「細胞外プロテアーゼ」の版間の差分

　セリンプロテアーゼはセリン、ヒスチジン、アスパラギン酸の3つのアミノ酸によって活性中心が形成されることが特徴である。

　セリンプロテアーゼの一種、トロンビン、組織プラスミノーゲンアクティベータ(tissue plasminogen activator;tPA)と プラスミン(plasmin)をトロンビン様プロテアーゼは、血液凝固線溶系および炎症反応での役割が古くからよく知られている。その他、トリプシン様プロテアーゼは食物消化の機能が最初に明らかにされた。しかし最近、脳内においてセリンプロテアーゼが、神経系の発達、維持、[[可塑性]]、[[疾患]]等に重要な役割を果たしていることが明らかとなって注目されるようになって来た。

　tPAは神経細胞、[[グリア細胞]]、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]]/[[MAPK]]経路の活性化を引き起こす。さらに、tPAは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。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。  

　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。  

=== ニューロプシン(Neuropsin) ===

　ニューロプシンはトリプシン様セリンプロテアーゼとして1995年に脳で同定された。脳において、ニューロプシンは海馬CA1-3の錐体細胞と外側扁桃体の神経細胞に高発現している。海馬スライスを用いた細胞外記録で、低濃度のニューロプシン（1－2.5 nM）を還流して[[シータ刺激]]を行うと、early-phase LTP(E-LTP)の著しい増強が見られる。ニューロプシンの基質として細胞接着因子[[L1]]CAMおよび[[EphB2受容体]]が同定されており、ニューロプシンによるL1CAMの分解は、NMDA受容体依存的なシナプス活動の増強を誘導する。EphB2受容体は、ニューロプシンによって切断され一方、扁桃体においてEphB2－NMDA受容体結合を阻害することからNMDA受容体の活性化を導き、不安関連行動を増強させる。　

　ニューロプシンノックアウトマウスはE-LTPの障害と一致してモリス水迷路とY字迷路での海馬依存的な学習障害を示した。

== メタロ(金属)プロテアーゼ（メトジンシンプロテアーゼファミリー（Metzincin protease family））  ==

　MMPはヒトで24種類、マウスで23種類の遺伝子がコードされており、分泌型と膜結合型のメンバーを含み、それらがドメイン構造に従って,コラゲナーゼ,ストロメライシン,ゼラチナーゼと膜型 MMP(MT-MMP)の4つの主なサブグループに分けられている。最近のニューロンとアストロサイトでの報告によると多くのMMPは小胞で分泌されるためのシグナルペプチドを持ち、細胞外で機能すると考えられる。しかしながら、神経細胞とグリア細胞の核でのMMP-2,9,13の存在から、細胞内でのMMPの機能も報告されている。膜結合型のMT-MMPは、フューリン（furin）あるいはプラスミンによって、ゴルジネットワーク内において、つまり細胞内で活性化され、細胞外にある間は活性があると考えられる。MMPの発現は、多くの成長因子、サイトカイン、ケモカインによって転写レベルで制御されており、また一方転写後あるいはエピジェネティクス修飾によっても調節を受けている。MMPは[[神経生理学]]に関連する細胞外マトリックスタンパク質の分解や、成長因子およびそのレセプター、あるいはサイトカインの活性化、細胞外マトリックス受容体の分解も行う。MMPのうち、MMP-2、3、9は脳内でもっとも豊富に発現している。

　MMP-9は、スパインに発現するβジストログリカンとintracellular adhesion molecule(ICAM)5を基質とし、神経可塑性に関わることが報告されている。ICAM5は未成熟な[[フィロポディア]]に多く発現し、切断を受けることでスパインの成熟が進む。MMP-9によってICAM5は切断され、そのN末断片がインテグリンシグナルを介してコフィリン（cofilin）のリン酸化を誘導し、アクチンリモデリングによりスパインの拡大が引き起こされると考えられている。海馬スライスにおいて、MMP-9活性を阻害するか、あるいはMMP-9遺伝子欠損マウスを用いるとL-LTPが阻害される。MMP-9 欠損マウスでは、文脈的恐怖条件付けの行動実験の結果、海馬依存的な学習が阻害され、扁桃体依存的な学習には影響が見られなかった。

　ADAMは動物の受精にかかわることで注目された。ヒトに21個、マウスに37個あるADAM遺伝子のうち7個が精巣に発現している。一方、ADAMは神経発生と機能に重要な役割をはたすことも明らかとなってきた。ADAMと ADAMT<br>S(ADAM proteases with thrombospondin motif（後述）)はディスインテグリン様ドメインをもち、このドメインによってインテグリンと結合する。ADAM15を除くADAMは古典的なRGDインテグリン結合モチーフをもたず、(D/E)ECD モチーフを持ち、このモチーフがインテグリン結合特異性に貢献し、細胞接着に関係する。逆に、ADAMとADAMTSのシステインリッチドメインはシンデカン、ファイブロネクチン、ほかのADAMとの結合を介して細胞接着を促進する。多くのADAM（ADAM-10とADAM－17を除いて）は、膜貫通ドメインに近接する上皮成長因子（EGF）likeドメインをもつ。ADAMの細胞内ドメインは、様々な長さを持ち、シグナル伝達に関与すると考えられている。ADAMの多くが神経系に発現している。しかしながら、ADAM-22欠損マウスとADAM-23欠損マウスはたとえば、運動失調、歩行困難、震えなどのフェノタイプを示す。ADAM-10 欠損マウスとADAM-17欠損マウスは胎生、周産期致死となる。

1．Antoine G. Almonte, J. David Sweatt <br>Serine proteases, serine protease inhibitors, and protease-activated receptors: Roles in synapticfunction and behavior <br>B R A I N R E S E A R C H 1 4 0 7 ( 2 0 1 1 ) 1 0 7 – 1 2 2 [[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21782155| PubMed:21782155 ]]

2．Santiago Rivera, Michel Khrestchatisky, Leszek Kaczmarek, Gary A. Rosenberg, and Diane M. Jaworski<br>Metzincin Proteases and Their Inhibitors: Foes or Friends in Nervous System Physiology? The Journal of Neuroscience, 2010 • 30(46):15337–15357 • 15337 [[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21084591| PubMed:21084591 ]]

 

（執筆者：鈴木春満　担当編集委員：河西春郎）