「DARPP-32」の版間の差分

　DARPP-32は、ドパミン情報伝達効率を制御するリン酸化タンパク質である。ドパミン神経の投射を受ける神経核、特に線条体や側坐核に多く発現している。DARPP-32のThr34が[[プロテインキナーゼA]]（[[PKA]]）によりリン酸化されると、プロテインホスファターゼ１（PP-1）活性を抑制する。PP-1活性の抑制はPP-1基質蛋白のリン酸化を促進し、PP1基質タンパク質の機能変化を誘導する。ドパミンによる[[D1受容体]]刺激によって活性化されたPKAは、PKA基質をリン酸化すると同時に、DARPP-32をリン酸化してPP1活性を抑制することにより、PKA/PP1基質のリン酸化を効率よく促進する。また、DARPP-32は、ドパミンと他の神経伝達物質（[[グルタミン酸]]、アデノシン、[[アセチルコリン]]など）のシグナルを統合する分子としても重要である。遺伝子改変[[マウス]]を用いた行動解析により、DARPP-32は薬物依存、パーキンソン病、[[統合失調症]]などの病態とその治療薬の作用発現に重要であることが明らかにされている<ref name=ref1><pubmed> 10433257 </pubmed></ref> <ref name=ref2><pubmed> 14744247 </pubmed></ref>。

DARPP-32は、ドパミン神経の投射を受ける線条体組織において、PKAによりリン酸化されるタンパク質をスクリーニングすることにより、1983年にPaul Greengard博士らにより発見された<ref><pubmed> 6296685 </pubmed></ref>。電気泳動（SDS-PAGE）において32 kDaの分子量であったため、“ドパミンおよび[[cyclic AMP]]によりリン酸化が制御される32 kDaのタンパク質”としてDARAPP-32と名付けられた。Greengard博士は、DARPP-32を中心とするドパミン情報伝達の解明により、2000年のノーベル生理・医学賞を受賞している。

[[ファイル:Fig1 DARPP-32 構造.jpg|サムネイル|図１　DARPP-32の構造とリン酸化サイト マウスのDARPP-32アミノ酸配列とリン酸化サイトを上段に示す。Thr34がリン酸化されるとPP1活性を抑制し、Thr75がリン酸化されるとPKA活性を抑制する。また、P-Ser97は核外移行シグナル（NES）として機能する。下段には、ヒトのDARPP-32アミノ酸配列とt-DARPPアミノ酸配列を示す。]]

194-205アミノ酸（マウス 194; [[ラット]] 205; [[ヒト]] 204）より構成される酸性タンパク質である。リン酸化により機能が制御されるタンパク質であり、４つのリン酸化サイト[Thr34 (PKA)、Thr75 ([[Cdk5]])、Ser97 (CK2)、Ser130 (CK1)（マウスアミノ酸配列による）]の機能的意義が明らかにされている<ref name=ref2 />。N末端の7-11アミノ酸配列（KKIQF）はPP1触媒サブユニット（PP1c）結合モチーフとなっており、PP1cとの結合に重要である。さらに、リン酸化Thr34（P-Thr34）を含む領域は、Thr34がリン酸化されるとPP1c活性部位と結合してPP1c活性を抑制する<ref><pubmed> 9651542 </pubmed></ref>。Ser97近傍の103-111アミノ酸配列は核外移行シグナル（nuclear export signal, NES）となっており、Ser97がリン酸化されたDARPP-32はchromosome region maintenance 1 protein（CRM1）と結合して核外に移行する<ref name=ref3><pubmed> 18496528 </pubmed></ref>。

Inhibitor-1のN末端 40アミノ酸配列はDARPP-32と40％の相同性があり、PP1c結合モチーフを持つ。さらに、inhibitor-1のThr35残基がPKAによりリン酸化されるとPP1c活性部位と結合して活性を抑制する。DARPP-32と異なり、inhibitor-1は中枢神経系および末梢組織に幅広く発現する<ref name=ref4><pubmed> 10662690 </pubmed></ref>。

中枢神経において、黒質と腹側被蓋野のドパミン神経から多くの投射を受ける線条体（背側線条体；被殻と尾状核 ）、側坐核（腹側線条体）、嗅結節に高い発現がみられる。ドパミン神経の投射が比較的少ない脳部位では、[[大脳皮質]]や[[海馬]]などで低いレベルではあるが発現を認める<ref><pubmed> 6319625 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 1353788 </pubmed></ref>。線条体では、直接路（ドパミン[[D1]]受容体を発現）と間接路（ドパミン[[D2受容体]]を発現）の２つのタイプの中型有棘神経細胞（medium spiny neuron, MSN）にDARPP-32は発現しており、[[コリン]]作動性介在神経、[[GABA作動性]]介在神経、ドパミン[[神経終末]]での発現は認められていない<ref name=ref5><pubmed> 2191086 </pubmed></ref> <ref name=ref2 />。

　DARPP-32の細胞内分布であるが、線条体の中型有棘神経細胞の細胞質、樹状突起、[[軸索]]に発現している。DARPP-32は、細胞質分画に発現するタンパク質として分離されたが<ref><pubmed> 6319627 </pubmed></ref>、[[免疫染色]]により核内にも存在することが示唆されていた<ref name=ref5 />。その後、DARPP-32は細胞質—核内をシャトリングしていることが明らかにされた。ドパミンD1受容体刺激によりPKAが活性化されるとPP2Aの活性化によりP-Ser97が脱リン酸化され、NES機能の低下により核内にDARPP-32が蓄積する<ref name=ref3 />。また、DARPP-32の結合タンパク質はPP1c以外には知られていなかったが、[[細胞骨格]]の安定性とスパイン可塑性に関わるβ-adducinと結合することが報告された<ref><pubmed> 26639316 </pubmed></ref>。

=== リン酸化によるDARPP-32の機能調節 ===

　DARPP-32の最も重要な機能は、Thr34がPKAによりリン酸化されたP-Thr34 DARPP-32によるPP1活性の抑制である。DARPP-32はN末端7-11残基（KKIQF）にPP1c結合モチーフを持ち、この結合モチーフを介してPP1cと結合する。さらに、DARPP-32のThr34がPKAによりリン酸化されるとPP1c活性部位に対する親和性が増し、PP1活性を抑制する<ref name=ref4 />。PP1により機能が制御される蛋白として、NMDA受容体、AMPA受容体、Na+チャンネル、Ca2+チャンネル、Na+,K+-ATPase、ヒストンH3などが知られている<ref name=ref1 /> <ref name=ref2 /> <ref><pubmed> 21779236 </pubmed></ref>（図１）。NMDA受容体GluN1 (NR1) サブユニット（Ser897）、AMPA受容体GluA1 (GluR1) サブユニット（Ser845）はPKAによりリン酸化されるが、同時にP-Thr34 DARPP-32がPP-1による脱リン酸化を抑制するため、これらのPKA/PP-1基質のリン酸化が効率良く促進される。

　直接路神経と間接路神経のDARPP-32を選択的に欠損したマウスの解析により、それぞれの神経のDARPP-32機能が解析されている<ref name=ref9><pubmed> 20682746 </pubmed></ref>。直接路神経のDARPP-32は、自発行動、コカインによる移所運動の増加、ハロペリドールによるカタレプシー、パーキンソン病モデルにおけるジスキネジアを促進することが示された。一方、間接路神経のDARPP-32は自発行動、コカインによる移所運動の増加を抑制するが、ハロペリドールによるカタレプシーを促進する。また、これらの行動変化は、それぞれの神経におけるDARPP-32のリン酸化状態と相関性がある<ref name=ref8 />。

=== 薬物[[依存症]] ===

　[[コカイン]]の急性投与により、マウスの線条体においてP-Thr34 DARPP-32の増加およびP-Thr75 DARPP-32の減少がおこる<ref name=ref7 />。DARPP-32欠損マウス<ref name=ref10><pubmed> 9694658 </pubmed></ref>、T34A DARPP-32点変異マウス<ref name=ref11><pubmed> 16123776 </pubmed></ref>、D1R-DARPP-32-Flag/D2R-DARPP-32-Mycマウス<ref name=ref8 />、および直接路神経選択的DARPP-32欠損マウス<ref name=ref9 />の解析の結果、直接路神経におけるDARPP-32のThr34リン酸化がコカイン急性投与による自発運動増加に必要であることが明らかにさらた。その他、DARPP-32欠損マウスでは、[[アンフェタミン]]、コカイン、[[モルヒネ]]、ニコチン、テトラヒドロカンナビノール（[[大麻]]の主成分）の全身投与による線条体での細胞外シグナル調節キナーゼ ([[ERK]]) 活性化が抑制されることより<ref><pubmed> 15608059 </pubmed></ref>、DARPP-32は幅広い依存性薬物のドパミン作用を増強していると考えられる。

　統合失調症患者において、抗精神病薬治療とは関係なく、前頭前皮質の神経細胞でDARPP-32タンパク質が減少していることが報告されている<ref><pubmed> 12150646 </pubmed></ref> <ref name=ref15><pubmed> 17521792 </pubmed></ref>。DARPP-32 mRNAについては、発現が前頭前皮質で低下しているという報告があるが<ref><pubmed> 18573638 </pubmed></ref>、不変<ref><pubmed> 16786528 </pubmed></ref>あるいは増加<ref><pubmed> 20874815 </pubmed></ref>という報告もあり、意見の一致を見ていない。また、双極性障害患者においても前頭前皮質におけるDARPP-32発現の低下が報告されている<ref name=ref15 />。さらに、統合失調症および[[双極性障害]]の前頭前皮質でDARPP-32のN末端を欠失した[[スプライスバリアント]]であるt-DARPP (truncated isoform of DARPP) [[mRNA]]が増加しているという報告がある<ref><pubmed> 23295814 </pubmed></ref>。動物実験では、抗精神病薬投与に伴うDARPP-32発現の変化は認められていない。出生前のリポ多糖類暴露による統合失調症モデル動物において前頭前皮質のDARPP-32の減少が見られるが<ref><pubmed> 17180123 </pubmed></ref>、すべての統合失調症モデル動物においてDARPP-32の発現が低下するわけではない<ref><pubmed> 22820052 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 16132062 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 23313709 </pubmed></ref>。

　t-DARPP (truncated isoform of DARPP) は、DARPP-32のスプライスバリアントであり、Thr34を含むN末端の36アミノ酸が欠失している<ref name=ref16><pubmed> 26872373 </pubmed></ref>。胃がんでDARPP-32およびt-DARPPの発現が増加していることが報告されて以来<ref><pubmed> 12124342 </pubmed></ref>、注目されるようになった。胃がん（腺癌）の3分の2でDARPP-32およびt-DARPPの発現が増加している<ref><pubmed> 16061638 </pubmed></ref>。また、乳がんや前立腺がん、大腸がんにおいてもDARPP-32およびt-DARPPの発現増加が報告されている<ref><pubmed> 14508844 </pubmed></ref>。DARPP-32およびt-DARPPの発現は、PP1抑制とは異なる発がん経路の活性化により、腫瘍細胞の増殖・浸潤・転移や腫瘍血管新生を促進し、また、抗がん剤耐性の獲得にも関与することが明らかにされている<ref name=ref16 />。

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