前蛋白変換酵素FurinがTGF-βシグナル伝達を損なう新しい動脈瘤感受性遺伝子として

2025-03-21 Fri
学術的背景大動脈瘤（Aortic Aneurysm, AA）は大動脈の異常拡張を特徴とする疾患で、腹部大動脈と胸部大動脈に多く見られます。大動脈瘤は65歳以上の人口において発症率が高く、適切な診断と治療が行われない場合、致命的な破裂を引き起こす可能性があります。年齢、喫煙、高血圧、男性性別は重要なリスク要因とされていますが、これらの要因は必要でも十分でもなく、遺伝的素因が疾患の発症に重要な役割を果たしていることが示唆されています。現在、ほとんどの大動脈瘤症例、さらには家族性大動脈瘤においても、既知の病因遺伝子変異は見つかっていません。非選択的腹部大動脈瘤患者の約2％、非選択的胸部大動脈瘤患者の約5％が既知の大動脈瘤遺伝子に（おそらく）病原性変異を有しているに過ぎません。これは、ほとんどの大動脈瘤が複雑な遺伝的背景を持ち、複数の遺伝子の相互作用が関与している可能性を示しています。
トランスフォーミング成長因子β（Transforming Growth Factor-β, TGF-β）シグナル経路は大動脈瘤の発症において重要な役割を果たしています。Furinはプロタンパク質変換酵素であり、TGF-β前駆体の成熟過程に関与しています。したがって、Furinは大動脈瘤の潜在的素因遺伝子と考えられています。本研究は、全エクソームシーケンシングと機能実験を通じて、Furin遺伝子変異が大動脈瘤における遺伝的素因性とTGF-βシグナル経路への影響を探ることを目的としています。
論文の出典本研究は、ベルギーのルーヴェン大学（KU Leuven）とオランダのエラスムス医療センター（Erasmus MC）の複数の研究者によって共同で行われました。主な著者にはZongsheng He、Arne S. Ijpma、Danielle Majoor-Krakauerなどが含まれます。論文は2024年4月18日に『Cardiovascular Research』誌にオンライン掲載され、タイトルは「The proprotein convertase furin is a novel aneurysm predisposition gene impairing TGF-β signalling」です。
研究の流れ1. 患者コホートと全エクソームシーケンシング研究では、2009年1月から2019年7月までにエラスムス医療センターで連続的に診断された781名の大動脈瘤患者とその罹患親族が対象となりました。全エクソームシーケンシング（Whole-Exome Sequencing, WES）を用いて、これらの患者における稀なFurin遺伝子変異を検出しました。シーケンスデータはBWAソフトウェアを使用して参照ゲノム（hg19）とアライメントされ、変異の呼び出しはGATKソフトウェアで行われ、変異のアノテーションはANNOVARツールを使用しました。
2. Furin遺伝子変異の機能検証体外実験では、13種類のFurin遺伝子変異（R81C、P169T、V210Aなど）の発現ベクターを構築し、HEK-293T細胞に一過性にトランスフェクションしました。免疫ブロット解析を用いて、これらの変異がFurinタンパク質の成熟、分泌、および酵素活性に及ぼす影響を検証しました。さらに、蛍光基質（Pyr-RTKR-AMC）を使用して、これらの変異体のプロテアーゼ活性を測定しました。
3. 患者由来の線維芽細胞実験7名のFurin遺伝子変異を有する患者から皮膚線維芽細胞を採取し、これらの細胞におけるTGF-β前駆体の処理、下流エフェクター分子SMAD2およびERK1/2のリン酸化レベル、およびTGF-β応答遺伝子ACTA2のmRNA発現レベルを分析しました。さらに、Furin遺伝子のノックダウンを行い、FurinがTGF-βシグナル経路に及ぼす影響をさらに検証しました。
4. 大動脈組織の組織学および免疫組織化学的分析P169T変異を有する患者の上行大動脈瘤組織を組織学的および免疫組織化学的に分析し、Furin、コラーゲン、フィブリリン、TGF-β、およびACTA2の発現を健康対照組織と比較しました。
主な結果1. Furin遺伝子変異の発見781名の大動脈瘤患者のうち、13種類の稀なFurin遺伝子変異が3.7％（29名）の無関係な患者に認められ、そのうち72％の患者が多発性動脈瘤または解離を有していました。これらの変異は、体外実験においてFurinタンパク質の成熟と酵素活性の低下を示しました。
2. Furin変異がTGF-βシグナル経路に及ぼす影響患者由来の線維芽細胞では、TGF-β前駆体の処理、SMAD2およびERK1/2のリン酸化レベル、およびACTA2遺伝子のmRNA発現レベルが有意に低下していました。Furin遺伝子のノックダウンにより、FurinがTGF-βシグナル経路を調節していることがさらに確認されました。
3. 大動脈組織の病理学的変化P169T変異を有する患者の大動脈組織では、中程度から重度の動脈瘤の特徴が観察され、弾性線維の断裂、平滑筋細胞の乱れ、およびコラーゲン線維とフィブリリンの減少が認められました。免疫組織化学的分析では、Furin、TGF-β、およびACTA2の発現レベルが有意に低下していました。
4. 臨床的特徴29名のFurin遺伝子変異を有する患者のうち、72％が多発性動脈瘤を有し、41％が胸部大動脈瘤または解離を有し、58％が中動脈瘤を有していました。さらに、41％の患者がマルファン様体型、脊柱側弯、関節過可動性などの結合組織疾患の特徴を示しました。
結論本研究は、Furin遺伝子が大動脈瘤の遺伝的素因遺伝子であることを初めて実証し、その変異がTGF-βシグナル経路に影響を及ぼすことで大動脈瘤の発症を引き起こすことを明らかにしました。Furin遺伝子変異は腹部大動脈瘤、胸部大動脈瘤、および中動脈瘤患者において比較的頻繁に見られ、その効果は個々の遺伝的背景によって調節されています。研究は、Furin遺伝子を大動脈瘤の診断遺伝子パネルに追加することを提案し、高リスク患者と家族成員の早期識別に役立つ可能性を示しています。
研究のハイライト新たに発見された遺伝的素因遺伝子：Furin遺伝子は、大動脈瘤に関連する遺伝的素因遺伝子として初めて実証されました。
TGF-βシグナル経路の調節メカニズム：研究は、Furin遺伝子がTGF-βシグナル経路を調節することで大動脈瘤の発症に寄与するメカニズムを明らかにしました。
多分野にわたる研究方法：全エクソームシーケンシング、体外機能実験、患者由来の細胞実験、および組織学的分析を組み合わせることで、Furin遺伝子の機能を包括的に検証しました。
臨床的意義：研究結果は、大動脈瘤の遺伝的診断と家族スクリーニングに新たな根拠を提供し、高リスク個体の早期識別と介入に役立つ可能性があります。
研究の価値本研究は、Furin遺伝子が大動脈瘤における遺伝的素因性を明らかにするだけでなく、TGF-βシグナル経路が大動脈瘤の発症に果たす役割を理解するための新たな視点を提供しています。研究結果は、大動脈瘤の診断と治療戦略の改善に重要な臨床的価値を持ち、特に家族性大動脈瘤の早期スクリーニングと予防に貢献する可能性があります。