「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>NoPMID</ref>[1]。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>[2]、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>[3]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>[5]。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>[6]<ref name=Holland1990><pubmed>1980115</pubmed></ref>[7]<ref name=Holland1997><pubmed>9165120</pubmed></ref>[8]<ref name=Imai2002><pubmed>14516697</pubmed></ref>[9]。

　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>[14]。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>[15]。

　代表的な脊椎動物種のEn1およびEn2の多くは、2つのエキソンと1つのイントロンから成る<ref name=Logan1992><pubmed>1363401</pubmed></ref>[16]。

　En1 mRNAの3'UTRには細胞質ポリアデニル化配列（CPE）が存在することから、その樹状突起への局在はCPE結合タンパク質により調節される可能性がある<ref name=DiNardo2007><pubmed>17399993</pubmed></ref>[17]。in vitroにおけるEn1 mRNAの翻訳は、ポリアデニル化に依存して脱分極により増加し、この翻訳はラパマイシンにより阻害される。またEn2はmiR-212の標的である<ref name=Zhou2017><pubmed>28713997</pubmed></ref>[18]。

　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>[19]<ref name=Dasen2001><pubmed>11731482</pubmed></ref>[21]。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>[22]。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>[23]。

　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>[28]。ホメオドメインのC末端側には、核外への移行シグナル配列（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>[35]<ref name=Maizel1999><pubmed>10375508</pubmed></ref>[36]<ref name=Dupont2007><pubmed>17242404</pubmed></ref>[37]。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>[37]<ref name=Jiao2009><pubmed>19833724</pubmed></ref>[38]。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>[39]。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。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>[40]、Enの細胞外分泌を阻害する<ref name=Maizel2002><pubmed>12117805</pubmed></ref>[41]。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>NoPMID</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]。

　En を発現させたCOS細胞において、細胞内のEnのうち、細胞外へ出るのは5%未満であると見積もられており、その大部分は核に局在する<ref name=Joliot1998><pubmed>9705930</pubmed></ref>[35]。Enはいくつかのニューロンにおいて樹状突起など核外に局在することが報告されている<ref name=DiNardo2007><pubmed>17399993</pubmed></ref>[17]<ref name=Nedelec2004><pubmed>15247416</pubmed></ref>[42]。ゼブラフィッシュ胚中脳視蓋において、H2O2レベルが増加するとEn2の核への移行が促進される<ref name=Amblard2020><pubmed>32994473</pubmed></ref>[29]。

　また、脊髄から後脳後部にかけての腹側介在ニューロンでもEn1 mRNAおよびEn1タンパク質が発現する<ref name=Force1999><pubmed>10101175</pubmed></ref>[11]<ref name=Hanks1995><pubmed>7624797</pubmed></ref>[12]<ref name=Davis1991><pubmed>1680044</pubmed></ref>[49]<ref name=Gardner1992><pubmed>1354990</pubmed></ref>[51]<ref name=Hatta1991><pubmed>1682127</pubmed></ref>[53]<ref name=Ekker1992><pubmed>1363539</pubmed></ref>[54]。マウスでは、このEn1陽性介在ニューロンは、脊髄のPax2陽性介在ニューロンの一部であり、その発生はPax6に依存する<ref name=Burrill1997><pubmed>9409667</pubmed></ref>[60]<ref name=Matise1997><pubmed>9315901</pubmed></ref>[61]。

　なお、EnによるWnt1、Pax2、Fgf8の誘導や、Fgf8によるEnの誘導は間接的であると考えられている<ref name=Logan1996><pubmed>8805331</pubmed></ref>[22]<ref name=Danielian1998><pubmed>9463340</pubmed></ref>[68]。

　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mDA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>11359926</pubmed></ref>[78]<ref name=Alberi2004><pubmed>15121890</pubmed></ref>[79]。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>22275249</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>7773278</pubmed></ref>[81]。

　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=Goulding1993><pubmed>8505369</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=Itasaki1991><pubmed>1811932</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。

　Enは、転写抑制因子としても転写活性化因子としても機能する<ref name=Han1993><pubmed>8334991</pubmed></ref>[19]<ref name=Smith1996><pubmed>8898227</pubmed></ref>[20]<ref name=Logan1992><pubmed>1363401</pubmed></ref>[22]<ref name=Serrano1998><pubmed>9649440</pubmed></ref>[84]。また直接的に転写活性化因子として機能する他、別の転写抑制因子を抑制することにより間接的に転写活性化を引き起こす可能性がある<ref name=Logan1992><pubmed>1363401</pubmed></ref>[22]。Enによる転写抑制には転写抑制補助因子Groが必要である<ref name=Hittinger1997><pubmed>9367988</pubmed></ref>[85]。更に、Enの転写抑制活性は、Ext/PbxおよびHth/Meisとヘテロ三量体を形成することにより増強される<ref name=Kobayashi2003><pubmed>12506004</pubmed></ref>[27]。

　また、Enは、非典型的分泌経路を介して細胞間シグナル分子としても機能する<ref name=Joliot1998><pubmed>9705930</pubmed></ref>[35]<ref name=Maizel1999><pubmed>10375508</pubmed></ref>[36]<ref name=Dupont2007><pubmed>17242404</pubmed></ref>[37]。

　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>[45]。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。

　脊椎動物では、神経系におけるEnの標的遺伝子として、微小管結合タンパク質1b、および長鎖散在反復配列LINE-1がin vivoで同定されている<ref name=Foucher2003><pubmed>12642491</pubmed></ref>[46]<ref name=deThe2018><pubmed>29941661</pubmed></ref>[86]。また、ニワトリ初期胚の脳において、Pax6が標的遺伝子の候補として同定されている<ref name=Logan1992><pubmed>1363401</pubmed></ref>[22]。

　脊椎動物の初期胚の脳における、EnによるWnt1、Pax2、Fgf8の誘導は直接的なものではないことを先に述べたが、同様に、Enによる軸索ガイダンスや細胞のソーティングに関わる細胞表面タンパク質をコードするEphrinA2やEphrinA5の発現誘導も<ref name=Logan1996><pubmed>8805331</pubmed></ref>[52]<ref name=Shigetani1996><pubmed>9129179</pubmed></ref>[87]<ref name=Lee1997><pubmed>9056772</pubmed></ref>[88]、間接的な制御であると推定される<ref name=Logan1992><pubmed>1363401</pubmed></ref>[22]。

　初期胚において、En1とEn2は、中脳後脳境界（MHB）オーガナイザーの維持や、中脳間脳境界（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>[15]<ref name=Logan1992><pubmed>1363401</pubmed></ref>[22]<ref name=Hanks1995><pubmed>7624797</pubmed></ref>[89]<ref name=Joyner1996><pubmed>8741855</pubmed></ref>[90]<ref name=Matsunaga2000><pubmed>10804178</pubmed></ref>[91]<ref name=Scholpp2003><pubmed>12917294</pubmed></ref>[92]。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>[93]、DMB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>[26]。また、DMBとMHBの確立にはPbxとの協調も必要である<ref name=Erickson2007><pubmed>16959235</pubmed></ref>[25]。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>[12]、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>[14]、En1の欠失によりE9.5までにMHB近傍で細胞死が増加する（Chi et al., 2003）。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>[14]。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>[50]<ref name=Itasaki1991><pubmed>1811932</pubmed></ref>[59]<ref name=Millen1995><pubmed>8575294</pubmed></ref>[81]<ref name=Omi2014><pubmed>24803658</pubmed></ref>[83]。

　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>[94]<ref name=Retaux1996><pubmed>8562092</pubmed></ref>[95]<ref name=Friedman1996><pubmed>8757262</pubmed></ref>[96]。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>[52]<ref name=Shigetani1996><pubmed>9129179</pubmed></ref>[87]、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>[97]。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>[98]。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RGCを感作する<ref name=Stettler2012><pubmed>22147955</pubmed></ref>[45]<ref name=Wizenmann2009><pubmed>19914184</pubmed></ref>[99]。この感作により、投射地図はより精密になる。

　脊髄では、En1はV1介在ニューロンの特定化には必要ないが、その軸索ガイダンスと軸索束形成に必要である<ref name=Saueressig1999><pubmed>10477289</pubmed></ref>[100]。また、V1ニューロンの一部に由来するレンショー細胞と運動ニューロンの抑制性シナプス形成を調節する<ref name=Sapir2004><pubmed>14762144</pubmed></ref>[101]。

　発生中の体幹部において、軸上筋神経は体節中のEn1陽性領域に誘引される一方、軸下筋神経はEn陽性領域を忌避する<ref name=Ahmed2017><pubmed>28807781</pubmed></ref>[102]。また、四肢背側の筋肉に投射する脊髄運動ニューロン軸索に対し、肢芽腹側のEn1は細胞間シグナル分子として直接的に反発効果を呈すると共に、転写因子として制御下のEphrinA5を介して間接的にも反発効果を示す<ref name=Huettl2015><pubmed>25710467</pubmed></ref>[103]。但し、中脳視蓋とは異なりEn1とEphrinA5との相乗効果は見られず、またEn2はこの軸索に対して反発効果を示さない。

　En1、En2はmDAニューロンの維持に、細胞自律的に必要であり<ref name=Simon2001><pubmed>11312297</pubmed></ref>[78]<ref name=Alberi2004><pubmed>15175251</pubmed></ref>[104]、LINE-1の発現抑制を通じて、酸化ストレスからmDAニューロンを保護する<ref name=deThe2018><pubmed>29941661</pubmed></ref>[86]<ref name=Alvarez2011><pubmed>21892157</pubmed></ref>[105]。また、En1は上オリーブ核ニューロンの、En1、En2は共に小脳核内側の一部の興奮性ニューロンおよび縫線核5-HTニューロンの分化と維持に必要である<ref name=Alberi2004><pubmed>15175251</pubmed></ref>[79]<ref name=Fox2012><pubmed>22674259</pubmed></ref>[80]<ref name=Krishnamurthy2024><pubmed>38912572</pubmed></ref>[106]。更に、En2は大脳基底核由来神経幹細胞からのGABA作動性ニューロンの分化に必要である<ref name=Boschian2018><pubmed>29964155</pubmed></ref>[107]。加えて、En1およびEn2は培養海馬細胞の樹状突起の複雑度やシナプスに差次的に影響する<ref name=Soltani2017><pubmed>28809922</pubmed></ref>[82]。

　マウス成体の脊髄のV1介在ニューロンで発現するEn1は、α運動ニューロンに対し傍分泌性の神経栄養活性を有する<ref name=Leboeuf2023><pubmed>37534581</pubmed></ref>[108]。

　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>[105]<ref name=Sgado2006><pubmed>17015829</pubmed></ref>[109]。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]。EN1のいくつかのSNPは統合失調症の症状および症状に対する抗精神病薬の効果と関連する<ref name=Webb2008><pubmed>18698228</pubmed></ref>[111]。

　EN2の多型と自閉スペクトラム症（ASD）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ASD患者で過剰発現する<ref name=James2014><pubmed>25290267</pubmed></ref>[113]。また、ASD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ASD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、ASD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]。ASD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]。