エンドソーム・リソソーム系蛋白分解機構におけるカテプシンEの役割

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10163229
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山本 建二 九州大学, 歯学部, 教授 (40091326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂井 英昭 長崎大学, 歯学部, 助教授 (40225769) ; 中西 博 九州大学, 歯学部, 助手 (20155774)
• Keywords: カテプシンE / アスパラギン酸プロテアーゼ / 生合成 / プロセシング / ミクログリア / 胸腺細胞 / フレンド細胞 / CHO細胞

Research Abstract

カテプシシEはカテプシンDとともに動物細胞における主要な細胞内アスパラギン酸プロテアーゼである。筆者らはこれまでの一連の研究から、カテプシンEが非リソゾーム性酵素として限定的な分布をし、組織・細胞によって細胞膜型または細胞質型、あるいはその両方の存在様式をとることを明らかにした。また、カテプシンEは粗面小胞体上のリボゾームで合成された後、古典的分泌経路でゴルジ野に運ばれ二量体を構成することが示めされたが、その最終局在部位が細胞種によって異なるため、その選別・輸送および活性分子への変換機構については殆ど未解明のままであった。前年度の研究から、カテプシシEは最終的にはエンドソーム・リソソーム蛋白分解システムに寄与するこが示唆されたものの、多くの細胞では本酵素は成熟型酵素まで変換されておらず、活性化部位である酸性コンパートメントへも輸送されていないことが示されている。そこで本年度の研究では、NRK細胞に野生型および各種変異を導入したカテプシンE分子を発現させ、酸性コンパートメント以外の部位でのリテンション機構や活性化へのシグナル機構を詳細に解析した。NRK細胞に発現させた野生型カテプシンEはもっぱら小胞体に局在し、高マンノース型糖鎖をもつプロ型酵素であった。この細胞をSH還元剤で処理すると本酵素の大部分が小胞体から消失し細胞外へ分泌された。小胞体に局在するプロ分子は単量体として存在することから、本酵素の二量体を形成するための47番目のシステイン残基が小胞体に貯留するために重要であることが示唆された。また、このシステイン残基を含むプロ部分を欠いた変異体が小胞体に局在せず細胞外に検出されることからも、このシステイン残基を介した本酵素の小胞体貯留機構が示唆された。糖鎖を欠損させた変異体を発現させてもNRK細胞での局在には変化は見られず、小胞体での貯留には糖鎖は重要ではないことが示された。

Research Products

• [Publications] Nakayama K. et al: "A hemoglobin receptor protein intragenetically encoded by the cycteine proteinase-encoding genes and the hemagglutinin-encoding gene of Porphyromonas gingivalis." Mol.Microbiol.27. 51-61 (1998)
• [Publications] Abe N et al: "Biochemical and functional properties of lysine-specific cysteinase (Lys-gingipain)as a virulence factor of Porphyrommonas gingivalis." J.Biochem.123. 305-312 (1998)
• [Publications] Sastradipura D.F.et al: "Identification of cellular compartments involved in processing cathepsin E in primary cultures of rat microglia." J.Neurochem.75. 2045-2056 (1998)
• [Publications] Ikeda S.,et al: "Rapid degradation of cathepsin E in pre-Golgi compartments after tunicamycin treatment." Dentistry in Japan. 34. 41-43 (1998)
• [Publications] Okamoto K.et al: "Involvement of a lysine-specific cysteine proteinase in hemoglobin adsorption and heme accumulation by Porphyromas gingivalis." J.Biol.Chem.273. 21225-21231 (1998)
• [Publications] Kadowaki T.,et al: "Arg-gingipain acts as a major processing enzyme for various surface proteins in Porphyromonas gingivalis." J.Biol.Chem.273. 29072-29076 (1998)
• [Publications] Takai,N.et al: "Involvement of caspase-like proteinases in apoptosis of neuronal PC12 cells and primary cultured microglia induced by 6-hydroxydopamine." J.Neurosci.Res.54. 214-222 (1998)
• [Publications] Tominaga,K.et al: "Excitotoxin-induced neuronal death is associated with response of an unique intracellular aspartic proteinase cathepsin E." J.Neurochem.71. 2574-2584 (1998)
• [Publications] Nakanishi,H.et al: "Hyperexcitability of amygdala neurons of senescence-accelerated mouse P10 revealed by electrophysiological and optical recordings in an vitro slice preparation." Brain Reseach. 812. 142-149 (1998)
• [Publications] 山本建二,その他: "歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalisが産生するシステインプロテアーゼの機能" 炎症. 18. 259-264 (1998)
• [Publications] 中西博,山本建二: "神経細胞およびミクログリアのプロテアーゼを介したニューロン死の制御" 日本薬理学雑誌. 112. 77-78 (1998)
• [Publications] 右田啓介,その他: "バソプレシンによる最後野から弧束核への神経調節" 日本薬理学雑誌. 112. 148-152 (1998)
• [Publications] Yamamoto,Y.et al: "Expression of NMDA-receptor dependent long-term potentiation in the neostriatal neurons in an in vitro slice after ethanol withdrawal of the rat." Neuroscience. in press. (1999)
• [Publications] Fukuda,T.et al: "Novel non-apoptotic morphological changes in neurons of the mouse hippocampus followin transient hypoxic-ischemia." Neurosci.Res.in press. (1999)
• [Publications] Wang,H. -D.et al: "Differential effect of Bcl-2 overexpression on hippocampal CAI neurons and dentate granule following hypoxic-ischemia in the adult mice." J.Neurosci.Res.in press. (1999)
• [Publications] Nakanishi H.,and Yamamoto K.: "Cathepsin E in the central nervous system.Aspartic Proteinases (Ed:James M.N.G.)" Plenum Press,New York, 213-217 (1998)