Discs, large homolog-associated protein
GKAP/SAPAP
名称
GKAPという名称はguanylate kinase-associated proteinに由来する。興奮性シナプスの裏打ち蛋白postsynaptic density (PSD)-95のguanylate kinase領域に結合する蛋白としてラットとヒトの蛋白が最初に報告された。PSD-95は別名でsynapse-associated protein (SAP)90ともよばれるが、GKAPの報告とほぼ同時期に、SAP90に結合する蛋白として、４種類のラットSAP-associated protein(SAPAP)がSAPAP1、-2、-3、-4として報告された。これらのSAPAPは互いに相同でアイソフォームとみなされる。ラットGKAPは666アミノ酸からなり、992アミノ酸からなるラットSAPAP1のN末端を欠損するalternative splicing variantにあたる。PSD-95のアイソフォームのひとつDlg1(SAP97とも呼ばれ、神経細胞以外にも発現し、細胞極性に関係する)に結合する蛋白として、やはりほぼ同時期に報告されたDLG-associated protein(DAP)-1はヒトのSAPAP1に相当する。SAPAP1はGKAP/SAPAP1/DAP-1と、それ以外のアイソフォームは、SAPAP2、-3、-4と表記されることが多い。cGMP-dependent protein kinase-anchoring proteinとglucokinase-associated phosphataseもGKAPと表記されるので、注意が必要である。Hugo Gene Nomenclature Committeeによるオフィシャルネームでは、ヒトの遺伝子は、DLGAP1、-2、-3、-4と表記され、SAPAP1、-2、-3、-4に対応している。それぞれの遺伝子は、18番、8番、1番、20番染色体上にある。DLGAP1には8個のvariantsが登録されている。以下、本稿においては、DLGAPとして表記する。
構造と相互作用分子
4つのアイソフォームはアミノ酸レベルで40－50％の相同性があり、いずれも、中央部に14アミノ酸からなる5回の繰り返し配列を持ち、その部位でPSD-95、MAGI2/S-SCAMのguanylate kinase領域に結合する。繰り返し配列よりN末端側には特徴的配列がないが、neurofilamentなどの中間系フィラメントに結合する。繰り返し配列のC末端側のプロリンリッチ配列を介して、チロシンキナーゼAbl/Arg結合蛋白であるnArgBP2のSH3領域に結合する。さらにそれよりもC末端側でdynein light chain LC1、LC8に結合するが、その部分には特徴的配列を欠く。C末端にPDZ結合モチーフをもち、ShankのPDZ領域に結合する。その他、nNOSとも結合する。DLGAP3は、FAK、PYK2と相互作用すると報告されている。CaMKII、p38MAPKによりリン酸化されることも報告されている。相互作用分子の研究には、DLGAP1のラット、マウスホモログが用いられていることが多いが、アミノ酸配列の相同性に照らすと、報告されている相互作用の多くは、種とアイソフォームを超えて保存されていると推測される。
発現
神経細胞以外にもmRNAはあり、蛋白も発現していると考えられるが、神経細胞における発現が極めて高い。脳内での各種アイソフォームの発現については、mRNAレベルでは4つのアイソフォームについて、蛋白レベルではDLGAP2以外の3つのアイソフォームについて、ラット、マウス脳を用いた解析結果が報告されている。ちなみに、「異なるアイソフォームの分布は、オーバーラップしているが、それぞれに特異的である」と表現される。例えば、小脳を例にとると、DLGAP2は小脳になく、DLGAP1は顆粒細胞、Purkinje細胞の両方に等しく、DLGAP3は顆粒細胞に強く、DLGAP4はPurkinje細胞に強く発現する。海馬では、DLGAP1はCA1、CA3の錐体細胞と歯状回の顆粒細胞に発現するが、DLGAP4は歯状回の顆粒細胞にはない。DLGAP3は線条体に強く発現している。DLGAP3ノックアウトマウスの表現型が、線条体局所へのDLGAP3の強制発現により回復する観察から、DLGAP3は線条体において、他のアイソフォームによっては代償されない機能を果たしていると推論される。さらに、DLGAP3のmRNAは、神経細胞の細胞体でなく樹状突起に分布する点でも注目されている。
機能、性状
DLGAPはNMDA型グルタミン酸受容体の裏打ち蛋白PSD-95に結合する分子として同定され、Shankにも結合するため、興奮性シナプスの足場蛋白と見なされている。上述のように、多くの相互作用分子が同定されているものの、個々の相互作用の生理的意義は必ずしも明快に示されているとはいえない。Dynein light chainとの結合からは、PSD-95を含む複合体の輸送を担う機能が措定されている。DLGAP3ノックアウトマウスでは、DLGAP3が本来、強く発現する線条体の神経細胞において、代謝型グルタミン酸受容体5（mGluR5）が細胞膜表面に留まり、そのシグナル活性が上昇し、結果、AMPA型グルタミン酸受容体のシグナルの抑制、endocannabinoidによる異常なシナプス抑制が観察される。この知見をもとに、DLGAP3にはmGluR5のエンドサイトーシスを制御する機能があると推論されている。グリア細胞では、Dlg1をdyneinにつなぐ作用を通じて、centrosomeの細胞内の位置決めに関与すると報告されている。なお、いずれのSAPAPも界面活性剤に不溶性であるが、その不溶性はN末端に依存し、N末端を欠くGKAP(DLGAP1 variant2)は比較的可溶化されやすい。神経細胞に発現させた場合のSAPAP1(DLGAP1 variant1)とGKAPの挙動にも、差異があると予測される。したがって、それぞれの研究で、GKAPが論じられているのか、SAPAP1が論じられているのかについて、注意を払う必要がある。
ヒト疾病との関係
DLGAP3ノックアウトマウスは、ヒトにおけるobsessive-compulsive disorder(OCD)を連想させる行動異常を示す。この観察から、DLGAP3遺伝子は、ヒトのOCD、及び、OCDに関連するgrooming disorder、Tourette syndromeの原因遺伝子であるという仮説が立てられ解析がなされているが、現時点では、promising functional candidate geneという評価に止まり、決定的な連関は示されていない。このほか、統合失調症患者において、DLGAP1の発現が高まっているという報告もある。
重要な関連語：PSD-95、MAGI2/S-SCAM、Shank
(執筆者：畑 裕、担当編集委員：柚崎通介）