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非閉塞性無精子症男性の症例における遺伝子変異と遺伝子に基づく3次元タンパク質構造の予測
Prediction of 3D Protein Structure Based on The Mutation of and Genes in The Case of Non-Obstructive Azoospermia.
PMID: 32681621 DOI: 10.22074/ijfs.2020.6028.
抄録
背景:
本研究では、非閉塞性無精子症の男性を対象に、A-キナーゼアンカータンパク質3()とプロコラーゲン-リジン、2-オキソグルタル酸5-ジオキシゲナーゼ3()の遺伝子変異を評価し、リガンド結合活性の3次元構造を予測することを目的としている。
Background: The present study has been designed with the aim of evaluating A-kinase anchoring proteins 3 () and Procollagen-Lysine, 2-Oxoglutarate 5-Dioxygenase 3 () gene mutations and prediction of 3D protein structure for ligand binding activity in the cases of non-obstructive azoospermic male.
材料と方法:
臨床的に無精子症と診断された非閉塞性無精子症の症例（n=111）と、年齢をマッチさせた対照者（n=42）を、遺伝学的解析と診断の確認のために本症例対照研究に含めた。サンプルサイズはEpi info software version 6を用いて計算した．ゲノムDNAを血液（2.0ml）から単離し、選択した症例をIllumina Hiseqを用いて全エクソームシークエンシング（WES）を行い、遺伝子の同定を行った。バイオインフォマティクスツールを用いて、生物学的データベース（www.ncbi.nlm.nih.gov/protein）からアミノ酸配列をデコードした。また、I-TASSERサーバを用いて遺伝子の立体構造を予測し、Ramachandranプロットを用いて結合エネルギーを計算した。
Materials and Methods: Clinically diagnosed cases of non-obstructive azoospermia (n=111) with age matched controls (n=42) were included in the present case-control study for genetics analysis and confirmation of diagnosis. The sample size was calculated using Epi info software version 6 with 90 power and 95% confidence interval. Genomic DNA was isolated from blood (2.0 ml) and a selected case was used for whole exome sequencing (WES) using Illumina Hiseq for identification of the genes. Bioinformatic tools were used for decode the amino acid sequence from biological database (www.ncbi.nlm.nih.gov/protein). 3D protein structure of and genes was predicted using I-TASSER server and binding energy was calculated by Ramachandran plot.
結果:
今回の研究では、遺伝子の変異を明らかにし、ホモ接合状態では、rs67512580（ACT → -CT）にフレームシフト変異を示し、アデニンが失われ、ロイシンがセリンに変化した。同様に、この遺伝子は、配列AGG→A-Gのグアニンの損失に起因するヘテロ接合状態でミスセンス変異を示し、アルギニンがリジンに変化するアミノ酸の翻訳後イベントの変化に関与している。3次元構造からは、MTXが結合しているタンパク質と遺伝子が結合しているタンパク質にはそれぞれ8つと4つのポケットがありますが、1つの部位だけが結合エネルギーが低く受容体に結合していることがわかり、効率的なタンパク質構造モデルとなっています。
Results: Present study revealed the mutation of gene, showing frameshift mutation at rs67512580 (ACT → -CT) and loss of adenine in homozygous condition, where, leucine changed into serine. Similarly, gene shows missense mutation in heterozygous condition due to loss of guanine in the sequence AGG→A-G and it is responsible for the change in post-translational event of amino acid where arginine change into lysine. 3D structure shows 8 and 4 pockets binding site in and gene encoded proteins with MTX respectively, but only one site bound to the receptor with less binding energy representing efficient model of protein structure.
結論:
これらの遺伝子変異は、アミノ酸配列の翻訳イベントの変化に関与しており、精巣形成時に予測される立体構造や機能の変化に伴うタンパク質合成の変化を引き起こしており、男性不妊の「危険因子」となっている可能性がある。
Conclusion: These genetic variations are responsible for alteration of translational events of amino acid sequences, leading to protein synthesis change following alteration in the predicted 3D structure and functions during spermiogenesis, which might be a causative "risk" factor for male infertility.
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