商品情報

記事ID : 34545
研究用

Rab GTPase と 神経変性 CYTOSKELETON NEWS 2018年8月号

このエントリーをはてなブックマークに追加

CYTOSKELETON NEWS 2018年8月号

Rab GTPase と 神経変性

GTPaseのRasスーパーファミリーのメンバーであるRab GTPaseは、ヒトにおいて、少なくとも60のアイソフォームを発現し1、そのうち24のアイソフォームは、中枢神経系(CNS)に豊富に発現するか、特異的に発現します2。Rab GTPaseは、内膜系における小胞の形成、成熟、輸送、連結、および融合を調節する細胞内膜輸送の不可欠な調節因子です3。ニューロンにおいて、Rab媒介膜/小胞輸送は、ニューロン生理学の実質的なあらゆる局面に関与しており、その機能障害は、いくつかの神経変性疾患に関与しています2,4-7 (図.1)。事実、膜輸送の機能障害は、神経変性の初期マーカーとなります5。本稿では、パーキンソン病(PD)およびアルツハイマー病(AD)におけるRab媒介輸送の欠陥について概説いたします。

PDの原因は主に特発性であり、PD症例のほんの一部は家族性であり、またRab活性および膜輸送に関与するタンパク質の変異に起因します。変異タンパク質には、Rab39b、α-シヌクレイン、PTEN誘発推定キナーゼ(PINK1)、およびロイシンリッチリピートキナーゼ2(LRRK2)が含まれます4,6,7。Rab39b遺伝子の機能喪失変異が、レビー小体病理および知的障害の症状を伴う遺伝性の早期発症PDに直接関連するため、Rab39bは特に興味深いアイソフォームです8-10。Rab39bは、ニューロンにおいて選択的に発現し、海馬ニューロンのシナプス後膜へのAMPA受容体(AMPAR)サブユニットGluA2輸送を調節します4。Rab39bの変異は、未成熟シナプスおよび知的障害に関連するGluA2を欠くAMPARの形成をもたらします11,12。しかしながら、これらのAMPARがドーパミン作動性ニューロンの選択的変性にどのように寄与するかは未だ不明です4。α-シヌクレインは、PDの病理学的特徴の1つであるレビー小体を構成する細胞内タンパク質凝集体の主要成分です5,6,12。そして、α-シヌクレインは、膜輸送調節のために、Rab1,3a、5,7,8,11,13および35を含む複数のRabアイソフォームと相互作用し、共局在します(図.1)。

PDモデル( in vitro および in vivo )において、特定のRab(Rab1,3a、8,11,13)の過剰発現は、 変異体または野生型α-シヌクレインの過剰発現によるER / ゴルジ輸送障害や運動活性障害やドーパミンニューロン消失の一部または全てを逆転させます4,6,12。逆に、Rab35の過剰発現は、ドーパミンニューロンにおける変異型α-シヌクレインの凝集を増加させました4。Rab8a、8bおよび13は、PINK1活性化後にリン酸化されますが、PINK1自体はリン酸化されません13。Rab8のリン酸化は、PINK1のノックダウンまたは細胞株における変異によって妨げられます13。このことは、Rab8媒介のポストゴルジタンパク質輸送がPD患者のPINK1変異によって負の影響を受ける可能性があることを示唆しています4。LRRK2は、シナプス小胞のリサイクルおよびオートファジーに関与する哺乳類のキナーゼです14。LRRK2のショウジョウバエ相同体であるLrrkは、後期エンドソーム/リソソームに関連するアイソフォームであるRab7と直接相互作用し、調節します15。構造的に活性なLRRK2変異体は、早期から後期エンドソームへのRab7媒介タンパク質輸送を阻害し、Rab7の過剰発現はこの抑制を救済します16。LRRK2と相互作用する他のRabアイソフォームは、Rab3,5,8,10,12,32,35および38です4,6,7,17。 総合すると、これらの研究は、Rabが媒介する膜/小胞輸送のホメオスタシスを破壊する病原性変異タンパク質との間接的な関係を通じて、Rab GTPaseがPDの病因に関与することを強く示唆しています(図.1)。そして、特発性PDに直接関連する機能障害を有する単一のRabアイソフォームが存在するのか?または病因がRab媒介性膜輸送における一般的で広範な機能障害に起因するのか?という興味深い疑問が残ります7

ニューロンにおけるRab GTPaseの機能
図.1 ニューロンにおけるRab GTPaseの機能(図は、文献4より引用)

PDと同様に、ADのほとんどの症例は特発性です。現在、アミロイドベータ(Ab)プラークおよび神経原線維変化の終局病態生理学や認知障害の発症に対して、Rab媒介性膜輸送欠陥の関与を究明している段階です。重要なことに、特発性ADにおけるAbの沈着に先立って、リソソーム内の欠陥が先行します。そして、AD発病の早期に起こるRab GTPaseの発現レベルおよび/または活性において、不均衡があると現在考えられています。初期のリソソーム内欠陥には、軽度の認知障害またはADと診断された患者の死後にコリン作動性前脳基底部および海馬ニューロンで観察されたRab5陽性の早期エンドソーム肥大やおよびリソソーム蓄積4やRab4,5,7および27 mRNAおよびタンパク質レベルのアップレギュレーションが含まれます18,19。これらの知見は、Rab媒介性エンドサイトーシス経路がADにおいて過剰に活性化され、Abおよびタウを含むタンパク質のプロセシング/輸送に悪影響を与えることを示唆しています。

プレセニリン1(PSEN1)、プレセニリン2(PSEN2)、およびアミロイド前駆体タンパク質(APP)の変異に関連する家族性ADについては、Rab媒介性リソソーム内シグナル伝達において同様の機構的変化が起こる可能性があります4,5。プレセニリンは、APPのプロセシング、病理学的Ab種の前駆体、タンパク質輸送およびターンオーバー(代謝回転)、およびオートファゴソーム/リソソーム機能に関与するプロテアーゼです4,5。機能的PSEN1は、Rab6の膜局在化によって達成される適切なRab6活性化に必要です。したがって、PSEN1の機能喪失は、ゴルジ体とERとの間のRab6媒介タンパク質輸送を損ないます20。また、活性型Rab GTPaseのレベル低下は、過剰な補償応答を引き起こし、Rab GTPaseの発現および/または機能の不均衡をさらに悪化させる可能性があります。例えば、AD患者では、Rab6発現レベルは5倍に増加し、PSEN1変異細胞ではRab4および6発現レベルが増加します4。逆に、PSEN1変異体を発現する細胞は、Rab8と膜の結合レベルの低下を示しました4。PSEN2は、後期エンドソーム/リソソームに特異的に局在しているため、Rab GTPアーゼはPSEN2と共同して働く可能性があり、そこでこれらの区画に輸送されるタンパク質を切断します4。この能力において、PSEN2変異体は、これらの区画における病理学的Abレベルの増加をもたらし、それによりエンドソーム/リソソーム機能を損ない、RabがAD病因に寄与する別の手段を提供するとも考えられています。

まとめ

PDおよびADにおいて、Rab GTPアーゼは、活性、調節および/または発現を変化させます。おそらく、Rabおよび神経変性の研究からの最も明白な教訓は、特定のRabアイソフォームが、PDおよびADにおける病理学的変異タンパク質の有害な効果を改善することができるため、Rab媒介活性、局在および発現レベルのバランス(すなわち、ホメオスタシス)を維持することが必須であるということであると同時に、他のRabアイソフォームで逆の効果が起こり得るということです。Rabホメオスタシスは、リソソーム内システムにおける初期の病原性変化を防ぐための鍵となります。特に、Rab GTPaseのリン酸化状態は、複数のキナーゼと直接的および間接的な相互作用を与えることも興味深い一面です。
Cytoskeleton社は、チロシンリン酸化、アセチル化、ユビキチン化、SUMO化を含む様々な翻訳後修飾(PTM)の内因性レベルを測定するためのSignal-Seeker™検出キットを提供し、研究者が目的タンパク質のPTMプロファイルを構築することを可能にします。

参考文献
  1. Brighouse A. et al. 2010. Rab protein evolution and the history of the eukaryotic endomembrane system. Cell. Mol. Life Sci. 67, 3449-3465.
  2. D’Adamo P. et al. 2014. RAB GTPases and RAB-interacting proteins and their role in the control of cognitive functions. Neurosci. Biobehav. Rev. 46, 302-314.
  3. Binotti B. et al. 2016. Functions of Rab proteins at presynaptic sites. Cells. 5, E7.
  4. Kiral F.R. et al. 2018. Rab GTPases and membrane trafficking in neurodegeneration. Curr. Biol. 28, R471-R486.
  5. Wang D. et al. 2013. Membrane trafficking in neuronal maintenance and degeneration. Cell. Mol. Life Sci. 70, 2919-2934.
  6. Shi M.-M. et al. 2017. Rab GTPases: The key players in the molecular pathway of Parkinson’s disease. Front. Cell. Neurosci. 11, 81.
  7. Clague M.J. and Rochin L. 2016. Parkinson’s disease: A traffic jam. Curr. Biol. 26, R332-R334.
  8. Wilson G.R. et al. 2014. Mutations in RAB39B cause X-linked intellectual disability and early-onset Parkinson disease with α-synuclein pathology. Am. J. Hum. Genet. 95, 729-735.
  9. Lesage S. et al. 2015. Loss-of-function mutations in RAB39B are associated with typical early-onset Parkinson disease. Neurol. Genet. 1, e9.
  10. Mata I.F. et al. 2015. The RAB39B p.G192R mutation causes X-linked dominant Parkinson’s disease. Mol. Neurodegener. 10, 50.
  11. Mignogna M.L. et al. 2015. The intellectual disability protein RAB39B selectively regulates GluA2 trafficking to determine synaptic AMPAR composition. Nat. Commun. 6, 6504.
  12. Tang B.L. 2017. Rabs, membrane dynamics, and Parkinson’s disease. J. Cell Physiol. 232, 1626-1633.
  13. Lai Y.-C. et al. 2015. Phosphoproteomic screening identifies Rab GTPases as novel downstream targets of PINK1. EMBO J. 34, 2840-2861.
  14. Shin N. et al. 2008. LRRK2 regulates synaptic vesicle endocytosis. Exp. Cell Res. 314, 2055-2065.
  15. Dodson M.W. et al. 2012. Roles of the Drosophila LRRK2 homolog in Rab7-dependent lysosomal positioning. Hum. Mol. Genet. 21, 1350-1363.
  16. Gomez-Suaga P. 2014. LRRK2 delays degradative receptor trafficking by impeding late endosomal budding through decreasing Rab7 activity. Hum. Mol. Genet. 23, 6779-6796.
  17. Steger M. et al. 2017. Systematic proteomic analysis of LRRK2-mediated Rab GTPase phosphorylation establishes a connection to ciliogenesis. eLife. 6, e31012.
  18. Ginsberg S.D. et al. 2010. Microarray analysis of hippocampal CA1 neurons implicates early endosomal dysfunction during Alzheimer’s disease progression. Biol. Psychiatry. 68, 885-893.
  19. Ginsberg S.D. et al. 2011. Upregulation of select rab GTPases in cholinergic basal forebrain neurons in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease. J. Chem. Neuroanat. 42, 102-110.
  20. Scheper W. et al. 2004. Rab6 membrane association is dependent of Presenilin 1 and cellular phosphorylation events. Mol. Brain Res. 122, 17-23.

Signal Seeker™ Kits

PTM Antibodies, Beads, Etc

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Anti Acetyl Lysine (Mouse) 詳細データ CYT AAC02 2*100 UL
¥105,000
Anti Acetyl Lysine (Mouse) 詳細データ CYT AAC03 2*100 UL
¥105,000
Anti Acetyl Lysine (Mouse) Horseradish Peroxidase詳細データ CYT AAC03-HRP 1*100 UL
¥120,000
Anti Acetyl Lysine Affinity Beads (Mouse) 詳細データ CYT AAC04-BEADS 4*500 UL
¥155,000
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 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
Control for Ippt IgG beads詳細データ CYT CIG01-BEADS 10 ASSAY
¥30,000
Control for Acetyl- immunoprecipitation IgG beads詳細データ CYT CIG02-BEADS 10 ASSAY
¥30,000
Control for Ubiquitin Affinity Beads詳細データ CYT CUB02-BEADS 10 ASSAY
¥30,000
pagetop

■ CYTOSKELETON NEWS バックナンバー

2018年
2017年
2016年
2015年
2014年
2013年
2012年

商品は「研究用試薬」です。人や動物の医療用・臨床診断用・食品用としては使用しないように、十分ご注意ください。

お問い合わせ

「CYTOSKELETON NEWS 2018年8月号」は、下記のカテゴリーに属しています。

メーカー・代理店一覧

サポート情報

SNSアカウント

© COSMO BIO