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亜铅欠乏に対する新しい细胞応答の机构を解明 筋萎缩性侧索硬化症の病态解明に向けて

平成25年9月27日

东京大学大学院薬学系研究科

1．発表者：
一條秀憲（东京大学大学院薬学系研究科薬科学専攻　教授）
本間謙吾（东京大学大学院薬学系研究科薬科学専攻　特任研究員）

2．発表のポイント：　
◆厂翱顿1というタンパク质が、亜铅欠乏时に构造を変化させることで、细胞の恒常性の维持に重要な働きを担っていることを明らかにしました。
◆野生型厂翱顿1は生体内の亜铅が欠乏した环境下では、筋萎缩性侧索硬化症（础尝厂）を引き起こす様々なタイプの変异型厂翱顿1タンパク质と同様の共通构造をとることを明らかにしました。
◆本研究成果により、础尝厂のみならず亜铅欠乏によって起こる様々な疾患に対する新たな治疗薬开発につながることが期待されます。

3．発表概要：
筋萎縮性側索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis；ALS）は、人生の中盤から後半にかけて発症する割合が高く、運動神経が特異的に障害される神経変性疾患です。东京大学大学院薬学系研究科の一條秀憲教授らの研究グループは、これまで遺伝的要因が関与しているALS（家族性ALS）には変異型SOD1（注1）が共通した立体的な構造をとることにより神経細胞死を引き起こすこと、また、正常なSOD1（野生型SOD1）も環境によって変異型SOD1と同じ構造をとる場合があることを明らかにしています。しかし、野生型SOD1の構造変化とその機構は不明でした。
今回、同研究グループは、野生型厂翱顿1は亜铅が欠乏している环境下で変异型様の构造に変化し、亜铅欠乏细胞の恒常性（注2）の维持に寄与していることを明らかにしました。本研究成果により、亜铅欠乏によって起こる様々な疾患に対する新たな治疗薬の开発につながることが期待されます。また、亜铅恒常性の破绽と础尝厂病态に関する研究の新たな契机になることも期待されます。
　 本研究成果は、2013年9月27日に、米国の科学雑誌「Molecular Cell」のオンライン版に公開されます。なお、本研究は、文部科学省脳科学研究戦略推進プログラムの一環として、また科学研究費補助金ならびに先駆的医薬品?医療機器研究発掘支援事業などの助成を受けて行われました。

4．発表内容：
＜研究の背景＞
　 筋萎縮性側索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis；ALS）は、人生の中盤から後半にかけて発症する割合が高く、運動神経が特異的に障害される神経変性疾患です。ALSの発症には遺伝的要因が関与しているもの（家族性ALS）があり、最も高頻度に見られる遺伝子変異としてCu/Zn superoxide dismutase (SOD1)が知られています。东京大学大学院薬学系研究科の一條秀憲教授らは以前の研究により、家族性ALSにみられる変異型SOD1は共通した立体的な構造をとることを報告していました。小胞体は細胞内小器官の1つであり、分泌タンパク質や膜タンパク質の適切な立体構造形成に重要な働きを果たしています。正しい立体構造がとれなかったタンパク質は小胞体に蓄積します。小胞体に存在するDerlin-1（注3）というタンパク質は小胞体内に蓄積したこのような不良タンパク質の分解に関わります。家族性ALSにみられる立体構造が変化した変異型SOD1は、Derlin-1と結合してその働きを阻害し、そのために小胞体ストレス（注4）を過剰に誘導して、運動神経の細胞死を引き起こすことを明らかにしました。興味深いことに、正常なSOD1（野生型SOD1）にももともとDerlin-1結合部位が存在すること、また、血清を含まない培地で培養した細胞においては、野生型SOD1でも変異型SOD1と同じように、Derlin-1結合部位を露出した構造をとることも明らかとなっていました。しかし、どのような条件において野生型SOD1の構造が変化するのか、またその生理的意義については不明でした。

＜研究の详细＞
　 今回、同研究科の本間謙吾特任研究員や一條秀憲教授らの研究グループは、野生型SOD1の構造変化を制御する血清中の因子として亜鉛を同定しました。また、亜鉛欠乏時には野生型SOD1は変異型SOD1と同様の構造に変化し、Derlin-1結合部位を露出することによりDerlin-1と結合することを明らかにしました。野生型SOD1には亜鉛が結合しており、亜鉛欠乏時にはSOD1から亜鉛が失われることによって構造が変化することが分かりました。一方、亜鉛欠乏時にDerlin-1の発現を抑制した細胞では、小胞体ストレス応答が抑制され、細胞生存率が低下しました。これらの結果は、亜鉛欠乏時に野生型SOD1の構造変化によって引き起こされるDerlin-1との結合は、生理的な小胞体ストレス応答を引き起こし、シャペロン（注4）や亜鉛トランスポーターの発現を誘導したり、他のタンパク質合成を抑制することによって亜鉛欠乏細胞の恒常性と生存維持に寄与していることを示唆しています。
　 これまで野生型SOD1は抗酸化機能をもつことが知られていましたが、今回の研究により、亜鉛欠乏に対抗する応答反応としての小胞体ストレスを惹起する分子スイッチとして働くことが新たに示唆されました。

＜社会的意义?今后の期待＞
　 今回、本間研究員らは、野生型SOD1も亜鉛欠乏時にALSの原因となる変異型SOD1と同じ構造をとること、そしてDerlin-1と結合することで亜鉛欠乏に対抗するための小胞体ストレス応答反応が誘導されることを明らかにしました。本研究により、亜鉛欠乏に応答するための新しい分子機構が明らかになったことから、亜鉛欠乏によって起こる様々な疾患に対する新たな治療薬開発につながると期待されます。また、SOD1の構造変化がALS病態に関わっていることから、本研究はSOD1の構造変化と密接な関係にある亜鉛恒常性の破綻と、ALS病態に関する研究の新たな契機になることが期待されます。

5．発表雑誌：
雑誌名：Molecular Cell（オンライン版の場合：9月27日）
论文タイトル：
SOD1 as a molecular switch for initiating the homeostatic ER stress response under zinc deficiency
着者：
Kengo Homma, Takao Fujisawa, Naomi Tsuburaya, Namiko Yamaguchi, Hisae Kadowaki, Kohsuke Takeda, Hideki Nishitoh, Atsushi Matsuzawa, Isao Naguro, and Hidenori Ichijo*
DOI番号： 10.1016/j.molcel.2013.08.038
アブストラクト鲍搁尝：

6．问い合わせ先：
　 一條秀憲教授
　 東京大学?大学院薬学系研究科?薬科学専攻 細胞情報学教室

　一条不在时
　 本間謙吾
　 東京大学?大学院薬学系研究科?薬科学専攻 細胞情報学教室

※「文部科学省　脳科学研究戦略推進プログラム」に関するお问い合わせ
脳科学研究戦略推进プログラム　事务局　（担当：大塩）

7．用语解説：
（注1）SOD1（Cu/Zn superoxide dismutase）：スーパーオキシドを酸素と過酸化水素へ不均化する抗酸化酵素。最も高頻度に見られるALSの原因遺伝子であり、100種類以上の遺伝子変異が報告されています。
（注2）恒常性：外界の変化に対応して生物が一定の状态、构造などを保とうとする性质。细胞内でも一定の状态や环境が保たれるような仕组みが働いています。
（注3）小胞体ストレス：小胞体は细胞内小器官の1つであり、分泌タンパク质や膜タンパク质の适切な立体构造形成に重要な働きを果たしています。小胞体ストレスとは、环境要因または遗伝的要因によって、小胞体内腔に异常な立体构造をとった不良タンパク质が蓄积した状况を指します。これに対して细胞は小胞体ストレス応答と呼ばれる応答により対抗します。
（注4）顿别谤濒颈苍-1：小胞体内に不良タンパク质が蓄积することを回避するための、不良タンパク质を小胞体内から细胞质に逆输送し分解する机构に重要な小胞体膜タンパク质。
（注5）シャペロン：他のタンパク质が适切な构造を形成し、正しく机能することを助けるタンパク质の総称。

8．添付资料：