「Engrailed」の版間の差分

　1920年代後半の研究により、[[ショウジョウバエ]]の最初の''engrailed''（''en''）変異体が樹立された<ref name=Eker1929>'''Eker, R. (1929).<br>'''The recessive mutant engrailed in Drosophila melanogaster. ''Hereditas'' 12, 217-222. [https://bsd.neuroinf.jp/w/images/d/df/Hereditas_March_1929_EKER_THE_RECESSIVE_MUTANT_ENGRAILED_IN_DROSOPHILA_MELANOGASTER.pdf [PDF<nowiki>]</nowiki>]</ref>。その後の研究により、''en''は[[翅原基]]の後部コンパートメント形成や<ref name=Morata1975><pubmed>1134551</pubmed></ref>、[[セグメントポラリティー遺伝子]]の一つとして[[胚]]の[[体節]]化<ref name=NussleinVolhard1980><pubmed>6776413</pubmed></ref>に関与することなどが明らかになった。1985年には、ショウジョウバエの''en''遺伝子の[[cDNA]]配列が決定され、それが[[ホメオボックス遺伝子]]であることが判明した<ref name=Fjose1985><pubmed>2481829</pubmed></ref>[4]<ref name=Poole1985><pubmed>3917855</pubmed></ref>。更に、[[脊椎動物]]を含む他の動物分類群において''en''相同遺伝子の単離と解析が進んだ<ref name=Joyner1985><pubmed>2416459</pubmed></ref><ref name=Holland1990><pubmed>1980115</pubmed></ref><ref name=Holland1997><pubmed>9165120</pubmed></ref><ref name=Imai2002><pubmed>14516697</pubmed></ref>。

　多くは単一の''en''を有する一方、ショウジョウバエには、''en''と隣接してその[[パラログ]]遺伝子である''[[invected]]''（''[[inv]]''）が存在する<ref name=Gustavson1996><pubmed>8849895</pubmed></ref>[10]。invを欠く個体は生存可能であり、表現型にも顕著な異常は見られないが、''en''と''inv''の二重変異体では''en''単独変異の[[表現型]]が増強されることから、両者は機能的に冗長であると考えられる<ref name=Gustavson1996><pubmed>8849895</pubmed></ref>[10]。

　''En1''遺伝子座に''En2''を[[ノックイン]]した[[マウス]]の解析によると、''En1''と''En2''は機能的に冗長である<ref name=Hanks1995><pubmed>7624797</pubmed></ref>[12]。一方、''En1''遺伝子座にショウジョウバエの''en''をノックインしたマウスでは、四肢の表現型のみが見られる<ref name=Hanks1998><pubmed>9778510</pubmed></ref>[13]。このノックインマウスからさらに内在性''En2''を除去すると[[中脳]]と[[小脳]]の発生に異常が生ずる<ref name=Sgaier2007><pubmed>17537797</pubmed></ref>。これは、''En2''のみを欠くマウスが小脳に小さな欠損を呈するものの生存可能かつ生殖可能であるのと対照的である<ref name=Joyner1991><pubmed>1672471</pubmed></ref>。

　EH1は、Enを初めとするホメオドメインタンパク質や[[フォークヘッド]]タンパク質、[[Tボックス]]タンパク質、[[Znフィンガー]]タンパク質などにおいても見られるアミノ酸モチーフであり<ref name=Smith1996><pubmed>8898227</pubmed></ref>[20]、転写抑制補助因子である[[Groucho]]（[[Gro]]）/[[Tle]]が結合する<ref name=Tolkunova1998><pubmed>9566899</pubmed></ref><ref name=Dasen2001><pubmed>11731482</pubmed></ref>。in vivoで、EH1のみに変異を入れるだけでEnの転写抑制活性が失われる<ref name=Smith1996><pubmed>8898227</pubmed></ref>[20]<ref name=Araki1999><pubmed>10529429</pubmed></ref>。ショウジョウバエのEnには、EH1とEH2の間（アミノ酸201〜205）に[[昆虫]]特有のGro結合部位（[[ehIFRPFモチーフ]]）が、EH1とは別に存在する<ref name=Hittinger2008><pubmed>18803772</pubmed></ref>。

　EH4は[[ホメオドメイン]]であり、DNAへの結合に関わる<ref name=Kissinger1990><pubmed>1977522</pubmed></ref>[30]。ホメオドメインを構成する3本の[[αヘリックス]]のうち第3ヘリックスと、ホメオドメインのN末端のヘリックスを構成しない数アミノ酸がDNAに結合する<ref name=Kissinger1990><pubmed>1977522</pubmed></ref>。[[SAAB法]]によるとEngrailed単独で最も高い親和性を示すDNA配列はTAATTAである<ref name=Ades1994><pubmed>8049221</pubmed></ref>。また、Exdとのヘテロ二量体化により、EnのDNA結合特異性が変化する<ref name=vanDijk1994><pubmed>7915200</pubmed></ref>。ショウジョウバエ胚における[[ChIP解析]]によるとEnのコンセンサス結合配列はYAATYANBである<ref name=Solano2003><pubmed>12588842</pubmed></ref>。Enの結合親和性は、認識部位に隣接する、認識配列に類似した繰り返し配列を伴うDNA領域により増強される<ref name=Castellanos2020><pubmed>31992709</pubmed></ref>。

　EH3の大部分とホメオドメインのN末端の一部を含む領域は、細胞表面の[[グリコサミノグリカン]]（[[GAG]]）との相互作用を通じて、Enの細胞外から細胞内への移行を制御する<ref name=Cardon2023><pubmed>37032404</pubmed></ref>。ホメオドメインのC末端側には、[[核外移行シグナル配列]]（[[NES]]）/細胞外への分泌シグナルと、細胞外から細胞内への移行シグナル（[[膜透過ペプチド]]配列penetratin）が存在する<ref name=Joliot1998><pubmed>9705930</pubmed></ref><ref name=Maizel1999><pubmed>10375508</pubmed></ref>[36]<ref name=Dupont2007><pubmed>17242404</pubmed></ref>。細胞外から細胞内への移行は[[エンドサイトーシス]]と、エンドサイトーシスを介さない直接的移行の2つの様式により起こる<ref name=Dupont2007><pubmed>17242404</pubmed></ref><ref name=Jiao2009><pubmed>19833724</pubmed></ref>。Enの細胞内外への出入りには、[[ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸]]（[[PIP2]]）と[[コレステロール]]が必要である<ref name=Amblard2020b><pubmed>32434869</pubmed></ref>。EnのEH2ドメインのN末端側には高セリン領域が存在する。[[カゼインキナーゼ2]] ([[CK2]])によるこの領域の[[リン酸化]]は、EnホメオドメインのDNAへの結合を増強する一方<ref name=Bourbon1995><pubmed>7744743</pubmed></ref>、Enの細胞外分泌を阻害する<ref name=Maizel2002><pubmed>12117805</pubmed></ref>。また、Enは他のいくつかのホメオドメインタンパク質（[[Bicoid]], [[Emx2]], [[HoxA9]], [[Prh]]など）と同様に、[[真核生物翻訳開始因子4E]] ([[eIF4E]])と結合するが<ref name=Nedelec2004><pubmed>15247416</pubmed></ref>[42]、それらのホメオドメインタンパク質とは異なり<ref name=Topisirovic2005><pubmed>16136508</pubmed></ref>[43]、EH1ドメインがeIF4E結合部位を兼ねることが推定されている（<ref name=Rhoads2009><pubmed>19237539</pubmed></ref>[44]、Alain Prochiantz、私信）。これとは別に、マウスのEn1のホメオドメインN末端に位置するリジンに点突然変異K313Eを導入すると、eIF4Eに結合しなくなる<ref name=Stettler2012><pubmed>22147955</pubmed></ref>[45]。[[Foxa2]]との相互作用には高セリン領域からホメオドメインにかけての領域が関与する<ref name=Foucher2003><pubmed>12642491</pubmed></ref>[46]。

　脊椎動物初期胚の中脳後脳領域において''En1''と相前後して発現を開始し、協調して中脳、後脳の発生に関わる遺伝子として、''[[Wnt1]]''、''[[Pax2]]''、''[[Fgf8]]''が存在する。初期胚の脳において、''Wnt1''、''Pax2''、''Fgf8''の異所的発現あるいは機能喪失は、''En1''の発現の変化を引き起こす<ref name=Shamim1999><pubmed>9927596</pubmed></ref><ref name=Reifers1998><pubmed>9609821</pubmed></ref><ref name=Lun1998><pubmed>9671579</pubmed></ref><ref name=McMahon1992><pubmed>1534034</pubmed></ref><ref name=Danielian1996><pubmed>8848044</pubmed></ref><ref name=Lekven2003><pubmed>12591239</pubmed></ref><ref name=Ye2001><pubmed>11704761</pubmed></ref><ref name=Ye1998><pubmed>9630220</pubmed></ref><ref name=Liu1999><pubmed>10518499</pubmed></ref><ref name=Liu2003><pubmed>14602678</pubmed></ref>。同様に''En1''の異所的発現あるいは機能喪失は、''Wnt1''、''Pax2''、''Fgf8''の発現の変化を引き起こす<ref name=Araki1999><pubmed>10529429</pubmed></ref><ref name=Shamim1999><pubmed>9927596</pubmed></ref><ref name=Ye2001><pubmed>11704761</pubmed></ref><ref name=Liu2001><pubmed>11124114</pubmed></ref><ref name=Picker2002><pubmed>12070097</pubmed></ref>。したがって、初期胚の中脳・後脳領域において、''En1''、''Wnt1''、''Pax2''、''Fgf8''は互いの発現維持に相互依存している。一方で、それぞれの発現開始には関与しないことが示されている<ref name=McMahon1992><pubmed>1534034</pubmed></ref>[62]<ref name=Ye2001><pubmed>11704761</pubmed></ref><ref name=Liu2001><pubmed>11124114</pubmed></ref><ref name=Chi2003><pubmed>12736208</pubmed></ref>。ニワトリでは脊索で発現する''Fgf4''が中脳後脳領域における''En1''の発現を誘導することが提唱されているが、マウスやゼブラフィッシュの[[脊索]]における''Fgf4''の発現は報告されていない<ref name=Shamim1999><pubmed>9927596</pubmed></ref><ref name=Rhinn2001><pubmed>11179870</pubmed></ref>。

　''Wnt1''、''Pax2''、''Fgf8''は''En2'' mRNAおよびEn2タンパク質の発現維持にも関与する<ref name=Shamim1999><pubmed>9927596</pubmed></ref>[55]<ref name=Reifers1998><pubmed>9609821</pubmed></ref><ref name=Liu1999><pubmed>10518499</pubmed></ref><ref name=Sugiyama1998><pubmed>9572358</pubmed></ref><ref name=Okafuji1999><pubmed>10446345</pubmed></ref><ref name=Crossley1996><pubmed>8598907</pubmed></ref><ref name=Shimamura1997><pubmed>9226442</pubmed></ref><ref name=Sato2001><pubmed>11493563</pubmed></ref>。また､''Wnt1''および''Pax2''ノックアウトマウスでは''En2''が発現しないことが、''Pax2''変異ゼブラフィッシュでは''En1''が発現しないことが報告されており、これは''En2''（ゼブラフィッシュの場合は''En1''）の発現開始がそれらの遺伝子に依存することを示唆する<ref name=Lun1998><pubmed>9671579</pubmed></ref><ref name=McMahon1992><pubmed>1534034</pubmed></ref><ref name=Schwarz1999><pubmed>10354469</pubmed></ref>。

　発生初期の脳の領域化以降も、主として中脳や小脳において''En''の発現が見られる。マウスにおいて、''En1''および''En2''が中脳[[ドーパミン]]ニューロンにおいて、また''En1''が[[上オリーブ核]]の[[グリシン]]作動性、[[コリン]]作動性および[[GABA]]作動性ニューロンにおいて、胚発生期から成体まで発現する<ref name=Simon2001><pubmed>11312297</pubmed></ref><ref name=Altieri2015><pubmed>26542008</pubmed></ref>。また、[[縫線核]]では''En1''および''En2''が5-HTニューロンで胚発生期に発現し、En1の発現は出生後も継続する<ref name=Fox2012><pubmed>22674259</pubmed></ref>[80]。胚発生15.5日目（E15.5）〜出生後0日目（P0）のマウス胚小脳では、[[苔状線維]]と[[登上線維]]の神経支配と合致した''En2''の縞状の発現が見られる<ref name=Millen1995><pubmed>8575294</pubmed></ref>。

　マウス海馬ではE16以降、''En1''および''En2''が低レベルで発現し、シナプス形成が盛んに起こる出生時および生後1週間の間に、''En2''の発現は激減する<ref name=Soltani2017><pubmed>28809922</pubmed></ref>[82]。

　ニワトリでは、孵卵開始10日目の中脳視蓋において[[浅灰白線維層]]（SGFS）のg〜j層と[[脳室帯]]でEn2の発現が見られ、特にSGFSのi層で発現が高い<ref name=Omi2014><pubmed>24803658</pubmed></ref>[83]。また、この時期でも中脳視蓋後方から前方にかけての発現勾配が見られる。

　更に、EnはeIF4Eに結合し、タンパク質合成を刺激することが、E17のマウス胚背側[[上丘]]において示されている<ref name=Stettler2012><pubmed>22147955</pubmed></ref>。この刺激により[[ミトコンドリア]]呼吸鎖[[複合体I]]を構成する[[Ndufs3]]の翻訳が促進され、[[ATP]]合成が増加し、それに引き続くATPの分泌と[[アデノシン]]への加水分解を経てアデノシン[[A1受容体]]が活性化される。

　初期胚において、''En1''と''En2''は、中脳後脳境界オーガナイザーの維持や、[[中脳間脳境界]]（[[diencephalic–mesencephalic boundary]],[[DMB]]）の確立と維持を通じて、発生中の脳の領域化に寄与する<ref name=Joyner1991><pubmed>1672471</pubmed></ref><ref name=Araki1999><pubmed>10529429</pubmed></ref><ref name=Wurst1994><pubmed>7925010</pubmed></ref><ref name=Joyner1996><pubmed>8741855</pubmed></ref><ref name=Matsunaga2000><pubmed>10804178</pubmed></ref><ref name=Scholpp2003><pubmed>12917294</pubmed></ref>。脳の領域化においてEnは専ら転写因子として機能し、細胞間シグナル分子としての役割は小さい、とする報告がある一方<ref name=Lesaffre2007><pubmed>17229313</pubmed></ref>、中脳間脳境界の確立にはEnが分泌されることが必要であることも示されている<ref name=Rampon2015><pubmed>25926358</pubmed></ref>。また、中脳間脳境界と中脳後脳境界の確立にはPbxとの協調も必要である<ref name=Erickson2007><pubmed>16959235</pubmed></ref>。前述の通り、''En1''と''En2''は機能的に冗長ではあるが<ref name=Hanks1998><pubmed>9778510</pubmed></ref>、''En1''は小脳と上丘の発生にE9より前のみ必要であり<ref name=Sgaier2007><pubmed>17537797</pubmed></ref>、''En1''の欠失によりE9.5までにMHB近傍で細胞死が増加する<ref name=Chi2003><pubmed>12736208</pubmed></ref>。一方で、''En1''は[[下丘]]の、''En2''は小脳の発生において、より長期にわたり機能が要求される<ref name=Sgaier2007><pubmed>17537797</pubmed></ref>。さらに、[[脳の領域化]]後においても、''En''は中脳後脳領域内での勾配的または局所的な発現を通じて、領域内のパターン形成に寄与する。この機能は、神経回路形成、特定のニューロンの発生、および中脳後脳内における微細構造の形成に関与する<ref name=Logan1996><pubmed>8805331</pubmed></ref><ref name=Itasaki1991><pubmed>1811932</pubmed></ref><ref name=Millen1995><pubmed>8575294</pubmed></ref><ref name=Omi2014><pubmed>24803658</pubmed></ref>。

　Enは、中脳視蓋の後方でより高いという[[前後軸]]方向の発現勾配を呈することにより、[[投射地図]]（[[トポグラフィックマップ]]）の前後軸の確立に寄与する<ref name=Itasaki1996><pubmed>8562091</pubmed></ref><ref name=Retaux1996><pubmed>8562092</pubmed></ref><ref name=Friedman1996><pubmed>8757262</pubmed></ref>。これは、転写因子として''En''がEphrinA2やEphrinA5の前後軸方向の勾配を伴った発現を誘導することと<ref name=Logan1996><pubmed>8805331</pubmed></ref><ref name=Shigetani1996><pubmed>9129179</pubmed></ref>、En自身が分泌性因子として耳側[[網膜神経節細胞]]（[[RGC]]）軸索を反発する一方、鼻側軸索を誘引することにより達成される<ref name=Brunet2005><pubmed>16267555</pubmed></ref>。[[成長円錐]]内部に移行したEnは、eIF4Eとの相互作用を介して、この軸索ガイダンス作用に必要な局所的翻訳を刺激する。この刺激による[[ラミンB2]]の翻訳促進が、ミトコンドリアの機能と軸索輸送に必要である<ref name=Yoon2012><pubmed>22341447</pubmed></ref>。En2はまた、EphrinA5による軸索成長円錐の崩壊に関し、アデノシンA1受容体シグナル伝達依存的に、耳側網膜神経節細胞を感作する<ref name=Stettler2012><pubmed>22147955</pubmed></ref>[45]<ref name=Wizenmann2009><pubmed>19914184</pubmed></ref>。この感作により、投射地図はより精密になる。

　''En1''+/-マウスあるいは''En1''+/-; ''En2''-/-マウスは、ヒトの[[パーキンソン病]]に特徴的なドーパミン作動性ニューロンの進行性喪失や運動障害を示す<ref name=Alvarez2011><pubmed>21892157</pubmed></ref><ref name=Sgado2006><pubmed>17015829</pubmed></ref>。[[カニクイザル]]のパーキンソン病モデルの[[黒質緻密部]]へのEN1タンパク質の注入による治療効果が報告されている<ref name=Thomasson2019><pubmed>31077447</pubmed></ref>[110]。

　''En2''の多型と[[自閉スペクトラム症]]との関連は1995年に最初に示された<ref name=Petit1995><pubmed>7643354</pubmed></ref>[112]。''En2''は患者で過剰発現する<ref name=James2014><pubmed>25290267</pubmed></ref>[113]。また、自閉スペクトラム症に関連する''En2''のイントロン中の2つのSNPは、発現上昇に繋がる<ref name=Benayed2009><pubmed>19615670</pubmed></ref>[114]。''En2''欠損マウスは患者と類似した行動、および学習の障害や、小脳の形態異常を示す<ref name=Cheh2006><pubmed>16935268</pubmed></ref>[115]。また、患者において[[味覚]]異常が報告されているが、''En2''欠損マウスでも[[塩化ナトリウム]]への嗜好性が強まる<ref name=Gupta2018><pubmed>29953887</pubmed></ref>[116]。成人患者に対する慢性ストレスが、行動上の、あるいは神経解剖学的な表現型を増悪するかどうかは明らかで無いが、慢性的な[[環境ストレス]]に曝露した''En2''欠損マウスでは、行動上の、あるいは神経解剖学的な表現型が増悪することが報告されている<ref name=Phan2021><pubmed>34271036</pubmed></ref>[117]。

''En1''のいくつかの[[単一塩基多型]]は[[統合失調症]]の症状および[[抗精神病薬]]の効果と関連する<ref name=Webb2008><pubmed>18698228</pubmed></ref>[111]。