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アルギニンの正電荷を消失させるシトルリン化 CYTOSKELETON NEWS 2014年10月号

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CYTOSKELETON NEWS 2014年10月号 アルギニンの正電荷を消失させるシトルリン化

アルギニンの正電荷を消失させるシトルリン化

タンパク質のシトルリン化(脱イミノ化)は、アルギニンがシトルリンに変換される新しい翻訳後修飾(PTM)で、目的タンパク質に重要な変化をもたらします。ペプチジルアルギニンデイミナーゼ(PADs)は、カルシウム依存的な脱イミノ化を介してアルギニン側鎖のグアニジノ基をウレイド基に変換し、非標準アミノ酸であるシトルリンを形成します(図1参照)。PAD アイソフォームは5種類(PAD1-4、PAD6)存在し、重要な配列相同性を共有していますが、主に組織特異的発現に違いが見られます1。PADs は、タンパク質のアルギニン側鎖の修飾に重要な役割を果たす遊離L-アルギニンを、脱イミノ化することはできません2。現在のところ、逆反応を行う酵素は同定されていません。

タンパク質のアルギニン側鎖が脱イミノ化されることで、目的タンパク質の正電荷が減少し、局所的な疎水性が増大します。タンパク質のシトルリン化は、タンパク質のアンフォールディング3、タンパク質間、または、タンパク質と他の細胞成分との相互作用の減少4、他のシグナル伝達イベント(例: アルギニンのメチル化5,6)との干渉、免疫応答や自己免疫を誘発する新規の抗原エピトープの形成7 などにつながります。

シトルリン化は、タンパク質の機能にネガティブな影響を与えるように見えますが、生理学的には重要なプロセスであると言えます。シトルリン化されたタンパク質は、分化、神経成長、胚発生、細胞死、遺伝子調節において重要な役割を果たします8。PAD によってシトルリン化されることが知られているタンパク質には、生物学的に関連のある、ケラチン、フィラグリン、トリコヒアリン、ビメンチン、ミエリン塩基性タンパク質(MBP)、ヒストン、α-エノラーゼ、フィブリノーゲン、フィブリン、I型/II型コラーゲン、β-アクチン、チューブリンなどがあります9-11。興味深いことに、これらの中には、細胞骨格や構造の一部であるタンパク質が多く含まれています。

タンパク質の異常なシトルリン化は、多発性硬化症、アルツハイマー病、慢性関節リウマチ(RA)、乾癬、プリオン病、肝線維症、慢性閉塞性肺疾患(COPD)、癌などの、様々な疾患に関連しています8,12,13。これらの、全てではありませんが、ほとんどが炎症性疾患であり、炎症において PAD が重要な働きをしていることと一致しています14。RA では、関節炎の関節滑液中で特異的にシトルリン化されるタンパク質がいくつか同定されており10、その多くは上述した通りです。これらのタンパク質がシトルリン化されると、自己抗体を産生する新規エピトープとなり7、得られた抗シトルリン化タンパク質抗体(ACPAs)は、RA の標準的な診断および予後の指標となります15-17。Circulating ACPAs は、RA の他の症状の前に現れることが多く、疾患の初期徴候、重度の関節損傷、心血管合併症の高い発症リスクと関連しています15-17

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図1 ペプチジルアルギニンデアミナーゼ(PADs)によるアルギニンのシトルリン化

ビメンチンは中間径フィラメント(IF)を構成するタンパク質で、RA に関連するシトルリン化タンパク質の一つです18。ビメンチン細胞骨格は、細胞および組織の完全性の維持、細胞の接着や移動、多くの細胞シグナル伝達イベントなどにおいて不可欠です19。シトルリン化ビメンチンは、RA 患者の滑液中で ACPAs の産生を誘発する、重要な働きを担っていると考えられています20。さらに、シトルリン化ビメンチンに対して産生された自己抗体は、破骨細胞形成を介した骨損失を直接誘導することが示されています21。ビメンチンのシトルリン化は、PAD2 を介すると考えられており、シトルリン化によってビメンチンの正常な機能が損なわれると、フィラメントが不安定化し、in vitro における重合能が失われ、細胞内のビメンチン細胞骨格の崩壊につながります4,22。また、それとは逆に、シトルリン化ビメンチンは、活性化Tリンパ球内で PAD2 によって誘導されるアポトーシスに能動的な役割を有することが示されています23。RA患者の滑液(SF)中で実際に免疫細胞のアポトーシスが起こることはわかっていますが、「通常は細胞内にあるビメンチンが細胞外に露出し、自己免疫応答を誘発する可能性」のようなアポトーシスが自己免疫応答の前段階であるかどうかを解明するため、さらなる研究が必要とされています。

第一、第二世代 PAD 阻害剤は、タンパク質のシトルリン化が重要となる疾患のモデル動物を用いた前臨床試験で、有望な結果を得られています24。今後、PAD 阻害剤の研究が進展し、ヒト臨床試験に移行できるような効力・選択性・薬理作用を持つ阻害剤が開発されることが期待されます。

参考文献

1. E.R. Vossenaar et al. 2003. PAD, a growing family of citrullinating enzymes: genes, features and involvement in disease. Bioessays. 25, 1106-1118.
2. H. Takahara et al. 1986. Calcium-dependent properties of peptidylarginine deiminase from rabbit skeletal muscle. Agric. Biol. Chem. 50, 2899-2904.
3. E. Tarcsa et al. 1996. Protein unfolding by peptidylarginine deiminase. Substrate specificity and structural relationships of the natural substrates trichohyalin and filaggrin. J. Biol. Chem. 271, 30709-30716.
4. M. Inagaki et al. 1989. Ca2+-dependent deimination-induced disassembly of intermediate filaments involves specific modification of the amino-terminal head domain. J. Biol. Chem. 264, 18119-18127.
5. Y. Wang et al. 2004. Human PAD4 regulates histone arginine methylation levels via demethylimination. Science. 306, 279-283.
6. G.L. Cuthbert et al. 2004. Histone deimination antagonizes arginine methylation. Cell. 118, 545-553.
7. G.A. Schellekens et al. 1998. Citrulline is an essential constituent of antigenic determinants recognized by rheumatoid arthritis-specific autoantibodies. J. Clin. Invest. 101, 273-281.Z.
8. Baka et al. 2012. Citrullination under physiological and pathological conditions. Joint Bone Spine. 79, 431-436.
9. K. Conrad et al. 2010. Profiling of rheumatoid arthritis associated autoantibodies. Autoimmun. Rev. 9, 431-435.
10. J.J. van Beers et al. 2013. The rheumatoid arthritis synovial fluid citrullinome reveals novel citrullinated epitopes in apolipoprotein E, myeloid nuclear differentiation antigen, and β-actin. Arthritis Rheum. 65, 69-80.
11. Z. Jiang et al. 2013. Investigating citrullinated proteins in tumour cell lines. World J. Surg. Oncol. 11, 260.
12. S. Abdeen et al. 2011. Serum anti-modified citrullinated vimentin antibody concentration is associated with liver fibrosis in patients with chronic hepatitis. Hepat Med. 3, 13-18.
13. B. Jang et al. 2013. Peptidylarginine deiminase and protein citrullination in prion diseases: strong evidence of neurodegeneration. Prion. 7, 42-46.
14. D. Makrygiannakis et al. 2006. Citrullination is an inflammation-dependent process. Ann. Rheum. Dis. 65, 1219-1222.
15. W.J. van Venrooij et al. 2002. Anticitrullinated protein/peptide antibody and its role in the diagnosis and prognosis of early rheumatoid arthritis. Neth. J. Med. 60, 383-388.
16. E.J. Kroot et al. 2000. The prognostic value of anti-cyclic citrullinated peptide antibody in patients with recent-onset rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 43, 1831-1835.
17. O. Meyer et al. 2003. Anticitrullinated protein/peptide antibody assays in early rheumatoid arthritis for predicting five year radiographic damage. Ann. Rheum. Dis. 62, 120-126.
18. E.R. Vossenaar et al. 2004. Rheumatoid arthritis specific anti-Sa antibodies target citrullinated vimentin. Arthritis Res. Ther. 6, R142-R150.
19. J. Ivaska et al. 2007. Novel functions of vimentin in cell adhesion, migration, and signaling. Exp. Cell Res. 313, 2050-2062.
20. K. Van Steendam et al. 2011. The relevance of citrullinated vimentin in the production of antibodies against citrullinated proteins and the pathogenesis of rheumatoid arthritis. Rheumatology. 50, 830-837.
21. U. Harre et al. 2012. Induction of osteoclastogenesis and bone loss by human autoantibodies against citrullinated vimentin. J. Clin. Invest. 122, 1791-1802.
22. I. Hojo-Nakashima et al. 2009. Dynamic expression of peptidylarginine deiminase 2 in human monocytic leukaemia THP-1 cells during macrophage differentiation. J. Biochem. 146, 471-479.
23. P.C. Hsu et al. 2014. Vimentin is involved in peptidylarginine deiminase 2-induced apoptosis of activated Jurkat cells. Mol. Cells. 37, 426-434.
24. K.L. Bicker and P.R. Thompson. 2013. The protein arginine deiminases: Structure, function, inhibition, and disease. Biopolymers. 99, 155-163.

アクチン タンパク質/抗体

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-A 4*250 UG
¥58,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-B 2*1 MG
¥70,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-C 5*1 MG
¥139,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-D 10*1 MG
¥266,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-E 20*1 MG
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Actin Protein (skeletal muscle, >95% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL95-B 1*1 MG
¥28,000
Actin Protein (skeletal muscle, >95% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL95-C 5*1 MG
¥111,000
Actin Protein (platelet non-muscle, >99% pure), Human, Unlabeled詳細データ CYT APHL99-A 2*250 UG
¥64,000
Actin Protein (platelet non-muscle, >99% pure), Human, Unlabeled詳細データ CYT APHL99-C 1*1 MG
¥106,000
Actin Protein (platelet non-muscle, >99% pure), Human, Unlabeled詳細データ CYT APHL99-E 5*1 MG
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Actin Protein, smooth muscle, >99% pure詳細データ CYT AS99-A 1*1 MG
¥36,000
Actin Protein, smooth muscle, >99% pure詳細データ CYT AS99-B 5*1 MG
¥148,000
Actin Protein (cardiac muscle, >99% pure), Bovine, Unlabeled詳細データ CYT AD99-A 1*1 MG
¥36,000
Actin Protein (cardiac muscle, >99% pure), Bovine, Unlabeled詳細データ CYT AD99-B 5*1 MG
¥148,000
Anti Actin w/positive control, Human (Rabbit) Unlabeled詳細データ CYT AAN01-B 3*100 UG
販売終了

チューブリン タンパク質/抗体

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Tubulin (porcine brain, >99% pure), Porcine詳細データ CYT T240-A 1*1 MG
¥36,000
Tubulin (porcine brain, >99% pure), Porcine詳細データ CYT T240-B 5*1 MG
¥159,000
Tubulin (porcine brain, >99% pure), Porcine詳細データ CYT T240-C 20*1 MG
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Anti Tubulin w/o positive control (Sheep) Unlabeled詳細データ CYT ATN02-B 6*100 UG
販売終了

アセチルリジン マウスモノクローナル抗体

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Anti Acetyl Lysine (Trial size),  (Mouse) , 3C6.08.20詳細データ CYT AAC01-S 25 UL
[1 x 25 μl]
¥30,000
Anti Acetyl Lysine,  (Mouse) , 3C6.08.20詳細データ CYT AAC01 200 UL
[2 x 100 μl]
¥105,000

ビメンチン タンパク質

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Vimentin, Syrian Hamster詳細データ CYT V01-A 2*50 UG
販売終了
Vimentin, Syrian Hamster詳細データ CYT V01-C 10*50 UG
販売終了

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