「Gastrulation brain homeoboxファミリー」の版間の差分
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なお、最初に報告された''Gbx''はニワトリGbx1であり、その時点ではChox7<ref name=Fainsod1989><pubmed>2473919</pubmed></ref>と呼ばれ、引き続いてマウスでは''MMoxB''と命名された<ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref>。一方、Gbx2は、同定時には''MMoxA''<ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref>、''Stra7''<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref>と呼ばれていた。 | なお、最初に報告された''Gbx''はニワトリGbx1であり、その時点ではChox7<ref name=Fainsod1989><pubmed>2473919</pubmed></ref>と呼ばれ、引き続いてマウスでは''MMoxB''と命名された<ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref>。一方、Gbx2は、同定時には''MMoxA''<ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref>、''Stra7''<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref>と呼ばれていた。 | ||
これまで、''Gbx1''についてはヒト<ref name=Matsui1993><pubmed>8097731</pubmed></ref>、マウス<ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref> <ref name=Waters2003><pubmed>12799077</pubmed></ref>、ニワトリ<ref name=Fainsod1989><pubmed>2473919</pubmed></ref> <ref name=Obinata2001><pubmed>11162634</pubmed></ref>、ゼブラフィッシュ<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref> <ref name=Rhinn2003><pubmed>12963112</pubmed></ref>、''Gbx2''に関しては、ヒト<ref name=Chapman1995><pubmed>7758585</pubmed></ref><ref name=Lin1996><pubmed>8838315</pubmed></ref><ref name=Matsui1993><pubmed>8099995</pubmed></ref>、マウス<ref name=Bulfone1993><pubmed>7687285</pubmed></ref><ref name=Murtha1991><pubmed>1720547</pubmed></ref>、ニワトリ<ref name=Kowenz-Leutz1997><pubmed>9346236</pubmed></ref><ref name=Niss1998><pubmed>9767154</pubmed></ref>、アフリカツメガエル<ref name=von_Bubnoff1996><pubmed>8652408</pubmed></ref> <ref name=Tour2001><pubmed>11684099</pubmed></ref>、ゼブラフィッシュ<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref> <ref name=Rhinn2003><pubmed>12963112</pubmed></ref> <ref name=Su2002><pubmed>1090984</pubmed></ref>などで初期の研究が行われた（'''表1'''）。''Gbx''はさらに、原始的脊椎動物である無顎類、脊椎動物と同じく脊索動物に属する頭索類<ref name=Holland2005><pubmed>16144637</pubmed></ref>、そして脊索動物とともに後口動物とされる半索動物<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref> <ref name=Lowe2003><pubmed>12837244</pubmed></ref>と棘皮動物<ref name=Mito1997><pubmed>9299226</pubmed></ref><ref name=Morris1997><pubmed>9409777</pubmed></ref>でも見出された。また、前後軸を持つ多細胞動物のもう一つの主要系統である前口動物でも、節足動物（ショウジョウバエ）（''unplugged'', ''unpg''）<ref name=Chiang1995></ref>、軟体動物<ref name=Mesías-Gansbiller2012><pubmed>22245384</pubmed></ref> <ref name=Focareta2014><pubmed>25286399</pubmed></ref> <ref name=Wollesen2017><pubmed>28710480</pubmed></ref>、環形動物で同定された<ref name=Lee2003><pubmed>12718333</pubmed></ref> <ref name=Steinmetz2011><pubmed>21210944</pubmed></ref>。さらに近年、これら左右相称動物のみならず、放射相称動物である刺胞動物でも存在が知られるようになった<ref name=He2023><pubmed>37315559</pubmed></ref>。なお、これら無脊椎動物では''Gbx1''と''Gbx2''への遺伝子重複は確認されていない（'''表1'''）。意外なことに、脊椎動物に最も近縁とされる無脊椎動物の尾索類（ホヤ、''Ciona''）のゲノムでは見出されておらず<ref name=Wada2003><pubmed>12736825</pubmed></ref>、この系統では二次的に喪失したと考えられる。 | |||
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|+ 表1．動物界における ''Gbx'' 遺伝子の分布 | |+ 表1．動物界における ''Gbx'' 遺伝子の分布 | ||
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2. ''Xenopus'' の ''gbx1'' については現時点ではゲノム配列からの予測に留まっている（2026年3月時点）。 | 2. ''Xenopus'' の ''gbx1'' については現時点ではゲノム配列からの予測に留まっている（2026年3月時点）。 | ||
[[ファイル:Yamasu Gbx family Fig1.jpg|サムネイル| | [[ファイル:Yamasu Gbx family Fig1.jpg|サムネイル|'''図1. Gbxタンパク質の構造と保存配列'''<br>'''A.''' Gbxタンパク質の構造の模式図。代表としてヒトGBX1とＧBX2について、アミノ酸の位置を下に示す。CD1配列とNCR配列の範囲はＧBX2についてのみ上に直線で示されている。<br>'''B.''' 脊椎動物のGbx2とGbx1、ショウジョウバエのUnpgとAntp各々のホメオドメインのアラインメント。<br>'''C.''' Gbx2とGbx1のNCR配列のアラインメント。典型的なPro-rich配列はGbx2のみだが、Pro-rich様配列（下線部）がGbx2とGbx1の両者で見られる。<br>'''D.''' Gbx2とGbx1のCD3配列のアラインメント。 h, m, z；各々ヒト、マウス、ゼブラフィッシュを示す。右に最上段の配列との一致度（%）を示す。ただし、NCRについてはGbx2で見られるN末側のPro-rich配列を考慮していない。]] | ||
== 構造== | == 構造== | ||
脊椎動物Gbx2は340–348アミノ酸からなるタンパク質であり、種間ではアミノ酸配列全長で65–72%の相同性を示す。一方、Gbx1については313–418アミノ酸から構成され、種間では全長で60–73%の一致が見られる。Gbx2内には、種間で特に保存性の高い4つの保存配列領域（CD1, CD2、ホメオドメイン、CD3）が存在する（'''図1A'''）<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>。''Gbx''タンパク質のホメオドメインは、''Antp''クラスの中で''EHGbox''グループ<ref name=Pollard2000><pubmed>10996074</pubmed></ref>またはExtended Hoxグループに分類される<ref name=Holland2005><pubmed>16144637</pubmed></ref>。Gbx2およびGbx1のホメオドメインは、それぞれ脊椎動物種間でほぼ完全に保存されており、両者の間でも96%が一致する。さらにGbx2のホメオドメインとショウジョウバエGbx（''Unplugged''；以下''Unpg''）の間でもやはり高い相同性が見られる（92%）（'''図1B'''）。 | 脊椎動物Gbx2は340–348アミノ酸からなるタンパク質であり、種間ではアミノ酸配列全長で65–72%の相同性を示す。一方、Gbx1については313–418アミノ酸から構成され、種間では全長で60–73%の一致が見られる。Gbx2内には、種間で特に保存性の高い4つの保存配列領域（CD1, CD2、ホメオドメイン、CD3）が存在する（'''図1A'''）<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>。''Gbx''タンパク質のホメオドメインは、''Antp''クラスの中で''EHGbox''グループ<ref name=Pollard2000><pubmed>10996074</pubmed></ref>またはExtended Hoxグループに分類される<ref name=Holland2005><pubmed>16144637</pubmed></ref>。Gbx2およびGbx1のホメオドメインは、それぞれ脊椎動物種間でほぼ完全に保存されており、両者の間でも96%が一致する。さらにGbx2のホメオドメインとショウジョウバエGbx（''Unplugged''；以下''Unpg''）の間でもやはり高い相同性が見られる（92%）（'''図1B'''）。 | ||
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N末側領域に位置するCD1配列についてはNCR配列がGbx1でも保存されている<ref name=Nakayama2013><pubmed>23933069</pubmed></ref>（'''図1C'''）。NCR内には、転写抑制活性をもつとされるEh1様配列<ref name=Heimbucher2007><pubmed>17604541</pubmed></ref>に加え、Gbx2においては転写活性化能を持つとされるProline-rich（Pro-rich）配列<ref name=Mermod1989><pubmed>2504497</pubmed></ref>が含まれており<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref>、さらにPro-rich様配列がGbx1とGbx2の両者で認められる。明確なCD2相同配列はGbx1では見られないが、CD3配列はGbx1のC末端領域と比較的高い相同性を示し、''Unpg''でも部分的に保存されている（'''図1D'''）。以上より、Gbx1、''Unpg''のいずれも分子的機能についてGbx2とは共通性があるとともに違いも予想される。なお、ゼブラフィッシュ胚での強制発現実験では、Gbx1とGbx2は同等の前方脳形成抑制効果を示しており<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>、両者の機能は少なくとも初期脊椎動物胚では類似していると考えられる。 | N末側領域に位置するCD1配列についてはNCR配列がGbx1でも保存されている<ref name=Nakayama2013><pubmed>23933069</pubmed></ref>（'''図1C'''）。NCR内には、転写抑制活性をもつとされるEh1様配列<ref name=Heimbucher2007><pubmed>17604541</pubmed></ref>に加え、Gbx2においては転写活性化能を持つとされるProline-rich（Pro-rich）配列<ref name=Mermod1989><pubmed>2504497</pubmed></ref>が含まれており<ref name=Bouillet1995><pubmed>8601031</pubmed></ref>、さらにPro-rich様配列がGbx1とGbx2の両者で認められる。明確なCD2相同配列はGbx1では見られないが、CD3配列はGbx1のC末端領域と比較的高い相同性を示し、''Unpg''でも部分的に保存されている（'''図1D'''）。以上より、Gbx1、''Unpg''のいずれも分子的機能についてGbx2とは共通性があるとともに違いも予想される。なお、ゼブラフィッシュ胚での強制発現実験では、Gbx1とGbx2は同等の前方脳形成抑制効果を示しており<ref name=Kikuta2003><pubmed>14579382</pubmed></ref>、両者の機能は少なくとも初期脊椎動物胚では類似していると考えられる。 | ||
[[ファイル:Yamasu Gbx family Fig2.jpg|サムネイル|'''図2．峡部オーガナイザーの形成に関わる遺伝子カスケード'''<br>主としてマウス、ニワトリ、ゼブラフィッシュでの研究から推定された。原腸形成期ではたらくGbxは四足類ではGbx2、ゼブラフィッシュではgbx1と考えられる。出典は本文参照。ただし、1–3のゼブラフィッシュ遺伝子については文献<ref name=Belting2001><pubmed>11709144</pubmed></ref><ref name=Burgess2002 | [[ファイル:Yamasu Gbx family Fig2.jpg|サムネイル|'''図2．峡部オーガナイザーの形成に関わる遺伝子カスケード'''<br>主としてマウス、ニワトリ、ゼブラフィッシュでの研究から推定された。原腸形成期ではたらくGbxは四足類ではGbx2、ゼブラフィッシュではgbx1と考えられる。出典は本文参照。ただし、1–3のゼブラフィッシュ遺伝子については文献<ref name=Belting2001><pubmed>11709144</pubmed></ref><ref name=Burgess2002></ref><ref name=Tallafuß2001><pubmed>11641225</pubmed></ref><ref name=Dworkin2012></ref>。]] | ||
[[ファイル:Yamasu Gbx family Fig3.jpg|サムネイル|'''図3．DDCモデルによって説明される脊椎動物のGbx遺伝子の転写制御機構の分子進化（仮説）'''<br>祖先Gbx遺伝子は、少なくとも3種の独立したエンハンサーによって制御されている。第1のエンハンサーは原腸形成期において後方神経板での転写を活性化し（長方形）、第2のエンハンサーは原腸形成終了後において後脳前端での発現を誘導し（円）、第3のエンハンサーはr1を除く後脳などGbx1特有の発現を制御する （楕円）。推定エンハンサーの位置は任意に示している。脊椎動物の進化初期での遺伝子重複後、四足類の場合、初期神経板後方エンハンサーと後期後脳エンハンサーはGbx1で消失したが、Gbx2では保持された。一方、真骨魚系統のgbx1およびgbx2では相補的な形で保持されている。 四足類のGbx1がゲノムから排除されなかったのは、第3エンハンサーによって発現が駆動される領域において、この遺伝子が不可欠な役割を果たしているためと考えられる。結果的に、共通祖先でのGbxの発現は、無脊椎動物、脊椎動物各々について、Gbx1、Gbx2のいずれかが担うことになり、2種のGbxの間で機能的なシャッフリングが起きたと推定される。]] | [[ファイル:Yamasu Gbx family Fig3.jpg|サムネイル|'''図3．DDCモデルによって説明される脊椎動物のGbx遺伝子の転写制御機構の分子進化（仮説）'''<br>祖先Gbx遺伝子は、少なくとも3種の独立したエンハンサーによって制御されている。第1のエンハンサーは原腸形成期において後方神経板での転写を活性化し（長方形）、第2のエンハンサーは原腸形成終了後において後脳前端での発現を誘導し（円）、第3のエンハンサーはr1を除く後脳などGbx1特有の発現を制御する （楕円）。推定エンハンサーの位置は任意に示している。脊椎動物の進化初期での遺伝子重複後、四足類の場合、初期神経板後方エンハンサーと後期後脳エンハンサーはGbx1で消失したが、Gbx2では保持された。一方、真骨魚系統のgbx1およびgbx2では相補的な形で保持されている。 四足類のGbx1がゲノムから排除されなかったのは、第3エンハンサーによって発現が駆動される領域において、この遺伝子が不可欠な役割を果たしているためと考えられる。結果的に、共通祖先でのGbxの発現は、無脊椎動物、脊椎動物各々について、Gbx1、Gbx2のいずれかが担うことになり、2種のGbxの間で機能的なシャッフリングが起きたと推定される。]] | ||
==発現 == | ==発現 == | ||
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== 疾患との係わり == | == 疾患との係わり == | ||
GBX1との関連性が知られる疾患としては、脊髄小脳失調症13型（Spinocerebellar Ataxia 13, SCAR13）と低ホスファターゼ症（Hypophosphatasia）がある<ref name=MalaCardsa>MalaCards - 16 diseases matching GBX1</ref>。また近年、GBX1が発達遅延と焦点性てんかん（Focal Epilepsy）に関連することが報告された<ref name=Zhang2025><pubmed>40519143</pubmed></ref>。GBX2遺伝子との関連性が知られる疾患としては、DiGeorge症候群、てんかん、CHARGE症候群、Opitz-G/BBB症候群などがある<ref name=Calmont2009><pubmed>19700621</pubmed></ref><ref name=MalaCardsb>MalaCards - 112 diseases matching GBX2</ref><ref name=Yu2013><pubmed>24368733</pubmed></ref>。GBX2は発がんにも関わることが示唆されており、前立腺癌<ref name=Gao1996><pubmed>8977637</pubmed></ref> <ref name=Gao1998><pubmed>9537237</pubmed></ref> <ref name=Tolkach2015><pubmed>26408707</pubmed></ref>、喉頭扁平上皮癌<ref name=Chen2019><pubmed>29843929</pubmed></ref>、膀胱癌<ref name=Xiong2022><pubmed>35672622</pubmed></ref>、肝細胞癌<ref name=Lin2022><pubmed>36222159</pubmed></ref>、食道扁平上皮癌<ref name=Lin2024><pubmed>39832205</pubmed></ref>などへの関連が報告されている。また、肺腺癌においてはAKT/ERK経路の調節を介して細胞増殖、浸潤、遊走を促進することが示されている<ref name=Wang2020><pubmed>31758726</pubmed></ref>。 | GBX1との関連性が知られる疾患としては、脊髄小脳失調症13型（Spinocerebellar Ataxia 13, SCAR13）と低ホスファターゼ症（Hypophosphatasia）がある<ref name=MalaCardsa>MalaCards - 16 diseases matching GBX1</ref>。また近年、GBX1が発達遅延と焦点性てんかん（Focal Epilepsy）に関連することが報告された<ref name=Zhang2025><pubmed>40519143</pubmed></ref>。GBX2遺伝子との関連性が知られる疾患としては、DiGeorge症候群、てんかん、CHARGE症候群、Opitz-G/BBB症候群などがある<ref name=Calmont2009><pubmed>19700621</pubmed></ref><ref name=MalaCardsb>MalaCards - 112 diseases matching GBX2</ref><ref name=Yu2013><pubmed>24368733</pubmed></ref>。GBX2は発がんにも関わることが示唆されており、前立腺癌<ref name=Gao1996><pubmed>8977637</pubmed></ref> <ref name=Gao1998><pubmed>9537237</pubmed></ref> <ref name=Tolkach2015><pubmed>26408707</pubmed></ref>、喉頭扁平上皮癌<ref name=Chen2019><pubmed>29843929</pubmed></ref>、膀胱癌<ref name=Xiong2022><pubmed>35672622</pubmed></ref>、肝細胞癌<ref name=Lin2022><pubmed>36222159</pubmed></ref>、食道扁平上皮癌<ref name=Lin2024><pubmed>39832205</pubmed></ref>などへの関連が報告されている。また、肺腺癌においてはAKT/ERK経路の調節を介して細胞増殖、浸潤、遊走を促進することが示されている<ref name=Wang2020><pubmed>31758726</pubmed></ref>。 | ||
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