異常蛋白質が引き起こす空胞形成の分子解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14037232
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 堀 清次 京都大学, 生命科学研究科, 講師 (30321706)
• 研究分担者: 垣塚 彰 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (80204329)
• キーワード: VCP / p97 / polyglutamine / CFTR / ER stress / ubiquitin / Lewy body / parkinson's disease / Alzheimer's disease

研究概要

我々は、ポリグルタミン病の原因遺伝子の一つであるMJDタンパク質に酵母Cdc48の哺乳類ホモログであるVCP/p97が結合するという発見を端緒として、変性タンパク質が神経細胞の機能低下や細胞死を引き起こす分子機構を解明し、疾患治療のための分子標的の同定を目指している。
VCPの細胞機能に対する影響を評価する目的で、野生型VCPおよび変異型VCP(K524A)を昆虫細胞に発現させ、精製後ATPase活性を測定したところ、変異型ではATPase活性が消失していた。次に、テトラサイクリン除去により野生型VCPあるいは変異型VCPの発現が誘導されるようにしたPC12細胞株を用いてVCPの細胞機能を検討した。変異VCPの発現誘導で細胞には空胞形成が誘導され細胞死に至るが、この空胞はERの異常な膨張であることをER局在シグナルをもつ蛍光蛋白質との共発現で確認した。変異VCPを発現した細胞ではERストレスの指標であるGRP78の発現誘導が見られ、ER画分にはユビキチン化蛋白質が蓄積していた。変異VCPの発現で通常ERADを通じて分解されている遺伝性嚢胞性繊維症の原因遺伝子産物CFTR-deltaF508がERに蓄積していることが認められた。
また、神経細胞の初代培養にアデノウィルスを用いて伸長したポリグルタミン鎖(Q79)を発現させると細胞ライセートのプロテアソーム活性が低下し、IRE1やPERKといつたERストレスで発動される蛋白質リン酸化酵素が活性化された。さらにこの経路の下流でIRE1-TRSF2-ASK1経路の活性イヒが起こり細胞死につながっていることを、ASK1 kmockout mouse由来の神経細胞を用いて示した。
ポリグルタミン発現によるプロテアソーム活性の低下にVCPが関係しているという直接的な証拠はまだないが、正常細胞においてはVCPはユビキチン化された変性蛋白質の処理を通じてERホメオスタシスの維持に貢献しており、変異VCPの発現や変性蛋白質の存在下ではERADなど、VCPの関係した変性蛋白質の処理機構が損なわれるためERにストレス応答が起きていると推測される。
各種の神経変性疾患でVCPが果たす役割を、VCP特異的抗体で患者脳を染色し検討した。VCP陽性となった凝集体はユビキチンに対しても陽性で、これらは痴呆を伴う運動ニューロン疾患やクロイツフェルト・ヤコブ病におけるballooned neuron,アルツハイマー病の老人斑でのdystrophic neurite,およびパーキンソン病のLewy小体(マリネスコ小体)で認められた。一方、アルツハイマー病でgranurovacuolar degenerationを示した細胞中の顆粒や神経原繊維変化は陰性であった。

研究成果

• [文献書誌] Kobayashi T., Tanaka K., Inoue K., Kakizuka A.: "Functional ATPase activity of p97/valosin-containing protein (VCP) is required for the quality control of endoplasmic reticulum in neuronally differentiated mammalian PC12 cells"J Biol Chem.. 277. 47358-47365 (2002)
• [文献書誌] Nishitoh, H., Matsuzawa, A., Tobiume, K., Saegusa, K., Takeda, K., Inoue, K., Hori, S., Kakizuka, A., Ichijo, H.: "ASK1 is essential for endoplasmic reticulum stress-induced neuronal cell death triggered by expanded polyglutamine repeats"Genes and Dev.. 16. 1345-1355 (2002)
• [文献書誌] Mizuno Y., Hori S., Kakizuka A., Okamoto K.: "Vacuole-creating protein in neurodegenerative diseases"Neurosci. Lett.. (In press). (2003)