神経変性疾患に関わるタンパク質のミスフォールディングと毒性発揮のメカニズム解明

阐明神经退行性疾病中蛋白质错误折叠和毒性的机制

基本信息

批准号：
18J12708
负责人：
安齋樹
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University (2019)Keio University (2018)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼ（SOD1）は、銅・亜鉛イオンを結合する金属タンパク質で、反応性の高い活性酸素であるスーパーオキシドを過酸化水素と酸素分子に変換する重要な酵素である。一方、SOD1のミスフォールディングは、一部の筋萎縮性側索硬化症（ALS）にみられる病理学的変化で、ミスフォールドしたSOD1がALSの発症に関与することが提案されているものの、その詳細は明らかでない。そこで本研究では、ALS患者の病変部位である脊髄において、酸化ストレスを示すマーカーの値が非常に高く、様々な生体分子が酸化されやすい状況にあることに着目した。特に、SOD1が産生する過酸化水素は酸化剤として機能することから、SOD1は酸化されることでミスフォールドするのではないかと考えた。SOD1は4つのシステインを有しており、そのうち2つ（Cys57とCys146）は分子内ジスルフィド（S-S）結合を形成している。残り2つ（Cys6とCys111）は還元したチオール（-SH）として存在するが、SOD1が産生する過酸化水素によってCys111が選択的にスルフェン酸（-SOH）へと酸化されることが分かった。さらに、結合していた銅・亜鉛イオンが解離すると、タンパク質構造が大きく揺らぎ、通常は離れた位置にあるCys6がCys111のスルフェン酸を攻撃して、Cys6とCys111の間でS-S結合を形成した。つまり、酸化ストレスの増大と銅・亜鉛イオンの解離によって、2つのS-S結合を持った異常なSOD1（SOD1^2SS）が形成することを見出した。さらに、このSOD1^2SSは、凝集して不溶性の沈殿になりやすく、運動ニューロン様の培養細胞であるNSC-34に添加すると毒性を示すことから、SOD1^2SSがALSの発症に関与する可能性が考えられた。

铜锌超氧化物歧化酶（SOD1）是一种结合铜和锌离子的金属蛋白，是将超氧化物（一种高活性活性氧）转化为过氧化氢和氧分子的重要酶。另一方面，SOD1的错误折叠是在某些类型的肌萎缩侧索硬化症(ALS)中观察到的病理变化，并且有人提出SOD1的错误折叠与ALS的发病有关，具体细节尚不清楚。因此，在本研究中，我们关注的是ALS患者的病变部位脊髓中指示氧化应激的标志物水平极高，并且各种生物分子容易被氧化。特别是，由于SOD1产生的过氧化氢起到氧化剂的作用，因此我们认为SOD1可能因氧化而发生错误折叠。 SOD1 具有四个半胱氨酸，其中两个（Cys57 和 Cys146）形成分子内二硫键 (S-S)。其余两种（Cys6 和 Cys111）以还原硫醇（-SH）形式存在，但发现 Cys111 被 SOD1 产生的过氧化氢选择性氧化为次磺酸（-SOH）。此外，当结合的铜离子和锌离子解离时，蛋白质结构显着波动，通常位置较远的Cys6攻击Cys111的次磺酸，在Cys6和Cys111之间形成S-S键。换句话说，我们发现由于氧化应激增加以及铜和锌离子的解离，形成了具有两个S-S键的异常SOD1（SOD1^2SS）。此外，这种SOD1^2SS倾向于聚集成不溶性沉淀物，并且当添加到培养的运动神经元样细胞NSC-34中时具有毒性，这表明SOD1^2SS可能与ALS的发病有关。