2022 Fiscal Year Annual Research Report

Dysfunction of neuronal cell caused by disruption of intracellular copper homeostasis

Research Project

Project/Area Number	20K11584
Research Institution	Gifu Pharmaceutical University
Principal Investigator	原宏和岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (30305495)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	足立哲夫岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (40137063) [Withdrawn] 神谷哲朗岐阜薬科大学, 薬学部, 准教授 (60453057)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	パーキンソン病 / 銅 / ATP7A / 酸化ストレス / タンパク質分解
Outline of Annual Research Achievements	銅（Cu）は、生命機能の維持に重要な必須微量元素である。一方で、過剰なCuは神経毒性を示すため、Cu恒常性はCu排出トランスポーター（ATP7A）およびCuシャペロン（Atox1）などのCu輸送タンパク質により厳密に制御されている。また、パーキンソン病（PD）などの神経変性疾患の発症や病態形成に神経細胞内Cu動態異常が関与していることが指摘されている。我々は、神経毒6-ヒドロキシドパミン（6-OHDA）が、ヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞においてATP7AおよびAtox1タンパク質の分解を促進させることを見出した。そこで本研究では、6-OHDAにより引き起こされるATP7AおよびAtox1タンパクの分解機構の機序の解明に取り組んだ。 6-OHDAによるATP7AおよびAtox1タンパクの分解促進は、抗酸化剤N-acetylcysteine（NAC）により抑制されたことから、本現象における酸化ストレスの関与が示唆される。アミノ酸のシステイン（Cys）は、酸化修飾を受けやすいことが知られている。Atox1およびATP7Aには、Cys残基を含んだCu結合モチーフ（Cys-X-X-Cys）が存在していることから、これらCys残基が6-OHDAによる分解促進に関与しているかどうかを検証した。初めに、6-OHDAがAtox1に存在するCys-X-X-CysのCys残基が6-OHDAによる酸化修飾を受けるかどうかを、チオール基の修飾剤であるPEG-PCMalを用いて検討した。その結果、6-OHDAを曝露した細胞ではAtox1の酸化修飾が亢進することが確認できた。また、Atox1のCu結合モチーフにあるCysをSerに置換した変異Atox1を発現させ、変異Atox1に対する6-OHDAの分解促進効果を検討したところ、変異Atox1ではそのタンパク質分解が抑制された。以上より、6-OHDAに起因する酸化ストレスがATP7AおよびAtox1タンパクの酸化修飾を惹起することで、これらタンパク質の分解を促進してている可能性が示された。