構造の異なるαシヌクレイン線維は、
プロテアソーム阻害の違いにより異なる病理を誘導する

研究の背景

アルツハイマー病をはじめとする神経変性疾患では、患者の死後脳を調べると、多くの場合、その病気に特徴的なタンパク質の線維状凝集体の蓄積が見られます。パーキンソン病、レビー小体型認知症や多系統委縮症等では、αシヌクレイン(αSyn)と呼ばれるタンパク質の線維状凝集体の蓄積が観察され、これらの疾患はαシヌクレイノパチーと呼ばれます。凝集体が蓄積する部位と神経変性が起きる部位が密接に関わりあっていること、αSyn遺伝子に変異が生じることで発症することから、αSyn凝集体自身がαシヌクレイノパチーの原因であると考えられます。しかし、αSyn凝集体が原因であるのであれば、αSyn凝集体にどのような毒性があるのか？αSyn凝集体によって異なる疾患が引き起こされるのはなぜか？などはわかっていませんでした。

研究の概要

近年の研究から、パーキンソン病、レビー小体型認知症、多系統委縮症の患者の死後脳に蓄積しているαSynの線維状凝集体の構造は、それぞれ異なることが明らかになってきました。そこで、我々は大腸菌を用いて精製した可溶性のαSynタンパク質を使って、異なる条件の元で線維状凝集体を形成しました。αSynの線維状凝集体を、塩化カリウム(KCl)の非存在下（αSyn凝集体KCl-）と生理的条件の塩化カリウムの存在下（αSyn凝集体KCl＋）で形成し、この二つの凝集体が異なる構造を持つことを確認しました。

次に、これらの凝集体を野生型マウスの脳内に注入したところ、前者(αSyn凝集体KCl-)を注入したマウスでは、αシヌクレイノパチーと同様に、リン酸化*2）したαSyn凝集体の蓄積が顕著に認められましたが、一方、後者(αSyn凝集体KCl＋)を注入したマウスでは、αSyn凝集体の蓄積はほとんど認められませんでした(図1)。

次に、これらの凝集体を培養した神経細胞に導入したところ、マウスの脳内に注入した時と同様に、前者(αSyn凝集体KCl-)を注入した神経細胞でのみ、リン酸化したαSyn凝集体の蓄積が顕著に認められました。また、αSyn凝集体KCl-を導入した神経細胞では、ユビキチン化したタンパク質が蓄積していました。ユビキチン化したタンパク質はプロテアソームにより分解されることから、αSyn凝集体KCl-はプロテアソーム活性を阻害するのではないかと考えました。そこで、精製したプロテアソームのタンパク質分解活性を、それぞれのαSyn凝集体の存在下で計測したところ、αSyn凝集体KCl-の存在下でのみ、プロテアソームのタンパク質分解活性が低下することがわかりました。また、αSyn凝集体KCl-のみが、精製したプロテアソームと相互作用することがわかりました。

続いて、これらのαSyn凝集体の構造のどの部分が異なるかを質量分析により解析したところ、αSyn凝集体KCl-では、αSyn凝集体KCl＋よりも、αSynのC末端領域が露出していることがわかりました。そこで、C末端領域を欠いたαSyn(αSynΔC)を精製し、塩化カリウムの非存在下で凝集体を形成し、得られた凝集体(αSynΔC凝集体KCl-)を培養した神経細胞に導入したところ、リン酸化したαSyn凝集体の蓄積はほとんど認められませんでした。また、SynΔC凝集体KCl-は、プロテアソームと相互作用せず、活性も阻害しませんでした。αSynのC末端領域はマイナスに荷電していることから、塩化カリウムなどの塩の存在の有無により、Ｃ末端領域の電荷に変化が生じ、異なる構造のαSyn凝集体が形成され、露出したC末端領域を持つαSyn凝集体がプロテアソームの活性を阻害すると考えられます(図2)。

今回の結果から、αSyn凝集体の毒性はその構造により異なり、プロテアソームの活性を阻害する毒性をもつ構造のものが存在することが明らかになりました。また、αSynの構造の違いにより引き起こされる病理が異なることの原因が明らかとなり、今後αシヌクレイノパチーの発症メカニズムの解明につながることが期待されます。

用語解説

*1）プロテアソーム：

ユビキチン化タンパク質を分解するエネルギー依存性の巨大な酵素複合体。プロテアソームの異常は様々な疾患や老化と関与することが示唆されている。

*2) リン酸化：

タンパク質の機能面での調節や、細胞全体のシグナル伝達において主要なメカニズムを担う化学反応で、生物にとって重要な調節機構である。