プロテインキナーゼCγの変異はキナーゼの自己阻害を損なうことにより脊髄小脳失調症14型を促進する

SCIENCE SIGNALING
27 Sep 2022 Vol 15, Issue 753
DOI: 10.1126/scisignal.abk1147

Caila A. Pilo^1,2, Timothy R. Baffi^1,†, Alexandr P. Kornev¹, Maya T. Kunkel^1,‡, Mario Malfavon¹, Dong-Hui Chen³, Leigh-Ana Rossitto^1,2, Daniel X. Chen³, Liang-Chin Huang⁴, Cheryl Longman⁵, Natarajan Kannan^4,6, Wendy H. Raskind^7,8,9, David J. Gonzalez¹, Susan S. Taylor¹, George Gorrie⁵, Alexandra C. Newton^1,*

1. ¹ Department of Pharmacology, University of California, San Diego, La Jolla, CA 92037, USA.
2. ² Biomedical Sciences Graduate Program, University of California, San Diego, La Jolla, CA 92037, USA.
3. ³ Department of Neurology, University of Washington, Seattle, WA 98195, USA.
4. ⁴ Institute of Bioinformatics, University of Georgia, Athens, GA 30602, USA.
5. ⁵ Queen Elizabeth University Hospital, Glasgow, Scotland G51 4TF, UK.
6. ⁶ Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Georgia, Athens, GA 30602, USA.
7. ⁷ Department of Medicine/Medical Genetics, University of Washington, Seattle, WA 98195, USA.
8. ⁸ Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, University of Washington, Seattle, WA 98195, USA.
9. ⁹ Mental Illness Research, Education and Clinical Center, Department of Veterans Affairs, Seattle, WA 98108, USA.

* Corresponding author. Email: anewton@health.ucsd.edu

† Present address: La Jolla Institute for Allergy and Immunology, La Jolla, CA 92037, USA.

‡ Present address: Eclipse BioInnovations, San Diego, CA 92121, USA.

PKCγの保護による神経変性

キナーゼPKCγの変異は、遺伝性神経変性疾患である脊髄小脳性運動失調症14型（SCA14）を引き起こし、一般に活性化脂質を感知するタンパク質領域に見つかる。Piloらは、これらの変異がタンパク質内の自己抑制性接触を破壊することにより、キナーゼの基底活性を増加させることを発見した。この構造変化はまた、通常は異常なPKCγの分解につながる品質管理経路を損なわせた。SCA14関連変異体を発現するトランスジェニックマウスは、運動失調に関連したプルキンエ細胞の喪失および小脳におけるPKCγ標的タンパク質のリン酸化の増加を示した。これらの知見は、これらの変異がいかにPKCγの活性を促進するかを説明しており、予後と治療への手がかりを提供する可能性がある。

要約

脊髄小脳性運動失調症14型（SCA14）は、ジアシルグリセロール（DAG）/ Ca²⁺調節性プロテインキナーゼCγ（PKCγ）の生殖細胞変異によって引き起こされる神経変性疾患であり、プルキンエ細胞の変性と進行性の小脳機能障害を引き起こす。同定された変異のほとんどは、DAGを感知するC1ドメインに集中している。ここでは、FRETベースの活性レポーターを用いて、SCA14関連のPKCγ変異（これまでに記載されていない変異D115Yを含む）が、その自己阻害を損なうことによりキナーゼの基底活性を増強することを発見した。自己阻害を損なうが分解を引き起こすPKCの他の変異とは異なり、C1ドメインの変異はPKCγをそのようなダウンレギュレーションから保護した。ヒトSCA14関連H101Y変異体PKCγトランスジーンを発現するマウス由来の小脳のリン酸化プロテオーム解析によって明らかにされたように、この増強された基礎シグナル伝達は脳リン酸化プロテオームを再配線した。in vitroで高い基底活性を誘導した変異は、患者の平均発症年齢の早期化と関連していた。さらに、アゴニスト刺激活性ではなく、自己抑制の破壊の程度が、疾患の重症度と相関していた。分子モデリングは、C1ドメイン内にないほぼすべてのSCA14変異がC1Bドメインとの境界面に位置することを示しており、C1Bドメイン内およびその近位の変異が、酵素をダウンレギュレーションから保護しながらPKCγの基底活性を独自に増強するため、SCA14に罹患しやすくなることを示唆している。これらの結果は、PKCγ活性化がいかに調節され、SCA14関連変異による小脳リン酸化プロテオームのダウンレギュレーションが疾患の進行にいかに影響するかについての洞察を提供する。