ADAM10媒介によるヒトプリオンタンパク質の切断と神経変性疾患との関係

背景紹介

多機能タンパク質のポリペプチド内切断処理はその生理機能の調節において重要であり、多くの病理状態においても重要な役割を果たします。プリオンタンパク質（Prion protein, PrP）は広く発現する糖脂質酵素アンカータンパク質として、神経系における高発現性と多くの生理的役割が多機能性を示唆していますが、致命的で感染性のある神経変性プリオン病における主要な病理学的役割も確立されています。例えばCreutzfeldt-Jakob病（CJD）です。PrPはその病原性異性体（Prion protein scrapie, PrPsc）のテンプレート化と進行性誤折りたたみ及び沈着により神経細胞の死と脳海綿状変化を引き起こし、ADAM10（分解酵素及びメタロプロテアーゼ）が媒介するPrP切断はPrP機能の調節と神経変性疾患に関与するメカニズムとして考えられています。動物モデルとin vitro研究結果に基づき、本研究は、ヒト切断PrP（shed PrP, sPrP）を検出する特異的な抗体を生成し、ADAM10の切断プロセスにおける生物学的意義及び神経変性疾患との関係を明らかにすることを目的とします。

研究の出典

この論文は2024年に発表され、Feizhi Song、Valerija Kovac、Behnam Mohammadi及びHermann C. Altmeppenなどの学者が《Acta Neuropathologica》誌に掲載しました。彼らは、University Medical Center Hamburg-Eppendorf、University of Ljubljana、University Medical Center of Barcelonaなど、世界的に有名な研究機関から来ています。

研究手順及び方法

研究対象及びサンプル処理

研究では、後処理されたヒト組織サンプル（パラフィン包埋組織ブロック及び凍結サンプル）、脳脊髄液サンプル及び細胞系サンプルを含む多くのヒト及び動物サンプルを収集しました。これらのサンプルは倫理的承認を受け、各機関の実験室で取得及び処理されました。更に、研究はPrnp0/0マウスのような異なる種類の遺伝子改変マウスを使用して比較研究を行い、結果の普遍性をさらに確認しました。

抗体生成及び特異性の確認

研究者たちは、まずY226位置で切断されると仮定したsPrPを検出するために、PrPに対する多クローン抗体sprpy226を生成しました。実験を通じてこれらの抗体の特異性を確認し、ヒト肺癌細胞系a549及び神経芽細胞腫細胞系sh-sy5yで初期テストを実施し、その検出信号がADAM10の活性に依存していることを確認しました。

実験手順

1. 構造モデリングと切断位点の予測：Pep-fold3とFlexPepDockツールを用いてヒトPrPのC末端配列をモデリングし、ADAM10の潜在的な切断位点を予測しました。
2. 抗体生成と検証：ウサギを用いて多クローン抗体sprpy226を生成し、様々な生化学実験（ウェスタンブロッティング及びELISAを含む）を通じてその特異性を検証しました。
3. 細胞系テスト：ヒトPrPをトランスフェクトしたSH-SY5Y細胞において、ADAM10阻害剤及び抗体3F4または6D11を使用して切断sPrP生成の状況をテストしました。
4. 動物モデルでの検証：Prnp0/0マウス及び広範にヒトPrPを表現する遺伝子改変マウスを使用して、異なる生物背景における研究結果を検証しました。

主な研究結果

1. 切断位点とADAM10依存性：

   • モデリングと実験により、ヒトPrPの切断位点がY226に確定し、生成されたsPrPがADAM10に依存することが確認されました。
   • 実験は、ADAM10特異阻害剤（GI254023Xなど）を使用することでsPrP信号が完全に阻止される一方、一般的な阻害剤（GW280264Xなど）がADAM10及びADAM17に対して効果的であることを示しました。

2. 抗体の特異性確認：

   • 生成された多クローン抗体sprpy226及びモノクローナル抗体v5b2を使用して、Y226までのヒトPrPのトランケート形式と完全なC末端形式をそれぞれ検出し、ウェスタンブロッティング及びELISA実験により両者が高い特異性及び親和性を持つことが確認されました。
   • さらなる免疫共沈実験は、sprpy226が変性サンプル検出に優れている一方、v5b2は天然サンプルにおいてより良好に機能することを示しました。

3. PrP結合による切断の可能性：

   • ヒト神経系において、特定の抗体結合がADAM10媒介のPrP切断を誘導できることが示されました。これは、体外条件においてこれらの抗体を通じてPrP機能を調節できることを示唆しています。

研究結論

本研究は特異的な抗体を生成することにより、初めてヒトPrPがY226で生理的に切断されることを確認し、これが完全にADAM10に依存することを示しました。さらなる実験により、この切断過程がヒト及び動物モデルのPrP誤折りたたみと蓄積の病的状況において重要な生物学的意義を持つことが示されました。PrP標的リガンド誘発の切断メカニズムを通じて、本研究は神経変性疾患の治療に新たな潜在経路を切り開きました。

研究ハイライト

• 新しい切断位点の発見：構造予測と実験検証を組み合わせて、初めてヒトPrPがY226位置で特定の酵素切断を受けることを示しました。
• ADAM10依存性：PrP切断過程におけるADAM10の決定的役割が確認され、他のメタロプロテアーゼは関与しないことが示されました。これにより、ADAM10をターゲットとする治療戦略の基礎が強化されました。
• 特異的抗体ツール：高特異性及び高親和性を持つ抗体sprpy226及びv5b2を生成及び検証し、ヒト及び関連動物におけるsPrPの検出と研究に広く使用できることを示しました。

意義及び応用価値

本研究は科学的に重要な意義を持ち、神経変性疾患におけるプリオンタンパク質の役割理解に新たな見解を提供します。同時に、ヒトPrPの切断過程を検出及び調整することにより、新たな治療戦略の開発が現実味を帯びています。特定抗体を使用してPrPの機能を調節し、関連疾患と闘うことが可能になるかもしれません。

また、本研究は代替診断バイオマーカーの開発の可能性を提供します。sPrPは容易に取得可能な体液バイオマーカーとして、神経変性疾患の早期診断及び進行のモニタリングに役立てることができるでしょう。