アミロイドβ蛋白前駆体の膜内γ切断はエネルギー依存的か

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14770499
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 大河内 正康 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (90335357)
• Keywords: アルツハイマー病 / プレセニリン / γセクレターゼ / ATP依存的蛋白分解 / アミロイドβ蛋白 / βアミロイド蛋白前駆体 / CTFγ / γ切断

Research Abstract

アルツハイマー病(AD)老人斑の主要構成成分であるアミロイドβ蛋白(Aβ)はアミロイドβ蛋白前駆体(APP)から二段階の蛋白分解反応により切り出される。Aβにはアミノ末端が一致してカルボキシル末端が2アミノ酸残基異なるAβ40とAβ42の主に2種類の分子種が存在する。今回の研究は"γ切断が行われるためには、基質であるAPP CTFあるいはNotchΔEの膜通過部分にあるγ切断部位を一時的に親水条件にすることが必須なのではないか?もしそうならば、そのためにATPなどのエネルギーを使っているのではないか?"検討した。γセクレターゼによるγ切断を含む蛋白分解酵素によるペプチド結合の分解は、加水分解であるから、一般的に親水性条件下で起こる酵素を触媒とした反応であり、エネルギーは必要としない。その一方で、こうした一般的な蛋白分解酵素は膜内の疎水性条件下のペプチド結合を切断することができない。しかし、大腸菌の蛋白であるFtsHなど一部の蛋白分解酵素はATPaseドメインとproteaseの活性中心を合わせ持ち、標的膜蛋白全体を(膜貫通領域を含んで)分解する能力を持つことが近年明ちかになってきた。このような事実を考慮し、γ切断が同定されたときからの研究者の間で共通した疑問である、γ切断はどうして膜通過領域のほぼ中心というきわめて疎水性の高い部分で起こるのか、水分子はどのようにして膜内に供給されるのかという問題を解決する仮説をたてた。
昨年、試験管内γセクレターゼ・アッセイ系を確立した。そして、この系をγセクレターゼが関与する切断であるAPPCTFとNotchΔEの両方について再現し最適条件を決定した上、この試験管内反応溶液に高エネルギー3燐酸結合を含んだエネルギー源を添加することで効率の飛躍的な向上が認められないか検討した。その結果、γ切断によるAPP-CTFγの生成にはATPは使われていないことが明らかになった。しかしながら、白血病治療薬のgleevecを用いた研究によりγ切断がエネルギー依存的である可能性が報告された。我々の実験は試験管内反応であり、その過程では如何なる処理をしてもATPの有無は切断に何ら影響を与えなかったことから、膜内蛋白分解の過程にはATPを必要とする前段階が存在する可能性が示唆される。

Research Products

• [Publications] Fluhrer, R., Multhaup, G., Schlicksupp, A., Okochi, M., et al.: "Identification of a beta-secretase activity, which truncates amyloid beta-peptide after presenilin dependent generation."J Biol Chem.. 278. 5531-5538 (2003)
• [Publications] 大河内正康, 武田雅俊: "アルツハイマー病・アミロイドβ蛋白を生成するメカニズムはいくつかの他のペプチドを同時に生成している-新規Notch-βペプチドの発見および、そのアルツハイマー病予期診断マーカーとしての応用の可能性について"精神神経学雑誌. 105. 43-46 (2003)
• [Publications] 大河内正康, 武田雅俊: "βアミロイドは何か?段階的蛋白分解を伴うシグナル伝達の結果放出される小さなペプチド群について"日本痴呆学会誌. 17. 36-45 (2003)
• [Publications] Okochi, M., Takeda, M.: "Presenilins mediate a dual intramembranous γ-secretase cleavage of Notch-1"Annual Report of Osaka University-Academic Acievement 2002-2003,22 Graphics Selections. 63 (2004)
• [Publications] Okochi, M., Fukumori, A., et al.: "Alzheimer's γ-secretase mechanism produces Amyloid-β-protein like peptides simultaneously with release of intracellular signaling fragments"Molecular Neurobiology of Alzheimer Disease and Related Disorders, Karger Press. 1-11 (2003)