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研究用

翻訳後修飾(PTM)は心臓病において細胞骨格タンパク質を調節する CYTOSKELETON NEWS 2016年7月号

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CYTOSKELETON NEWS 2016年7月号 翻訳後修飾(PTM)は心臓病において細胞骨格タンパク質を調節する

翻訳後修飾(PTM)は心臓病において細胞骨格タンパク質を調節する

循環器疾患は、米国における死因の約3分の1を占めており、その大部分は心臓病です1。心臓病の病理学的検査では、心筋細胞(心臓の収縮および拍動を生み出す心臓の細胞)の死または機能障害が見られる場合が多くあります。心筋細胞の収縮機能の調節には、イオンチャネル/ポンプ、細胞骨格タンパク質、受容体などの多くのタンパク質や細胞機構が重要な役割を担っています。興味深いことに、これらのタンパク質の多くは、部分的に翻訳後修飾(PTM)を介して調節されています。翻訳後修飾(PTM)は、全体的な細胞応答の一部として、タンパク質を素早くかつ繊細に変化させることが可能です2。例えば、心不全を起こしたヒト心臓サンプルでは、重要な筋小胞体Ca2+/ATPアーゼ 2a (SERCA2a) のSUMO化が減少します3。興味深いことに、SERCA2a のSUMO化の回復は、心筋細胞の機能の修復に十分であることが示されており、SUMO化されたSERCA2a は治療介入のターゲットになり得ると考えられます。実際に、近年開発された低分子化合物である N106(SUMO活性化酵素 E1 リガーゼの活性化を介して SERCA2a のSUMO化を引き起こし、SUMO化を維持する)は、心不全を起こしたマウスの心室機能を改善します4。翻訳後修飾を受けたタンパク質が、心筋細胞の機能や心不全の進行に重要な役割を果たす例は、他にも多数報告されています2。本稿では、翻訳後修飾を受けた細胞骨格タンパク質が、心筋の収縮と心臓の正常な機能を促進する例を3つご紹介します。

 

微小管: α-チューブリン

微小管(MT)は、心筋細胞において、圧縮に対する抵抗成分としての機能、細胞内輸送の実行、収縮力を細胞内シグナルに変換することによるシグナル伝達の中継などの、複数の役割を担っています5。微小管は、α/ß-チューブリンからなるヘテロ二量体が重合して形成されます。特に、α-チューブリンのc末端領域は、グルタミン酸化、アセチル化、脱チロシン化などの多数の翻訳後修飾を受けています6。複数の研究で、チューブリンの翻訳後修飾がヒトの疾患の進行に関連することが示されています。α-チューブリンの脱チロシン化や、α-チューブリン尾部(C末端)のチロシン残基の切断は、特に注目されています。脱チロシン化は微小管ベースの機械的シグナル伝達に影響することから、この修飾を受けると細胞骨格の強度が増加し、心筋細胞の機能が変化します7SiR-チューブリンを用いた高速でのサブ回折イメージングにより 、α-チューブリンの脱チロシン化は、微小管をサルコメアに固定して、収縮の際に微小管のバックリング(座屈)を調節するために重要であることが明らかにされています8(図1)。さらに、α-チューブリンの脱チロシン化は、肥大型/拡張型心筋症と診断された患者において優位に増加していましたが、アセチル化とグリコシル化は、微小管のバックリング(座屈)に特に重要な役割を果たしていませんでした8。心臓病において、どの翻訳後修飾が微小管の代替機能を調節しているのかを検討することは、大変興味深いです。

微小管: α-チューブリン

図1 静止状態で心筋細胞のサルコメア(筋節)に付着した微小管(MT)(A)。収縮に応答して微小管がバックリング(座屈)し、筋細胞の形状の変化に適応する(B)。微小管の脱チロシン化が減少すると、サルコメアへの付着が低下し、その結果、微小管はバックリング(座屈)せずに滑り込む(C)。

中間径フィラメント: デスミン

デスミンは、筋特異的に発現する中間径フィラメントタンパク質で、心筋細胞の収縮機構のための足場を形成します。デスミンの変異は、様々な心臓疾患において重要な役割を果たしており、デスミン心筋症(DRM: desmin-related myopathies)として分類されています5。デスミンは、リン酸化、ユビキチン化、ADP-リボシル化により、高度に翻訳後修飾されています9。重要なことに、デスミンの機能障害および筋関連疾患の進行に、これらの修飾が関与しています。例えば、絶食させたマウスの筋肉から調製した筋原線維では、デスミンがリン酸化されており、続いて起こるユビキチン化や分解のための目印となって、デスミンのタンパク質レベルを減少させます10。病態条件下の心筋細胞においてこの機構が生じるかどうかはわかっていませんが、他の研究で、心臓病においてデスミンのリン酸化による修飾が変化することが示されています11。デスミンは、翻訳後修飾により高度に修飾されていることから、翻訳後修飾のクロストークが、デスミンの発現や切断、および機能の調節においてどのような重要性を持つのかを検討することは、心臓病との関連性の面からも大変興味深いです。

 

トロポニン複合体: 心筋トロポニン I(cTnI)

トロポニン複合体(三量体)は、カルシウムによって活性を制御され、アクチンフィラメント上のトロポミオシンの位置を調節する、サルコメア(筋節)の収縮における重要な調節因子です。トロポニン複合体を構成する成分の一つである心筋トロポニン I(cTnI)は、サルコメアの収縮における重要な調節因子として機能し、分解されると血中に流出することから、心臓病の重要なバイオマーカーとなります12。心筋トロポニン I は、複数の部位でリン酸化されて、トロポニン複合体の形成や心筋細胞の機能に影響を与えると考えられていますが、ヒトの心臓病ではリン酸化の状態が変化することが報告されています12。心筋トロポニン I のその他の翻訳後修飾についてはほとんどわかっていませんが、ヒト心臓に由来する精製心筋トロポニン I を用いたプロテオミクス研究により、心筋トロポニン I がアセチル化、酸化、切断、リン酸化を受ける可能性があることが示されています13。しかし、この研究はゲル上のシングルバンドを用いて解析を行っており、ユビキチン化やSUMO化などの修飾を見落としている可能性があります。心臓病において、心筋トロポニン I の機能が翻訳後修飾によって調節されているかどうかは、ほとんどわかって(同定されて)いません。しかし、心筋トロポニン I は重要な疾患バイオマーカーであることから、翻訳後修飾についての研究は有意義であると考えられます。

 

まとめ

本稿では、翻訳後修飾が、細胞骨格タンパク質において重要な役割を担っており、広く調節に関わっていること、また、ヒトの健康および心不全などの疾患に対して重大な影響をもたらすことを説明しました。心臓病の潜在的な治療ターゲットとして、翻訳後修飾が注目を集めています。翻訳後修飾の新たなターゲットを同定するための新しいツールが開発されており、細胞骨格タンパク質を翻訳後修飾依存的に調節する新しいメカニズムの発見が期待されています。Cytoskeleton社の Signal Seeker™ キットは、翻訳後修飾を受けたタンパク質を生理条件下で解析することが可能で、疾患の進行における役割を検討するためにご利用いただけます。

参考文献
  1. Mozaffarian D. et al. 2016. Executive Summary: Heart Disease and stroke Statistics – 2016 Update. Circulation. 133, 447-454.
  2. Liddy K. et al. 2013. Functional decorations: post-translational modifications and heart disease delineated by targeted proteomics. Genome Med. 5, 20.
  3. Kho C. et al. 2011. SUMO1-dependent modulation of SERCA2a in heart failure. Nature. 477, 601-605.
  4. Kho C. et al. 2015. Small-molecule activation of SERCA2a SUMOylation for the treatment of heart failure. Nat. Commun. 6, 7229.
  5. Sequeria V. et al. 2014. The physiological role of cardiac cytoskeleton and its alterations in heart failure. Biochim. Biophys. Acta. 1838, 700-722.
  6. Magiera M. and Janke C. 2014. Post-translational modifications of tubulin. Curr. Biol. 24, R351-354.
  7. Kerr J. et al. 2015. Detyrosinated microtubules modulate mechanotransduction in heart and skeletal muscle. Nat. Commun. 6, 8526.
  8. Robison R. et al. 2016. Detyrosinated microtubules buckle and bear load in contracting cardiomyocytes. Science. 352, aaf0659.
  9. Capetanaki Y. et al. 2015. Desmin related disease: A matter of cell survival failure. Curr. Opin. Cell Biol. 32, 113-120.
  10. Cohen S. et al. 2012. Ubiquitylation by Trim32 causes coupled loss of desmin, Z-bands, and thin filaments in muscle atrophy. J. Cell Biol. 198, 575-589.
  11. Agnetti G. et al. 2014. Desmin modifications associate with amyloid-like oligomers deposition in heart failure. Cardiovasc. Res. 102, 24-34.
  12. Wijnker P.J.M. et al. 2014. Troponin I phosphorylation in human myocardium in health and disease. Neth. Heart J. 22, 463-469.
  13. Zabrouskov V. et al. 2008. Unraveling molecular complexity of phosphorylated human cardiac troponin I by top down electron capture dissociation/electron transfer dissociation mass spectrometry. Mol. Cell Proteomics. 7, 1838-1849.

Signal Seeker™ キット

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Signal-SeekerTM Phosphotyrosine Enrichment Kit詳細データ CYT BK160 30 ASSAY
¥204,000
Signal-SeekerTM Ubiquitin Enrichment Kit詳細データ CYT BK161 30 ASSAY
¥204,000

抗体・アフィニティ―ビーズ

[商品詳細]

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Anti Acetyl Lysine,  (Mouse) , 3C6.08.20詳細データ CYT AAC01 200 UL
[2 x 100 μl]
¥105,000
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詳細データ CYT AAC01-BEADS 2*200 UL
販売終了
Anti Phosphotyrosine,  (Mouse) , 27B10.4詳細データ CYT APY03 2*100 UL
¥105,000
Anti Phosphotyrosine (Trial Size),  (Mouse) , 27B10.4詳細データ CYT APY03-S 1*25 UL
¥30,000
Anti Phosphotyrosine Affinity Beads,  (Mouse) , 27B10.4詳細データ CYT APY03-BEADS 4*300 UL
¥155,000
Anti Phosphotyrosine,  (Mouse) Horseradish Peroxidase, 27B10.4詳細データ CYT APY03-HRP 1*100 UL
¥120,000
Anti Phosphotyrosine (Trial Size),  (Mouse) Horseradish Peroxidase, 27B10.4詳細データ CYT APY03-HRP-S 1*25 UL
¥38,000
Anti SUMO-2/3,  (Mouse) , 12F3詳細データ CYT ASM23 200 UL
[2 x 100 μl]
¥105,000
Anti SUMO 2/3 (Trial Size),  (Mouse) , 12F3詳細データ CYT ASM23-S 25 UL
[1 x 25 μl]
¥30,000
Anti SUMO-2/3,  (Mouse) , 11G2詳細データ CYT ASM24 2*200 UL
¥107,000
Anti SUMO-2/3 (Trial Size),  (Mouse) , 11G2詳細データ CYT ASM24-S 1*150 UL
¥38,000
Anti SUMO-2/3 Affinity Beads,  (Mouse) , 11G2詳細データ CYT ASM24-BEADS 800 UL
[2 x 400 μl]
¥155,000
Anti Ubiquitin,  (Mouse) , P4D2詳細データ CYT AUB01 2*100 UL
¥105,000
Anti Ubiquitin (Trial size),  (Mouse) , P4D2詳細データ CYT AUB01-S 1*25 UL
¥29,000

精製アクチン

[商品詳細]

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
お問い合わせ
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 (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
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 (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
お問い合わせ
Pre-formed actin filaments (rabbit skeletal muscle), Rabbit詳細データ CYT AKF99-A 1*1 MG
¥55,000
Pre-formed actin filaments (rabbit skeletal muscle), Rabbit詳細データ CYT AKF99-B 5*1 MG
¥196,000

その他のタンパク質

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Lyophilized Thin Filaments, Bovine詳細データ CYT CS-TFC01 1 MG
[1 x 1 mg]
販売終了
Tropomyosin/Troponin Complex, Bovine詳細データ CYT CS-TT05 1 MG
[1 x 1 mg]
¥87,000
Cardiac Myosin S1, Bovine詳細データ CYT CS-MYS03 1*250 UG
¥92,000

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