざまなドメインが含まれています。^{[ 7 ] [ 11 ]}これらのドメインの存在は、SONが構成的および選択的スプライシングを媒介するために必要です。^{[ 1 ]} RSリッチドメインは、SONをpre-mRNAプロセシング因子とともに核スペックルに局在させる役割を果たします。^{[ 9 ]} SONの機能ドメインと核スペックルにおける特異的な局在は、pre-mRNAスプライシングにおけるその役割を示しています。^{[ 9 ]}

SONはエクソンの選択的スプライシングにおいても重要な役割を果たしている。SONは、弱い構成的スプライス部位および選択的スプライス部位のRNAスプライシングの効率を確保することで、ゲノムの安定性に必要である。SON依存性の細胞周期遺伝子は弱い5'または3'スプライス部位を持ち、効率的なスプライシングとスプライソソーム認識を確保するためにSONに依存している。^{[ 7 ]}

SON遺伝子は発生過程においても重要な役割を果たしている。SONは未分化幹細胞で優先的に発現する。^{[ 9 ]} SONの欠乏は幹細胞の分化を引き起こす。^{[ 9 ]}

ヒト胚性幹細胞（hESC）は、多能性として知られる特定の種類の細胞への系統特異的な分化を起こすことができる。^{[ 12 ]} hESCのような多能性幹細胞は、原腸形成を起こして3つの胚葉を生じさせることができる。^{[ 9 ]}

胎児組織におけるSONの発現レベルが高いことから、SONは多能性維持遺伝子のスプライシングに影響を与えることで、胚発生中の細胞増殖や分化を調節する役割を担っていることが示唆されている。^{[ 13 ]} SON因子などの転写因子やエピジェネティック修飾因子の発現は、遺伝子がRNAスプライシングを受けて成熟RNA転写産物を生成することを保証することで、hESCの多能性を調節する。^{[ 14 ]}

SON遺伝子は、細胞周期タンパク質TUBG1をコードする転写産物とhESCの多能性を維持する遺伝子（hESCのPRDM14、OCTA、E4F1、MED24）のRNAスプライシングに必要である。^{[ 12 ]} OCT4はhESCのコア転写回路に関与しているため、OCT4の調節異常は細胞分化を誘導する。PRDM14は多能性調節因子であり、MED24は多能性の維持に不可欠なメディエーター複合体である。^{[ 12 ]}野生型ESCでは、SONがPRDM14やOCT4などの多能性調節遺伝子のRNA転写産物に結合することで、正しいスプライシングと多能性の維持が実現する。^{[ 14 ]}

SON のダウンレギュレーションは、有糸分裂調節転写産物の調節に影響を与え、細胞生存と発生過程に欠陥を引き起こす可能性があります。^{[ 9 ]} SON の枯渇は、細胞成長の低下、^{[ 7 ] [ 15 ] [ 16 ]}微小管プロセスの乱れと紡錘体極分離の障害を引き起こし、中期での有糸分裂停止と深刻なゲノム完全性障害を引き起こします。^{[ 7 ] [ 15 ] [ 16 ]}機能的な SON を持たない有糸分裂細胞では、二本鎖 DNA 切断と微小核形成が増加します。^{[ 15 ]}その結果、ゲノムの安定性と細胞周期の調節が損なわれ、ZTTK 症候群患者の多臓器障害の発症に寄与します。^{[ 7 ]}

SON遺伝子の異常なスプライシングとde novoヘテロ接合LoF変異は遺伝子発現のプロセスを阻害し、SONハプロ不全を引き起こす可能性があります。^{[ 17 ] [ 5 ]} SONハプロ不全を伴うZTTK症候群の患者は、神経細胞の移動、代謝プロセス、脳の神経発達に必要な多数の遺伝子のmRNA発現の低下と異常なRNAスプライシング産物を示します。^{[ 5 ]}

RNA analyses from affected individuals with ZTTK syndrome confirmed the downregulation of genes essential for neuronal migration and cortex organisation (TUBG1, FLNA, PNKP, WDR62, PSMD3, HDAC6) and metabolism (PCK2, PFKL, IDH2, ACY1, and ADA).^[1] Aberrant SON-mediated RNA splicing results from the accumulation of mis-spliced transcripts.^[1] The mis-spliced RNA products are caused by significant intron retention (TUBG1, FLNA, PNKP, WDR62, PSMD3, PCK2, PFKL, IDH2, and ACY1) and exon skipping (HDAC6 and ADA).^[1] In contrast, the parents of individuals with ZTTK syndrome display an absence of mis-spliced RNA products.^[1]

SON depletion downregulates and causes aberrant splicing of the pluripotency factors, OCT4, PRDM14, MED24 and E4F1, inducing spontaneous differentiation of hESCs followed by widespread cell death.^[12][14] As SON acts as an intron splicing activator, the depletion of SON leads to increased intron retention and exon skipping in hESCs in regulatory genes of the cell cycle and hESC identity.^[18] Mutations in the SON gene and or SON haploinsufficiency compromises SON-mediated RNA splicing and contributes to the complex developmental defects observed in individuals with ZTTK syndrome.^[1] Erroneous SON function causes insufficient production of downstream targets, genome instability and disrupted cell cycle progression which are fundamental to the developmental defects and organ abnormalities in individuals with ZTTK syndrome. For example, FLNA haploinsufficiency observed in individuals with ZTTK syndrome is the main cause of a rare brain disorder, periventricular nodular heterotopia. De novo LoF mutations in TUBG1 can result in microcephaly and cortical malformations due to compromised SON-mediated RNA splicing in affected ZTTK syndrome individuals.^[19]

SONハプロ不全が胚発生に及ぼす影響は、ゼブラフィッシュ動物モデル（Danio rerio）でも研究されている。尾の湾曲、短縮、ねじれ、体軸の変形を伴う著しい体幹の湾曲、眼の奇形、小頭症など、さまざまな発生異常が観察された。^{[ 1 ]}より長期間生存した胚は、脳浮腫を伴う脊髄奇形など、より重篤な表現型を示し、ZTTK症候群患者に見られる特徴を模倣している。^{[ 1 ]}

ZTTK症候群の早期診断は脳画像検査によって行うことができます。ZTTK症候群患者の脳の磁気共鳴画像法（MRI）では、重大な異常が明らかになっています。^{[ 1 ]}

多小脳回、脳内の異常に小さなひだの多数、単純化された脳回、脳回の数の減少と浅い外観、および脳室周囲結節性異所性灰白質、胎児脳の初期発達中のニューロンの適切な移動の失敗など、異常な脳回パターンが見られた。 ^{[ 3 ] [ 20 ]}

脳室拡大は、胎児の側脳室が拡張するMRIでも観察され、ZTTK症候群患者の発達遅延の一因となる可能性がある。 ^{[ 3 ]} ZTTK症候群患者によく見られるもう1つの特徴は、胎児期に発現する小脳の構造的欠陥であるアーノルド・キアリ奇形であり、ZTTK症候群患者では視覚障害、脊柱側弯症または脊柱後弯症につながる可能性がある。^{[ 21 ]}

ZTTK症候群患者のMRIスキャンで見られるその他の病理学的特徴には、クモ膜嚢胞、脳梁および小脳半球の低形成、脳室周囲白質の喪失などがある。^{[ 1 ]}

ZTTK症候群のほとんどの人は、発達の遅れや知的障害のため、幼少期に発見されます。^{[ 22 ]}しかし、知的障害の正式な診断は、IQテストのスコアが70未満である場合にのみ行うことができます。^{[ 21 ]}

全エクソームシーケンス（WES）は、ZTTK症候群などの遺伝性疾患が疑われる個人の診断評価において、偏りのないツールとして使用できます。^{[ 1 ]} WESを使用して、SONの切断型変異と重複する臨床的特徴を持つ個人が特定されました。

ZTTK症候群は、WESを用いてSON遺伝子のde novo変異に関連する神経発達障害として同定された。SON遺伝子は、重度の知的障害およびそれに伴う発達障害の主要な原因であることが知られている。^{[ 22 ]} SONにおける最初のde novo切断変異は、重度の知的障害を持つ個人のグループで認識された。^{[ 5 ]}両親のサンプルのサンガーシーケンスまたはWESの使用により、サンプリングされたZTTK症候群の個人のSON遺伝子の切断およびミスセンス変異のde novo状態が確認された。^{[ 1 ]}同定された変異には、エクソン3の早期終止変異、エクソン3のフレームシフト変異、およびエクソン4のフレームシフト変異が含まれる。^{[ 1 ]}