カルパインプロジェクトは、尾嶋孝一特別研究員（現所属：(独)畜産草地研究所）を筆頭として、神戸大学、東京大学、 JST、理化学研究所、首都大学東京、マンハイム大学、アリゾナ大学、国立国際医療研究センター研究所などとの共同研究において、筋特異的に発現するタンパク質分解酵素^注1)であるカルパイン3^注2)の 活性不全により、運動ストレスに対する筋肉の防御反応が機能せず、筋ジストロフィーが発症してしまうことを初めて明らかにしました。筋ジストロフィーは、東京都で難病指定（都 74）されており、まだ決定的な治療法が見つかっていない重篤な疾患ですが、この発症機序や治療･予防法を考える上で重要な手がかりを与えるものです。

この研究成果は8月2日（米国東部時間）の米国科学雑誌「Journal of Clinical Investigation（ジャーナルオブクリニカルインベスティゲーション）」に掲載されました（オンライン版発表は7月1日（米国東部時間））。

なお、この研究は、東京都医学研究機構プロジェクト研究費、独立行政法人科学技術振興機構CREST、文部科学省科学研究費補助金特定領域研究、基盤研究(B)、厚生労働省精神･神経疾患研究委託費、武田科学振興財団特定研究助成金を活用して行われたものです。

また、下記のメディアで紹介して頂きました。
都政新報7月9日第5629号1面、朝日新聞7月16日朝刊27面、
福祉保健局ミニ通信292号7月15日2頁

---

Ojima, K., Kawabata, Y., Nakao, H., Nakao,K., Doi, N., Kitamura, F., Ono, Y., Hata, S., Suzuki, H., Kawahara, H., Bogomolovas, J., Witt, C., Ottenheijm, C., Labeit, S., Granzier, H., Toyama-Sorimachi, N., Sorimachi, M., Suzuki, K., Maeda, T., Abe, K., Aiba, A., and Sorimachi, H. (2010) Dynamic distribution of muscle-specific calpain in mice has a key role in physical-stress adaptation and is impaired in muscular dystrophy.（物理的ストレス及び筋ジストロフィー状態での筋肉特異的カルパインの動的局在変化の生理的意義のマウスでの解析） J. Clin. Invest., 120, 2672–2683.

---

　

筋ジストロフィーは筋肉の変性・壊死が年齢と共に進行する遺伝性の難病です。

その一つの肢帯型筋ジストロフィー^注3)の中で世界的に40％前後を占めるのが2A型（LGMD2A、カルパイン不全が原因のため「カルパイノパチー」とも呼びます）です。LGMD2Aは筋特異的に発現するタンパク質分解酵素である「カルパイン3」の遺伝子変異が原因で発症しますが、その発症機序は不明でした。

私たちは分解活性を持たないカルパイン3を発現する遺伝子改変マウスを作出・解析することで、その解明を目指し、その結果、筋の運動ストレスに対する防御応答がカルパイン3の分解活性不全のため正常に機能せず、LGMD2Aが発症することを示しました。

• カルパイン3のタンパク質分解活性不全の遺伝子改変マウスは加齢および運動ストレスによりヒトの筋ジストロフィーの症状と同様に重篤化しました（図1）。


• 骨格筋の運動刺激に応じてカルパイン3の細胞内局在が変化し、これにタンパク質分解活性が関与しました。



---



• 正常マウスでは運動ストレスにおいて筋特異的アンキリン反復タンパク質2（MARP2）^注4)や熱ショックタンパク質（HSP）^注5)の量が上昇するのに対し、上記遺伝子改変マウスでは上昇しませんでした（図2）。

　以上よりMARP2やHSPを介した運動に対する筋肉の正常な防御反応のためには、カルパイン3のタンパク質分解活性が必須であり、活性がない場合は筋肉が変性・壊死してジストロフィー症状が重篤化することが示されました（図3）。

　カルパイン3の遺伝子変異が筋ジストロフィーを発症することは見出されていましたが、その発症機序は15年間全く不明でした。

　今回、カルパイン3が筋肉細胞中を動き回ってその状態を監視していること、カルパイン3のプロテアーゼとしての活性不全でMARP2やHSPの誘導が不 全になることなどを明らかにすることができ、まだ決定的な治療法が見つかっていない筋ジストロフィーの発症機序や治療･予防法を考える上で重要な手がかり を与えると考えられます。

• 注1)　プロテアーゼ（タンパク質分解酵素）：タンパク質は アミノ酸が数十～数万個つながって出来たものですが、このつながりの切断反応を行う酵素です。人間には500種類以上のプロテアーゼの遺伝子が存在し、消 化、免疫、癌転移、発生、生殖など様々な生命現象にプロテアーゼが関与しています。プロテアーゼ自身もタンパク質でできており、また、細胞内には様々なタ ンパク質が働いているため、その活性は厳密に制御されています。
• 注2)　カルパイン：体を構成する細胞内において様々な機能 調節に関わるプロテアーゼで、細胞内のカルシウムが結合することにより酵素機能を発揮します。哺乳動物には15種類のカルパインが存在し、カルパイン3以 外にも数種のカルパインが胃腸疾患（カルパイン8と9）、糖尿病（カルパイン10）、アルツハイマー病（カルパイン1と2）などの治療の標的として注目さ れています。
• 注3)　肢帯型筋ジストロフィー（LGMD）：筋ジストロ フィーは、年齢と共に筋肉が進行性に萎縮していく遺伝病で、まだ決定的な治療法が見つかっていない難病です。肢帯型は腹部に近い筋肉が主に萎縮するもの で、十数種の責任遺伝子が知られており、その一つがカルパイン3です。この変異が原因で起こるものを2A型（即ちLGMD2A）といい、カルパイン不全で生じるため「カルパイノパチー」とも呼びます。LGMDの中では 最も頻度の高いもので、世界的には約5万人に一人の割合で発症します。
• 注4)　筋特異的アンキリン反復タンパク質2（MARP2）：アンキリンと呼ばれるタンパク質と類似の配列を持ち筋肉に発現するタンパク質で、遺伝子の発現を制御する転写因子と相互作用してその活性を調節し、筋肉で発現する遺伝子を調節します。筋肉にストレスがかかった時にその修復反応を行うため発現量が増加します。
• 注5)　熱ショックタンパク質（HSP）：熱をはじめ様々なストレスが細胞にかかったとき、発現が上昇して細胞を守るために働く一群のタンパク質です。熱などで不安定になった他のタンパク質と相互作用することで安定化させる、などの効果で細胞を健全な状態に近づけるために機能します。