脳科学辞典

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細胞外プロテアーゼ (ソースを閲覧)

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<div align="right"> 
<font size="+1">鈴木 春満</font><br>
''奈良先端大学''<br>
DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2012年5月30日　原稿完成日：2012年8月11日<br>
担当編集委員：[http://researchmap.jp/haruokasai 河西 春郎]（東京大学 大学院医学系研究科）<br>
</div>
英：extracellular protease, extracellular proteinase  
英：extracellular protease, extracellular proteinase  


{{box|text=
　[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]]、[[wikipedia:ja:ペプチド|ペプチド]]を形成する[[wikipedia:ja:ペプチド結合|ペプチド結合]]を切断する酵素をプロテアーゼ(protease)と総称する。プロテアーゼには細胞外作用型と細胞内作用型の2種類があり作用機序そのものは変わらないが、[[wikipedia:ja:シグナル配列|シグナル配列]]を持ち細胞外へ分泌されるかどうかによって機能は大きく異なる。ここでは細胞外作用型つまり細胞外プロテアーゼについて概説する。  
　[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]]、[[wikipedia:ja:ペプチド|ペプチド]]を形成する[[wikipedia:ja:ペプチド結合|ペプチド結合]]を切断する酵素をプロテアーゼ(protease)と総称する。プロテアーゼには細胞外作用型と細胞内作用型の2種類があり作用機序そのものは変わらないが、[[wikipedia:ja:シグナル配列|シグナル配列]]を持ち細胞外へ分泌されるかどうかによって機能は大きく異なる。ここでは細胞外作用型つまり細胞外プロテアーゼについて概説する。  
}}


== 細胞外プロテアーゼとは  ==
== 細胞外プロテアーゼとは  ==
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　タンパク質、ペプチドを形成する基本的な結合（ペプチド結合）を切断する酵素をプロテアーゼ(protease)と総称する。プロテイネース(proteinase)と呼ぶこともありこちらの方が正式名称であるが、日本語でも英語でもプロテアーゼの方が一般的に使われている。ペプチド結合を切断するのでペプチデースと呼ぶこともある。たとえばプロテアーゼ活性を測定するため[[wikipedia:ja:オリゴペプチド|オリゴペプチド]]合成基質を用いて測定するとプロテアーゼ活性であっても、正確にはペプチデース活性と記載する。プロテアーゼには細胞外作用型と細胞内作用型の2種類があり作用機序そのものは変わらないが、シグナル配列を持ち細胞外へ分泌されるかどうかによって機能は大きく異なる。ここでは細胞外作用型つまり細胞外プロテアーゼについて概説する。切断されるタンパク質、もしくはペプチドはプロテアーゼによって抱え込まれ、その活性部位で切断される。  
　タンパク質、ペプチドを形成する基本的な結合（ペプチド結合）を切断する酵素をプロテアーゼ(protease)と総称する。プロテイネース(proteinase)と呼ぶこともありこちらの方が正式名称であるが、日本語でも英語でもプロテアーゼの方が一般的に使われている。ペプチド結合を切断するのでペプチデースと呼ぶこともある。たとえばプロテアーゼ活性を測定するため[[wikipedia:ja:オリゴペプチド|オリゴペプチド]]合成基質を用いて測定するとプロテアーゼ活性であっても、正確にはペプチデース活性と記載する。プロテアーゼには細胞外作用型と細胞内作用型の2種類があり作用機序そのものは変わらないが、シグナル配列を持ち細胞外へ分泌されるかどうかによって機能は大きく異なる。ここでは細胞外作用型つまり細胞外プロテアーゼについて概説する。切断されるタンパク質、もしくはペプチドはプロテアーゼによって抱え込まれ、その活性部位で切断される。  


　プロテアーゼはいくつかのタイプに分類される。触媒部位を形成する[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]による分類およびターゲットとなるタンパク質の基質特異性による分類である。前者ではプロテアーゼの結合サイトとハサミの部分を活性部位の特徴による分類がある。アミノ酸の[[wikipedia:ja:セリン|セリン]]を活性部位にもつものは[[細胞外プロテアーゼ#.E3.82.BB.E3.83.AA.E3.83.B3.E3.83.97.E3.83.AD.E3.83.86.E3.82.A2.E3.83.BC.E3.82.BC|セリンプロテアーゼ]]と呼び、同様に、[[細胞外プロテアーゼ#.E3.82.A2.E3.82.B9.E3.83.91.E3.83.A9.E3.82.AE.E3.83.B3.E9.85.B8.E3.83.97.E3.83.AD.E3.83.86.E3.82.A2.E3.83.BC.E3.82.BC|アスパラギン酸プロテアーゼ]]および[[細胞外プロテアーゼ#.E3.83.A1.E3.82.BF.E3.83.AD.E3.83.97.E3.83.AD.E3.83.86.E3.82.A2.E3.83.BC.E3.82.BC|メタロ（金属）プロテアーゼ]]などがある。
　プロテアーゼは触媒部位を形成する[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]によっていくつかのタイプに分類される。アミノ酸の[[wikipedia:ja:セリン|セリン]]を活性部位にもつものは[[細胞外プロテアーゼ#.E3.82.BB.E3.83.AA.E3.83.B3.E3.83.97.E3.83.AD.E3.83.86.E3.82.A2.E3.83.BC.E3.82.BC|セリンプロテアーゼ]]と呼び、同様に、[[細胞外プロテアーゼ#.E3.82.A2.E3.82.B9.E3.83.91.E3.83.A9.E3.82.AE.E3.83.B3.E9.85.B8.E3.83.97.E3.83.AD.E3.83.86.E3.82.A2.E3.83.BC.E3.82.BC|アスパラギン酸プロテアーゼ]]および[[細胞外プロテアーゼ#.E3.83.A1.E3.82.BF.E3.83.AD.E3.83.97.E3.83.AD.E3.83.86.E3.82.A2.E3.83.BC.E3.82.BC|メタロ（金属）プロテアーゼ]]などと呼ぶ。更に、詳細な分類はプロテアーゼの結合サイトやハサミの部分を活性部位、及び、ターゲットとなるタンパク質の基質特異性によって行う（以下参照）。


<br>
{| border="1" cellspacing="1" cellpadding="1"
 
|+'''表 細胞外プロテアーゼの基質と機能発現'''
{| width="1107" cellspacing="1" cellpadding="1" border="1" height="414"
|-
|-
| style="text-align:center" | プロテアーゼ  
| style="text-align: center" | プロテアーゼ  
| style="text-align:center" | 基質（候補）  
| style="text-align: center" | 基質（候補）  
| style="text-align:center" | プロテアーゼの発現調節に関わる機構  
| style="text-align: center" | プロテアーゼの発現調節に関わる機構  
| style="text-align:center" | プロテアーゼに関係すると考えられている機能
| style="text-align: center" | プロテアーゼに関係すると考えられている機能
|-
|-
| thrombin
| [[Thrombin]]
|  
| PAR
|  
| 発達、虚血、損傷、[[アルツハイマー病]]
|  
| 回復（低濃度）、神経変性、細胞死（高濃度）
|-
|-
| tPA
| [[TPA]]
|  
| プラスミノーゲン、GluR1サブユニット、NR1
|  
| 電気生理刺激、興奮毒性、抑制ストレス、運動学習、浸透ストレス
|  
| 神経突起伸長、シナプス形成、L-LTP
|-
|-
| plasmin
| [[Plasmin]]
|  
| ラミニン、proBDNF、NR2A、PAR1
|  
| tPA活動に依存
|  
| L-LTP
|-
|-
| neurotrypsin
| [[Neurotrypsin]]
|  
| アグリン
|  
| 神経活動、発達
|  
| シナプス形成、非症候群精神遅滞
|-
|-
| neuropsin
| [[Neuropsin]]
|  
| L1, EphB2, [[ニューレグリン]]1
|  
| 神経活動、電気生理刺激、豊かな環境（enviromental enrichment）、ストレス
|  
| E-LTP、[[ワーキングメモリー]]、情動記憶
|-
|-
| MMP-9
| [[MMP-9]]
|  
| コラーゲン、ゼラチン、βジストログリカン、ICAM-5
|  
| 神経活動、電気生理刺激
|  
| L-LTP、シナプス形成
|-
|-
| ADAM-10, 17
| [[ADAM]]-10, 17  
|  
| アミロイドβ前駆体蛋白質 (APP)、[[Notch]]、[[Delta]]
|  
| アルツハイマー病、多発性硬化症
|  
| 神経分化
|-
|-
| ADAM-22, 23
| ADAM-22, 23  
|  
| 活性ドメインなし
|  
| 発達
|  
| 運動、ミエリン形成
|-
|-
| ADAMTS-1, 8, 9, 15  
| [[ADAMTS]]-1, 8, 9, 15  
|  
| [[アグリカン]]
|  
| アルツハイマー病（ADAMTS-1）、[[ダウン症]]（ADAMTS-1）、[[脳虚血]]（ADAMTS-1, 8, 9）
|  
| 神経変性疾患
|-
|-
| ADAMTS-4, 5  
| ADAMTS-4, 5  
|  
| アグリカン、[[バーシカン]]、[[ブレビカン]]
|  
| 脳虚血(ADAMTS-4)
|  
| 神経可塑性、神経謬腫侵襲
|-
|-
| BACE1
| [[BACE1]]
|  
| アミロイドβ前駆体蛋白質 (APP)
|  
| アルツハイマー病
|  
| [[老人斑]]
|}
|}
<br>
<br>
[[Image:Hsuzuki table4.png|thumb|center|800px|細胞外プロテアーゼの基質と機能発現をまとめた表]]


== セリンプロテアーゼ  ==
== セリンプロテアーゼ  ==
94行目: 96行目:
[[Image:図tPA2.jpg|thumb|300px|<b>図1．tPAのレセプターを介したシグナル伝達経路</b><br />参考：中枢神経系におけるtPAの役割　永井信夫　血栓止血誌20（1）18～22　2009]]  
[[Image:図tPA2.jpg|thumb|300px|<b>図1．tPAのレセプターを介したシグナル伝達経路</b><br />参考：中枢神経系におけるtPAの役割　永井信夫　血栓止血誌20（1）18～22　2009]]  


　組織プラスミノーゲンアクチベーター(tissue plasminogen activator; tPA）は神経細胞、[[グリア細胞]]、[[wikipedia:ja:上皮細胞|上皮細胞]]によって合成分泌され、[[海馬]]など様々な脳領域に高発現している。多くの研究によってtPAは[[シナプス]]機能を修飾することが示されてきた。tPAの神経機能修飾作用としてタンパク質分解活性依存的なものと非依存的なものの2種類あることが知られている。tPAのタンパク質分解活性は[[GluN1]]サブユニットの切断を介してNMDAシグナルを増強する。一方、tPAはNMDA受容体GluN2Bサブユニットと結合して、その[[リン酸化]]を促進する。この結果[[EPK|ERK]]/[[MAPK]]経路の活性化を引き起こす。さらに、tPAは[[wikipedia:low-density lipoprotein receptor related protein|low-density lipoprotein receptor related protein]](LRP)と結合してNMDAシグナルに間接的に影響を与える可能性がある。その他tPAは[[wikipedia:ja:アネキシンA2|アネキシンA2]]と結合して[[ミクログリア]]の活性化を行うことが示唆されている。これらの経路を通じてtPAは神経可塑性の調節に深く関わる(図1参照)。海馬[[スライス]]において、tPA活性を阻害するかあるいはtPA[[遺伝子欠損マウス]]を用いると[[Late phase long-term potentiation]](L-LTP)が阻害される。tPA欠損マウスは[[能動的回避反応]]と[[ステップダウン型回避試験]]の成績の低下や新規空間と物体への反応の欠如、[[文脈付恐怖条件づけ]]のすくみの低下、[[小脳]]依存的な[[運動学習]]タスクの獲得の低下など学習タスクで障害を示した。<ref name="ref1" /> <ref name="ref3" />  
　組織プラスミノーゲンアクチベーター(tissue plasminogen activator; tPA）は神経細胞、[[グリア細胞]]、[[wikipedia:ja:上皮細胞|上皮細胞]]によって合成分泌され、[[海馬]]など様々な脳領域に高発現している。多くの研究によってtPAは[[シナプス]]機能を修飾することが示されてきた。tPAの神経機能修飾作用としてタンパク質分解活性依存的なものと非依存的なものの2種類あることが知られている。tPAのタンパク質分解活性は[[GluN1]]サブユニットの切断を介してNMDAシグナルを増強する。一方、tPAはNMDA受容体GluN2Bサブユニットと結合して、その[[リン酸化]]を促進する。この結果[[EPK|ERK]]/[[MAPK]]経路の活性化を引き起こす。さらに、tPAは[[wikipedia:low-density lipoprotein receptor related protein|low-density lipoprotein receptor related protein]](LRP)と結合してNMDAシグナルに間接的に影響を与える可能性がある。その他tPAは[[wikipedia:ja:アネキシンA2|アネキシンA2]]と結合して[[ミクログリア]]の活性化を行うことが示唆されている。これらの経路を通じてtPAは神経可塑性の調節に深く関わる(図1参照)。海馬[[スライス]]において、tPA活性を阻害するかあるいはtPA[[遺伝子欠損マウス]]を用いると[[Late phase long-term potentiation]](L-LTP)が阻害される。tPA欠損マウスは[[能動的回避反応]]と[[ステップダウン型回避試験]]の成績の低下や新規空間と物体への反応の欠如、[[文脈付恐怖条件づけ]]のすくみの低下、[[小脳]]依存的な[[運動学習]]タスクの獲得の低下など学習タスクで障害を示した。<ref name="ref1" /> <ref name="ref3" />


=== プラスミン  ===
=== プラスミン  ===


　　プラスミノーゲンはtPAによって切断されて幅広い特異性をもつプラスミン(plasmin)になる。このtPA－プラスミンカスケードは神経可塑性に関わっている。プラスミン活性はLTPのいくつかの形に重要であることが示されてきている。例えば、プラスミンの投与時に[[テタナス刺激]]を同時に行うとLTPが増強された。プラスミンによる[[ProBDNF]]から成熟[[BDNF]]への活性化はL-LTPの発現に重要であることが明らかとなっている。動物個体による行動研究から、[[側坐核]]へのプラスミンの微量注入の結果、[[モルヒネ]]依存性の[[ドーパミン]]放出が増強され、マウスの過剰運動など薬物依存の症状が見られた。ここでは、プラスミンによるprotease-activated receptor1(PAR1)の活性化を介することが示されている<ref name="ref1" /> 。  
　プラスミノーゲンはtPAによって切断されて幅広い特異性をもつプラスミン(plasmin)になる。このtPA－プラスミンカスケードは神経可塑性に関わっている。プラスミン活性はLTPのいくつかの形に重要であることが示されてきている。例えば、プラスミンの投与時に[[テタナス刺激]]を同時に行うとLTPが増強された。プラスミンによる[[ProBDNF]]から成熟[[BDNF]]への活性化はL-LTPの発現に重要であることが明らかとなっている。動物個体による行動研究から、[[側坐核]]へのプラスミンの微量注入の結果、[[モルヒネ]]依存性の[[ドーパミン]]放出が増強され、マウスの過剰運動など薬物依存の症状が見られた。ここでは、プラスミンによるprotease-activated receptor1(PAR1)の活性化を介することが示されている<ref name="ref1" /> 。


=== ニューロトリプシン  ===
=== ニューロトリプシン  ===
128行目: 130行目:
=== ADAM proteases with thrombospondin motif  ===
=== ADAM proteases with thrombospondin motif  ===


　 ADAM proteases with thrombospondin motif(ADAMTS) とはトランスポゾンタイプ１（thrombospondin type1）様リピートをもつメタロプロテアーゼである。ADAMと同様に、ADAMTSは細胞内で活性化され活性型で分泌される。保存されたトランスポゾンタイプ１様リピートはプロテオグリカン上の硫酸化プリコサミノグリカンの結合ドメインとして機能すると考えられている。ADAMTS-1、４，５，８，９と１５は[[アグリカン]]を切断すると報告されている。ADAMTS－4と5は、アグリカンの他、[[ヒアルロナン]]結合[[レクチカン]][[プロテオグリカン]]の[[バーシカン]]と[[ブレビカン]]も切断し、ブレビカン切断は神経系の生理、特に神経可塑性と[[神経膠腫]]浸潤に関連があるとされる。ADAMTS-1発現は[[アルツハイマー病]]と[[ダウン症]]で増加しADAMTS-1、4、8と9は[[脳虚血]]で上昇することから[[神経変性疾患]]に関係すると考えられている。ADAMTS-4発現は実験的[[自己免疫性脳脊髄炎]]で減少し、また[[多発性硬化症]]の白質で上昇するというやや相違した結果も得られている。その阻害物質TIMP-3はこれにおいて逆相関が見られている<ref name="ref2" />。  
　 ADAM proteases with thrombospondin motif(ADAMTS) とはトランスポゾンタイプ1（thrombospondin type1）様リピートをもつメタロプロテアーゼである。ADAMと同様に、ADAMTSは細胞内で活性化され活性型で分泌される。保存されたトランスポゾンタイプ１様リピートはプロテオグリカン上の硫酸化プリコサミノグリカンの結合ドメインとして機能すると考えられている。ADAMTS-1、4、5、8、9と15は[[アグリカン]]を切断すると報告されている。ADAMTS－4と5は、アグリカンの他、[[ヒアルロナン]]結合[[レクチカン]][[プロテオグリカン]]の[[バーシカン]]と[[ブレビカン]]も切断し、ブレビカン切断は神経系の生理、特に神経可塑性と[[神経膠腫]]浸潤に関連があるとされる。ADAMTS-1発現は[[アルツハイマー病]]と[[ダウン症]]で増加しADAMTS-1、4、8と9は[[脳虚血]]で上昇することから[[神経変性疾患]]に関係すると考えられている。ADAMTS-4発現は実験的[[自己免疫性脳脊髄炎]]で減少し、また[[多発性硬化症]]の白質で上昇するというやや相違した結果も得られている。その阻害物質TIMP-3はこれにおいて逆相関が見られている<ref name="ref2" />。  


== アスパラギン酸プロテアーゼ  ==
== アスパラギン酸プロテアーゼ  ==
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=== BACE1  ===
=== BACE1  ===


　アルツハイマー病の主原因である（[[アミロイドベータ]]）Aβ生産に関わるβ[[セクレターゼ]]として単離されてきた。Aβは膜貫通タンパク質であるamyloid precursor protein（APP）をβ-セクレターゼが細胞外の切断に関わり、γ‐セクレターゼが膜貫通領域の細胞質側で切断することから産生される。その結果、患者の[[老人班]]が形成されることになる。  
　アルツハイマー病の主原因である（[[アミロイドベータ]]）Aβ生産に関わる[[β-セクレターゼ]]として単離されてきた。Aβは膜貫通タンパク質であるamyloid precursor protein（APP）をβ-セクレターゼが細胞外の切断に関わり、[[γ‐セクレターゼ]]が膜貫通領域の細胞質側で切断することから産生される。その結果、患者の[[老人斑]]が形成されることになる。


== 関連項目  ==
== 関連項目  ==
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== 参考文献  ==
== 参考文献  ==


<references />  
<references />
 
<br>（執筆者：鈴木春満　担当編集委員：河西春郎）
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