ミオシンのアセチル化はサルコメアの構造と機能を調節する CYTOSKELETON NEWS 2014年5月号

サルコメア複合体は、カルシウム感受性で、筋細胞において機械化学的な変換ユニットとして重要な役割を果たしています。ミオシン、アクチン、トロポミオシン、3種類のトロポニンを含みます。そのうちの１つであるトロポニンCは、カルシウムが結合すると、ミオシンとF-アクチンの結合を促進します。サルコメアの機能を制御しているカルシウムレベルは、筋小胞体の RyR2 受容体チャネルで発生する電気信号によって起こる、カルシウム流入によって変動します¹。他に、サルコメアの構成要素をリン酸化する、ミオシン軽鎖キナーゼ［MLCK］、ミオシン軽鎖2［MLC2］、cAMP依存性プロテインキナーゼ［PKA］などのキナーゼによっても制御されています^2,3。近年は、アセチル化、メチル化、酸化、ユビキチン化などによる調節も報告されています^4,5。前臨床研究や肥大性心疾患の治療に、ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）阻害剤が使用されていること^6,7や、正しくサルコメアが機能するためには、ミオシンのアセチル化されたアミノ酸が重要であるという報告^8,9から、近年、アセチル化がさらに重要であると考えられています。

Mahesh Gupta の研究グループは、心機能における HDAC 阻害剤の研究を通して、サルコメアの機能にアセチル化が重要であることを示しました。報告によると、ヒストンアセチルトランスフェラーゼ（HAT; p300/CBP-associated factor [PCAF]）と HDAC（HDAC4）の両方がサルコメアマトリックスに局在し、HDAC 阻害剤で処理した筋フィラメントでは力発生が増加します⁸。2011年には、別の HDAC（HDAC3）も心臓のサルコメアに結合していることを示しました⁹。また、広範に認識する抗アセチル化抗体を使用して、アセチル化タンパク質の一つがミオシンであることを示しました。近年、Foster ら¹⁰が、ブタ心臓タンパク質の初期アセチル化タンパク質を解析した結果、240 のタンパク質中 994のリジン残基が修飾され、ミオシンの多くのリジン残基がアセチル化されていたと報告しました。実際、49 のアセチル化リジン残基を持つミオシンは、最もアセチル化されているタンパク質です¹⁰。ミオシンのリジン残基は、コイルドコイル、ヒンジ領域およびアクチン結合部位でアセチル化されています（図1参照）。

図1　ミオシン構造略図および報告されているアセチル化部位
Foster ら¹⁰が発見したリジン残基を黄色、Samant ら⁹を緑色で示す。アセチル化は、アクチンやATPの結合部位からヒンジ領域・コイルドコイルまで、ミオシンの重要な機能領域の全てをカバーしている。

ミオシンは、心筋細胞におけるアセチル化のターゲットとして特出しており、多くの研究グループによって生化学的および機能的な研究が行われています。In vitro において、PCAF HAT を用いてミオシンをアセチル化すると、2つのリジン残基（K549 と K633）がアセチル化されることが明らかとなりました。どちらも頭部ドメイン内で、アクチン結合部位（K549）または力発生に関わるヒンジ領域（K633）に隣接しており、ミオシンの重要な機能に影響を与える位置に配置されています⁹。K549 の修飾は、in vivo のサンプルにおいても確認されましたが、K633 の修飾は、in vivo では検出されませんでした。in vitro で、修飾されたミオシンを調製して酵素反応解析を行うと、Km（ミカエリス定数）は 30% 低下、アクチンフィラメントの運動性は 20-36% 増加しており、in vivo における機能的な活性に、かなり影響を与えている可能性があります。このような実験では、酵素反応速度論や、特異的に修飾されたアミノ酸部位の定量的な測定について、より詳細な解析が求められます。

心臓ストレス／機能障害モデル（大動脈狭窄・6週間）において、ミオシンのアセチル化はコントロールの10倍以上に増加することが示されています⁹。また、イソプロテレノール（肥大アゴニスト）を使用した実験では、ストレスによるアイソフォーム発現の変化や肥大に先立って、アセチル化が3日間で30%増加しました。これらの結果は、ミオシンのアセチル化が急速に起こり、機械的に効率を向上させるような変化を引き起こすことを示唆しています。

興味深いことに、Foster ら¹⁰による全体のアセチル化タンパク質を検出する方法や、他のグループがそれぞれ異なる組織を用いて行った方法などからは、Gupta 博士の研究室が報告した2つのアセチル化リジンは検出されませんでした。これは広範なアセチル化研究においては一般的で、異なる報告から検出されたアセチル化ペプチドが有意に重複している（30-60%）こともあれば、重要な新発見があることもあります。このことは、おそらく新たな研究分野や異なる方法論を採用した結果であると考えられますが、まだ全ては解明されていません。アセチル化の割合を決定すること、広範で特異的な配列を認識する新しい抗体、特定のアミノ酸を特異的にアセチル化する技術などは、今後の実験や方法論の構築に役立つと考えられます。

Cytoskeleton 社では、アセチル化研究に役立つ新しいモノクローナル抗体（品番： AAC01）を販売しています。他の抗アセチル化抗体に比べてユニークな配列を認識し、アセチル化ミオシンを簡単に検出することが可能です。

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• 2020年8月号　細胞膜染色用蛍光プローブ
• 2020年4月号　生細胞におけるF-アクチンプローブ
• 2020年3月号　コロナウイルスと細胞骨格
• 2020年2月号　タウ（Tau）の将来性をMapping
• 2020年1月号　Rho GTPaseによる細胞遊走制御

• 2019年12月号　表現型プロファイリング：アクチンに焦点を当てたがん治療
• 2019年11月号　チューブリンの過剰グルタミル化、ミトコンドリア、神経変性
• 2019年9月号　細胞運動性を制御するために相互作用する膜張力とアクチン細胞骨格
• 2019年8月号　Rac1B、がん、およびRac1
• 2019年7月号　Rhoファミリー GTPases、神経可塑性、およびうつ状態
• 2019年6月号　アクチンメチオニン酸化： 動的制御の次の段階
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• 2019年2月号　生細胞画像化に対するCNS疾患や障害

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