脳科学辞典

CRMP

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英：collapsin response mediator protein、英略語：CRMP

同義語：コラプシン反応媒介タンパク質、ジヒドロピリミジナーゼ様タンパク質 (dihydropyrimidinase-like protein)

　コラプシン反応媒介タンパク質（collapsin response mediator proteins, CRMPs）は、軸索の反発性因子であるセマフォリン3A（Sema3A）の細胞内シグナルを伝達する分子として最初に同定された[1]。CRMPsは、細胞質タンパク質であり、これまでに5つのサブタイプ（CRMP1～5）が同定されている。これらの発現は主に発生時期の神経系に認められ、それぞれ特異的な発現分布と発現時期を示す[2]。CRMPsは線虫Unc-33の相同分子であり、Unc-33の突然変異は線虫の神経細胞において軸索の伸長やガイダンスの異常を引き起こす[3]。CRMPsはリン酸化タンパク質であり、リン酸化の制御は神経の発達や成熟に重要な役割を果たす[4][5]。また、初代培養神経細胞やノックアウトマウスを使った研究により、CRMPsの役割が明らかになってきており、極性・軸索形成や神経細胞の遊走、シナプス形成、シナプス可塑性、神経疾患といった様々な神経機能と病態に関与することが報告されている[4][5]。

構造

（タンパク質のドメイン構造、翻訳後修飾、相互作用するタンパク質等について御記述下さい）

サブファミリー

　これまでに5つのサブタイプ（CRMP1～5）が同定されている。線虫Unc-33の相同分子であり。。。

発現

発生期の神経系

　ラットにおいては、初期胚から有糸分裂後の神経細胞において強く発現し、生後1週間前後でピークに達し、その後は発現量が低下する。どのCRMPsも時空間的に調節された発現パターンを示す[2]（表1） 。CRMP2は最も広範な発現パターンを示し、大多数の神経細胞の発生初期において発現する[6]。CRMP1とCRMP4は神経細胞の遊走後に発現し、胎生後期から出生後初期において最も発現量が高くなり、その後発現量が低下する[6]。CRMP3の発現は、主に小脳の顆粒細胞に限られている[6]。CRMP5の発現は新皮質、海馬、脊髄に顕著であり、有糸分裂後の神経細胞で発現する[7]。

E12-E16 E18 P0 P5-P7 P14 P21 Adult
CRMP1 + +++ +++ +++ ++ + +/-
CRMP2/dihydropyrimidinase-like 2 ++ +++ +++ +++ ++ ++ ++
CRMP3/dihydropyrimidinase-like 4 + ++ ++ ++ + + +
CRMP4/dihydropyrimidinase-like 3 + +++ +++ +++ + +/- +/-
CRMP5/dihydropyrimidinase-like 5 + +++ +++ +++ ++ + +

E=胎生期, P=出生後, +/-=very weak, +=weak, ++=average, +++=strong
表1　CRMPs mRNAの発現時期

成体の神経系

　ラットの成体脳において、CRMPsは劇的に発現量が低下し、主に可塑性や神経新生を保持する領域（嗅球、海馬、小脳）で発現が認められる。CRMP1は主に小脳のプルキンエ細胞において発現する[6]。CRMP2は成体脳においてはCRMPの中でも発現量が最も高く、嗅覚系や小脳、海馬で多く検出されている[2][6]。CRMP3は小脳顆粒細胞や下オリーブ核、海馬歯状回で発現する[2][6]。CRMP4は成体脳においてはCRMPsの中でも発現量が最も低く、嗅球や海馬、小脳の内顆粒層におけるわずかな細胞で発現が確認されている[2][8]。CRMP5は嗅球や嗅上皮における有糸分裂後の神経細胞、海馬歯状回で発現しており、また、末梢神経の軸索や感覚神経でも発現していることが報告されている[2]。

機能

CRMP1

 
図1　CRMP1を介したシグナル伝達機構

　CRMP1は、生後1日目のラット大脳皮質で強く発現する[6]。ノックアウトマウスの解析から、CRMP1は大脳皮質神経細胞の遊走を制御することが報告されている[9]。CRMP1はFynの基質であり、リーリン（Reelin）が受容体（VLDLR/ApoER2）に結合すると、FynによりCRMP1とDab1がチロシンリン酸化され、これらが相乗的にシグナルのメディエーターとして働き、神経細胞の遊走を制御すると考えられている[9]（図1）。また、Cdk5によるCRMP1のリン酸化が、Sema3Aによる樹状突起スパインの形成に関与することが報告されている[10]（図1）。

CRMP2

 
図2　CRMP2を介したシグナル伝達機構
 
図3　CRMP2はキネシン-1依存的軸索輸送に関与する

　CRMP2はCRMPsの中でも最初に同定され、最も解析が進んでいる分子である。CRMP2は、様々な結合パートナーと相互作用することにより、神経極性形成、微小管ダイナミクス、軸索の伸長・退縮、キネシン依存的軸索輸送、Ca2+ホメオスタシスなどに関与する[4][11]。

　CRMP2は培養海馬神経細胞の伸長中の軸索に濃縮し、CRMP2の過剰発現により複数本の軸索（過剰軸索）が誘導される[12]。誘導された過剰軸索は、シナプトフィジン陽性のシナプス末端を持つことから、CRMP2は成熟した軸索の形成を誘導し、維持すると考えられる[4][12]。さらに、過剰発現により樹状突起が軸索に変化したことから、過剰発現されたCRMP2が未成熟な神経突起だけでなく、樹状突起にも軸索のアイデンティティを与え得ることが示唆された[4][12]。

　CRMP2による軸索形成の分子メカニズムとして、微小管ダイナミクスの制御が報告されている。CRMP2はチューブリンヘテロ二量体と結合して微小管の重合を促進すること、また、この微小管重合活性がCRMP2により誘導される軸索伸長に必要であることが明らかになっている[13]。CRMP2のチューブリンへの結合はダイナミックに制御されており、Sema3A受容体であるニューロピリン-1（NP-1）やプレキシンA（PlexA）がRac1を活性化し、下流のキナーゼに影響を与え、最終的にGSK-3 betaが活性化され、CRMP2がリン酸化を受ける[11][14]。リン酸化されたCRMP2はチューブリンへのアフィニティーが弱くなり、軸索の退縮が促進される[14]（図2）。逆に、ニューロトロフィン-3や脳由来神経成長因子（BDNF）によりGSK-3 betaが阻害され、CRMP2のリン酸化が抑制されることで、軸索伸長が促進する[14]（図2）。また、CRMP2の結合タンパク質としてNumbが同定されており、CRMP2が軸索先端でNumbを介したL1のエンドサイトーシスおよびリサイクリングに関与する可能性が示唆されている[15]。RhoキナーゼがCRMP2をリン酸化することにより、CRMP2がNumbと結合できなくなり、軸索伸長が阻害されることも報告されている[16]。

　CRMP2はキネシン依存性軸索輸送にも関与する。CRMP2がチューブリンヘテロ二量体もしくはSra-1をキネシン-1につなぎとめ、CRMP2/キネシン-1複合体がチューブリン二量体やSra-1/WAVE-1複合体の輸送を制御する[17][18]（図3）。また、TrkB/Slp1/Rab27複合体がCRMP2を介してキネシン-1に結合し、これらが順行性輸送されることが報告されている[19]（図3）。

　CRMP2のCa2+ホメオスタシスへの関与としては、CRMP2が直接的にCaV2.2（N型電位依存性カルシウムチャネル）と結合すると、シナプス前部の膜表面でのCaV2.2の局在が増加してCa2+の流入が増加することにより、神経伝達物質の放出が増加することが報告されている[20]。

CRMP3

　CRMP3ノックアウトマウスの海馬において、樹状突起の長さや枝分かれの数が減少することが報告された[21]。さらに、樹状突起スパインの形成も異常になることから、CRMP3は樹状突起の形成や樹状突起スパインの成熟に関与すると考えられている[21]。また、CRMP3のその他の役割として、微小管の重合を阻害することにより神経突起の伸長を抑制することや、興奮毒性のあるグルタミン酸で処理した神経細胞において、神経細胞が壊死する前の核凝縮時にカルパインにより切断されたCRMP3が核膜孔を通り核内に移行することで核凝縮に関わる可能性が示唆されている[22]。

CRMP4

　CRMP4をノックアウトすると、海馬CA1の錐体細胞の尖端樹状突起が二分枝化する表現型が増加し[23]、これはSema3Aのノックアウトマウスにおいても観察される[5]。Sema3Aにより樹状突起の伸長や枝分かれが促進されるが、CRMP4ノックアウトマウスの培養海馬神経細胞においては、Sema3Aを加えてもこれらの促進が認められない[23]。これらのことから、Sema3AシグナルがCRMP4に伝わり、海馬CA1における錐体細胞の尖端樹状突起の二分枝化を負に制御することが示唆されている[5][23]。

　また、CRMP4をノックダウンした大脳皮質神経細胞や海馬神経細胞において、樹状突起の分枝点の数が増加したことから、CRMP4は樹状突起の分枝を抑制する可能性が示唆されている[23]。

CRMP5

　CRMP5はCRAMと名付けられたCRMP-associated proteinとして同定された。CRMP5は成長円錐の糸状仮足に局在し、糸状仮足のダイナミクスや成長円錐の形態を制御するのに重要な役割を果たす[24]。また、CRMP5がMAP2およびチューブリンと複合体を形成し、これにより神経突起の伸長が阻害されることが報告されている[25]。海馬神経細胞において、CRMP5は発生の初期段階ではMinor processと呼ばれる未成熟な突起に強く発現しており、将来樹状突起になる突起の伸長を抑制する[25]。一方、CRMP5とCRMP2の両方が共発現している際には、CRMP2により誘導される神経突起伸長を抑制すると考えられている[25]。

　小脳のプルキンエ細胞において、CRMP5はシナプス可塑性に重要な役割を果たすことが報告されている[26]。プルキンエ細胞におけるCRMP5の発現は、出生後21日から28日において確認されており、CRMP5をノックアウトすると、プルキンエ細胞の細胞体のサイズや樹状突起の長さが減少する。さらに、平行線維とプルキンエ細胞間の興奮性シナプス伝達の長期抑圧（LTD；long-term depression）の誘導が阻害されることが報告されている[26]。プルキンエ細胞の樹状突起の形態制御にはBDNF-TrkBシグナルが関与する可能性が示唆されている[5]。CRMP5ノックアウトマウスのプルキンエ細胞におけるBDNFの効果はまだ解析されていないが、ノックアウトマウスの培養海馬神経細胞において、BDNFにより誘導される樹状突起伸長の促進が減弱し、樹状突起の形態も損なわれる。さらに、TrkBによりCRMP5がチロシンリン酸化されることも明らかになり、BDNF-TrkBシグナルがCRMP5に伝わり、プルキンエ細胞の樹状突起の形態の制御に関与する可能性が示唆されている[5][26]。

CRMPと神経疾患

　中枢神経系では、特定領域の神経変性がアルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患の発症に重要な役割を果たしている。これまでの研究により、CRMP2がアルツハイマー病の発症に関与している可能性が示唆されている。3F4と呼ばれる抗リン酸化CRMP2抗体が、粗精製した過剰にリン酸化されたタウの集合体（神経原線維変化）と反応することが報告された[27]。この抗体はCdk5やGSK3-betaによりリン酸化されたCRMP2を認識することから、CRMP2のリン酸化がアルツハイマー病の原因因子の一つである可能性がある[28]。さらに、リン酸化CRMP2がアルツハイマー病の脳やアルツハイマー病の疾患モデルマウスにおいて増加することが確認されている[29]。また、アルツハイマー病の海馬CA1領域においてSema3A陽性神経細胞の数が増加することが報告されていることから[30]、アルツハイマー病の脳において、増加したSema3Aのシグナル伝達によりCRMP2のリン酸化が促進される可能性が考えられる。近年、アルツハイマー病以外に、CRMPsが統合失調症の発症にも関与することが示唆されており[5]、これらの病態解明や治療法の開発を含め、さらなる研究が期待される。

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（執筆者：久保祐亮、稲垣直之　担当編集委員：大隅典子）

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