2023 Fiscal Year Annual Research Report

Structural analyses of PMP22 and MPZ to elucidate the molecular mechanism of Charcot-Marie-Tooth disease

Research Project

Project/Area Number	21K06515
Research Institution	Yokohama City University
Principal Investigator	坂倉正義横浜市立大学, 生命医科学研究科, 准教授 (20334336)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	三尾和弘国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, ラボチーム長 (40470041) 田辺幹雄大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任准教授 (00716871)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	シャルコー・マリー・トゥース病 / ミエリンタンパク質ゼロ / CMT1 / NMR
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、遺伝性脱髄神経疾患である1型シャルコー・マリー・トゥース病（CMT1）の分子メカニズムの解明を目的として、CMT1を引き起こすMPZ遺伝子のミスセンス変異に伴うMPZタンパク質の一アミノ酸残基置換が、MPZの細胞外ドメイン（ECD）の膜接着能、および熱安定性に及ぼす影響について解析した。最終年度は、ECDの結晶中において観測されないが、溶液中において観測されるECD間相互作用（S相互作用）に着目し、この相互作用部位上におけるD80N変異が、ECD間相互作用に及ぼす影響についてNMRを用いた解析を行った。D80N変異型ECDと野生型ECDのNMRスペクトル比較、およびD80N変異型ECDの濃度依存的なNMRスペクトルの変化解析を行った結果、D80N変異に伴いS相互作用部位全体に構造変化が誘起されること、D80N変異に伴いS相互作用が約７倍増強されることを示唆するデータを得た。D80N変異に伴い、S相互作用部位を介した二量体と推定される多量体が増加し、膜結合活性を有する８量体が相対的に減少すると考えられる。このような多量体化状態の変化がミエリン形成不全およびCMT1に関与する可能性があると考えた。本研究では研究期間全体を通じて、計８個のCMT1関連アミノ酸残基置換型MPZ-ECDの機能構造解析を行い、CMT1関連アミノ酸残基置換の影響が、（１）多量体化・膜接着活性に対する異常、（２）Folding・安定性に対する異常の２タイプに分類されることを見出した。ECDの多量体化異常を治療するためには、ECD間相互作用部位を標的とした８量体形成促進薬、あるいは二量体形成阻害薬の創製が有効と考えられる。一方、Folding・安定性異常の治療薬をデザインするためには、今後Foldingメカニズムを解明する必要があると考えられる。本研究成果の一部は、以下の学術論文にまとめて報告した（Sakakura, Structure, 2023）。