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同義語: エンケファリナーゼ、中性エンドペプチダーゼ24.11、CD10、membrane metallo-endopeptidase、common acute lymphoblastic leukemia antigen (CALLA,急性リンパ性白血病共通抗原) | 同義語: エンケファリナーゼ、中性エンドペプチダーゼ24.11、CD10、membrane metallo-endopeptidase、common acute lymphoblastic leukemia antigen (CALLA,急性リンパ性白血病共通抗原) | ||
ネプリライシン(EC 3.4.24.11)は、5-40アミノ酸残基ほどの長さを有するペプチドを基質として、ペプチド内部の疎水性アミノ酸残基の前で切断を行う膜結合型のメタロペプチダーゼである。エンケファリナーゼや中性エンドペプチダーゼ24.11とも呼ばれ、白血球のCD10抗原としても知られている<ref name=ref1><pubmed> 8475170 </pubmed></ref><ref name=ref2>'''Turner AJ'''<br>Neprilysin, In Handbook of Proteolytic Enzyzmes, Second edition, , vol. 1, chap.108. Barrett AJ, Rawlings ND, Woessner JF, Eds. <br>''Academic Press (London)'':2004 </ref> | ネプリライシン(EC 3.4.24.11)は、5-40アミノ酸残基ほどの長さを有するペプチドを基質として、ペプチド内部の疎水性アミノ酸残基の前で切断を行う膜結合型のメタロペプチダーゼである。エンケファリナーゼや中性エンドペプチダーゼ24.11とも呼ばれ、白血球のCD10抗原としても知られている<ref name=ref1><pubmed> 8475170 </pubmed></ref><ref name=ref2>'''Turner AJ'''<br>Neprilysin, In Handbook of Proteolytic Enzyzmes, Second edition, , vol. 1, chap.108. Barrett AJ, Rawlings ND, Woessner JF, Eds. <br>''Academic Press (London)'':2004 </ref>。アルツハイマー病脳に蓄積し、発症に中核的役割を果たすアミロイドβペプチドの脳内主要酵素であることが明らかにされて以来、病態との関連性や創薬標的として注目されている<ref name=ref3><pubmed> 16112736 </pubmed></ref><ref name=ref4><pubmed> 16457902 </pubmed></ref>。前立腺などのがんの進行にも関与することが知られている<ref name=ref2 />。 | ||
'''目次''' | '''目次''' | ||
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'''2.構造とサブファミリー''' | '''2.構造とサブファミリー''' | ||
全長は750のアミノ酸残基で構成されるが、プロセッシングにより通常１番目のメチオニンは取り除かれている<ref name=ref5> http://www.uniprot.org/uniprot/P08473 </ref>。細胞内ドメインは27アミノ酸残基と短く、リン酸化部位が認められるが、その生理的役割は不明である。一方、細胞外ドメインには4つのN型糖鎖結合部位があり、これらの糖鎖を欠失させると酵素活性が低下する<ref name=ref2 />。ネプリライシンの遺伝子転写産物は選択的スプライシングによって数種類のタイプがあり、神経細胞に特異的な遺伝子転写産物が存在する <ref name=ref6><pubmed> 2528730 </pubmed></ref><ref name=ref7><pubmed> 7890699 </pubmed></ref><ref name=ref8><pubmed> 9750180 </pubmed></ref>。しかし、このスプライスバリアントの構造的な違いは、5’側の非翻訳領域にあるため、翻訳後のアミノ酸配列の一次構造には影響を与えない。相同性の高いタンパク質としては、ネプリライシン様ペプチダーゼ（NEPLP, neprilysin-like peptidase, Membrane metallo-endopeptidase-like, Neprilysin-2）がある<ref name=ref9> http://www.uniprot.org/uniprot/Q495T </ref><ref name=ref10><pubmed> 11278416 </pubmed></ref>。NEPLPにはスプライスバリアント( | 全長は750のアミノ酸残基で構成されるが、プロセッシングにより通常１番目のメチオニンは取り除かれている<ref name=ref5> http://www.uniprot.org/uniprot/P08473 </ref>。細胞内ドメインは27アミノ酸残基と短く、リン酸化部位が認められるが、その生理的役割は不明である。一方、細胞外ドメインには4つのN型糖鎖結合部位があり、これらの糖鎖を欠失させると酵素活性が低下する<ref name=ref2 />。ネプリライシンの遺伝子転写産物は選択的スプライシングによって数種類のタイプがあり、神経細胞に特異的な遺伝子転写産物が存在する <ref name=ref6><pubmed> 2528730 </pubmed></ref><ref name=ref7><pubmed> 7890699 </pubmed></ref><ref name=ref8><pubmed> 9750180 </pubmed></ref>。しかし、このスプライスバリアントの構造的な違いは、5’側の非翻訳領域にあるため、翻訳後のアミノ酸配列の一次構造には影響を与えない。相同性の高いタンパク質としては、ネプリライシン様ペプチダーゼ（NEPLP, neprilysin-like peptidase, Membrane metallo-endopeptidase-like, Neprilysin-2）がある<ref name=ref9> http://www.uniprot.org/uniprot/Q495T </ref><ref name=ref10><pubmed> 11278416 </pubmed></ref>。NEPLPにはスプライスバリアント(α、β、γ)があり、ネプリライシンとのアミノ酸配列の相同性はそれぞれ53.5、54.8、51.3%（ヒトの場合）であるが、ネプリライシンに比較するとAβ分解活性が著しく低い<ref name=ref10 />。 | ||
'''3.発現（組織分布、細胞内分布）''' | '''3.発現（組織分布、細胞内分布）''' | ||
ネプリライシンは体内で広く分布しているが、特に腎臓の刷子縁膜、小腸、胎盤、免疫系の細網細胞、精巣および卵巣に高発現している<ref name=ref1 /><ref name=ref2 /><ref name=ref3 />。脳では尾状核被殻、脈絡叢、淡蒼球、黒質、嗅結節、歯状回分子層および海馬網状分子層に強い発現が見られる<ref name=ref11><pubmed> 12074840 </pubmed></ref>。新皮質ではⅡ・ⅢおよびV層に、嗅内皮質のような旧皮質ではIおよびⅢ層に豊富に存在し、層間で異なる局在性を示す。貫通線維束、Schaffer側枝、反回側枝など海馬体の主要神経回路を構成する神経線維の終末部位(プレシナプス部位)に存在している<ref name=ref11 />。ネプリライシンは膜タンパク質であり、タンパク合成後、分泌(シナプス) | ネプリライシンは体内で広く分布しているが、特に腎臓の刷子縁膜、小腸、胎盤、免疫系の細網細胞、精巣および卵巣に高発現している<ref name=ref1 /><ref name=ref2 /><ref name=ref3 />。脳では尾状核被殻、脈絡叢、淡蒼球、黒質、嗅結節、歯状回分子層および海馬網状分子層に強い発現が見られる<ref name=ref11><pubmed> 12074840 </pubmed></ref>。新皮質ではⅡ・ⅢおよびV層に、嗅内皮質のような旧皮質ではIおよびⅢ層に豊富に存在し、層間で異なる局在性を示す。貫通線維束、Schaffer側枝、反回側枝など海馬体の主要神経回路を構成する神経線維の終末部位(プレシナプス部位)に存在している<ref name=ref11 />。ネプリライシンは膜タンパク質であり、タンパク合成後、分泌(シナプス)小胞に乗り、軸索を通してシナプス終末に運ばれるので、上述のような神経回路をつなぐシナプス間隙でAβを分解していると考えられている。 | ||
'''4.基質特異性''' | '''4.基質特異性''' | ||
ネプリライシンは一般に5kDa以下のペプチド（アミノ酸としては40残基ほど）に作用して、ペプチド内部の疎水性アミノ酸残基のアミノ末端側でペプチド結合の切断を行う。酵素反応の至適pHが中性（やや弱酸性のpH 6.0）であることが、中性エンドペプチダーゼの由来となっている。特異的阻害剤として、チオルファン(thiorphan)がある<ref name=ref1 /><ref name=ref2 />。酵素化学的基質にはエンケファリン、ニューロペプチドY、ソマトスタチン、心房性ナトリウム利尿ペプチド、ブラジキニンおよびタキキニン類(サブスタンス Pなど)のような神経ペプチドが知られている(図参照)<ref name=ref1 /><ref name=ref2 /><ref name=ref3 /><ref name=ref12><pubmed> 9750180 </pubmed></ref> | ネプリライシンは一般に5kDa以下のペプチド（アミノ酸としては40残基ほど）に作用して、ペプチド内部の疎水性アミノ酸残基のアミノ末端側でペプチド結合の切断を行う。酵素反応の至適pHが中性（やや弱酸性のpH 6.0）であることが、中性エンドペプチダーゼの由来となっている。特異的阻害剤として、チオルファン(thiorphan)がある<ref name=ref1 /><ref name=ref2 />。酵素化学的基質にはエンケファリン、ニューロペプチドY、ソマトスタチン、心房性ナトリウム利尿ペプチド、ブラジキニンおよびタキキニン類(サブスタンス Pなど)のような神経ペプチドが知られている(図参照)<ref name=ref1 /><ref name=ref2 /><ref name=ref3 /><ref name=ref12><pubmed> 9750180 </pubmed></ref>。また、アルツハイマー病の発症に中核的役割を果たすアミロイドβペプチド（Aβ）の分解に関与する脳内主要酵素である <ref name=ref3 /><ref name=ref4 /><ref name=ref13><pubmed> 10655101 </pubmed></ref><ref name=ref14><pubmed> 11375493 </pubmed></ref>。Aβについては単量体Aβだけでなく、より神経毒性が強いオリゴマー型Aβも分解することができる唯一のペプチダーゼである<ref name=ref15><pubmed> 12972166 </pubmed></ref>。従って、プレシナプスに局在するネプリライシンの活性を増強してやれば、オリゴマー型Aβによる毒性からシナプスを保護できることを意味する。 | ||
'''5.遺伝子欠損マウスの表現型と生理的役割''' | '''5.遺伝子欠損マウスの表現型と生理的役割''' | ||
遺伝子欠損マウスは生存可能で、繁殖能力も見掛け上正常であるが、末梢組織では幾つかの表現型を呈する。たとえば、エンドトキシン [脚注1]ショックによる感受性<ref name=ref16><pubmed> 7760013 </pubmed></ref>や低酸素負荷による換気応答<ref name=ref17><pubmed> 10517751 </pubmed></ref>が著しく増大している。消化管では血管透過性が2〜3倍亢進しているが、これはリコンビナントのネプリライシンやブラジキニンまたはサブスタンスＰの受容体アンタゴニストの投与によって回避される<ref name=ref18><pubmed> 9256283 </pubmed></ref>。また、遺伝子欠損マウスでは心房性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）の分解が抑制されるため、血圧が20%程度低下している<ref name=ref18 />。しかし、慢性的低酸素負荷を与えると、野生型マウスに比較して、肺動脈の血管平滑筋細胞が異常増殖するため、肺組織内は高血圧状態になることが示されている<ref name=ref19><pubmed> 19234135 </pubmed></ref>。サブスタンスP誘発アレルギー性接触皮膚炎<ref name=ref20><pubmed> 11145711 </pubmed></ref>やブラジキニン誘発痛覚過敏<ref name=ref21><pubmed> 11931342 </pubmed></ref>に対する感受性の亢進も観察されることから、ネプリライシンは末梢組織でブラジキニン、サブスタンスPやANPに作用して炎症反応や血圧の調節に携わると考えられている。また、カルシトニンに作用して、カルシウム濃度の恒常性維持にも関与する。後述のように、骨芽細胞のネプリライシンはカルシトニンで発現が誘導されることも知られている。 | 遺伝子欠損マウスは生存可能で、繁殖能力も見掛け上正常であるが、末梢組織では幾つかの表現型を呈する。たとえば、エンドトキシン [脚注1]ショックによる感受性<ref name=ref16><pubmed> 7760013 </pubmed></ref>や低酸素負荷による換気応答<ref name=ref17><pubmed> 10517751 </pubmed></ref>が著しく増大している。消化管では血管透過性が2〜3倍亢進しているが、これはリコンビナントのネプリライシンやブラジキニンまたはサブスタンスＰの受容体アンタゴニストの投与によって回避される<ref name=ref18><pubmed> 9256283 </pubmed></ref>。また、遺伝子欠損マウスでは心房性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）の分解が抑制されるため、血圧が20%程度低下している<ref name=ref18 />。しかし、慢性的低酸素負荷を与えると、野生型マウスに比較して、肺動脈の血管平滑筋細胞が異常増殖するため、肺組織内は高血圧状態になることが示されている<ref name=ref19><pubmed> 19234135 </pubmed></ref>。サブスタンスP誘発アレルギー性接触皮膚炎<ref name=ref20><pubmed> 11145711 </pubmed></ref>やブラジキニン誘発痛覚過敏<ref name=ref21><pubmed> 11931342 </pubmed></ref>に対する感受性の亢進も観察されることから、ネプリライシンは末梢組織でブラジキニン、サブスタンスPやANPに作用して炎症反応や血圧の調節に携わると考えられている。また、カルシトニンに作用して、カルシウム濃度の恒常性維持にも関与する。後述のように、骨芽細胞のネプリライシンはカルシトニンで発現が誘導されることも知られている。 | ||
一方、大脳皮質・海馬ではネプリライシンがどのような内因性基質の代謝に関わり、どのような機能を調節するかについては、阻害剤を用いた実験のみで、欠損マウスを用いた解析は行われていないので、厳密な意味で脳における役割はほとんど判っていない。ネプリライシンは元々エンケファリンを分解するエンケファリナ-ゼとして同定されたペプチダ−ゼであるが、欠損マウス脳ではエンケファリン量は大脳皮質、脳幹のどちらにおいてもほとんど変化していない<ref name=ref22><pubmed> 9347938 </pubmed></ref> | 一方、大脳皮質・海馬ではネプリライシンがどのような内因性基質の代謝に関わり、どのような機能を調節するかについては、阻害剤を用いた実験のみで、欠損マウスを用いた解析は行われていないので、厳密な意味で脳における役割はほとんど判っていない。ネプリライシンは元々エンケファリンを分解するエンケファリナ-ゼとして同定されたペプチダ−ゼであるが、欠損マウス脳ではエンケファリン量は大脳皮質、脳幹のどちらにおいてもほとんど変化していない<ref name=ref22><pubmed> 9347938 </pubmed></ref>。従って、エンケファリンの分解にはネプリライシンの欠損または活性低下を補償する別の分解経路が存在すると考えられている。しかし、Aβの分解に関しては補償的分解経路が十分でないために、ネプリライシン活性が低下しただけで脳内Aβ濃度が上昇する。前脳特異的に発現するように遺伝子操作したネプリライシントランスジェニックマウスでは脳内のニューロペプチドYレベルが顕著に低下することが明らかにされている<ref name=ref23><pubmed> 19176820 </pubmed></ref>。この研究では、ネプリライシンによって限定分解を受けたニューロペプチドYのカルボキシル末端フラグメント(NPY-CTF: NPY21-36またはNPY 31-36)が神経保護作用をもつことが示されている。しかし、ネプリライシン欠損マウス脳ではNPY-CTF 量は減少しているがNPY量はほとんど変化していないので、ニューロペプチドYの場合にも脳内で分解を補償する系が十分に機能していると考えられる。 | ||
'''6.アルツハイマー病との関係''' | '''6.アルツハイマー病との関係''' | ||
'''6.1加齢に伴う発現レベルの変化''' | '''6.1加齢に伴う発現レベルの変化''' | ||
正常老化脳で観察されるAβ蓄積やアルツハイマー病のアミロイド病態の進行と脳内のネプリライシンレベルの低下を関連づける結果が繰り返し報告されている。正常マウス（C57BL/6）やアルツハイマー病のマウスの大脳皮質や海馬で加齢と共に発現レベルが顕著に低下する<ref name=ref24><pubmed> 12391610 </pubmed></ref>。最近では、ヒトの場合にも同様な低下が起こるが明らかにされ、ネプリライシンレベルの低下と不溶性画分のAβ42レベルが逆相関することが示されている<ref name=ref25><pubmed> 17098332 </pubmed></ref>。 | |||
'''6.2アルツハイマー病脳での発現レベル''' | '''6.2アルツハイマー病脳での発現レベル''' | ||
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'''6.3 ネプリライシン活性の調節''' | '''6.3 ネプリライシン活性の調節''' | ||
ネプリライシンの発現は様々な組織で認められるが、その発現制御は組織または細胞特異的である。線維芽細胞、好中球、骨芽細胞や骨髄細胞などの末梢系の細胞では、サブスタンスP、オピオイドやカルルシトニンによって、ネプリライシンレベルが上昇する<ref name=ref33><pubmed> 8439284 </pubmed></ref><ref name=ref34><pubmed> 12021551 </pubmed></ref><ref name=ref35><pubmed> 11675340 </pubmed></ref><ref name=ref36><pubmed> 12844556 </pubmed></ref>。脳内においてはネプリライシンの発現を制御する神経細胞特異的な因子としてソマトスタチンが同定されている<ref name=ref3 /><ref name=ref4 /><ref name=ref37><pubmed> 15778722 </pubmed></ref><ref name=ref38><pubmed> 6107862 </pubmed></ref>。 | ネプリライシンの発現は様々な組織で認められるが、その発現制御は組織または細胞特異的である。線維芽細胞、好中球、骨芽細胞や骨髄細胞などの末梢系の細胞では、サブスタンスP、オピオイドやカルルシトニンによって、ネプリライシンレベルが上昇する<ref name=ref33><pubmed> 8439284 </pubmed></ref><ref name=ref34><pubmed> 12021551 </pubmed></ref><ref name=ref35><pubmed> 11675340 </pubmed></ref><ref name=ref36><pubmed> 12844556 </pubmed></ref>。脳内においてはネプリライシンの発現を制御する神経細胞特異的な因子としてソマトスタチンが同定されている<ref name=ref3 /><ref name=ref4 /><ref name=ref37><pubmed> 15778722 </pubmed></ref><ref name=ref38><pubmed> 6107862 </pubmed></ref>。 | ||
脳内ソマトスタチンレベルもアルツハイマー病脳で低下することが古くから知られ、<ref name=ref3 /><ref name=ref4 /><ref name=ref37 /><ref name=ref38 />、最近の研究ではヒトや霊長類の脳では加齢と共に低下（ヒトの場合は40歳以降から低下）することが明らかになっている<ref name=ref39><pubmed> 15190254 </pubmed></ref> | 脳内ソマトスタチンレベルもアルツハイマー病脳で低下することが古くから知られ、<ref name=ref3 /><ref name=ref4 /><ref name=ref37 /><ref name=ref38 />、最近の研究ではヒトや霊長類の脳では加齢と共に低下（ヒトの場合は40歳以降から低下）することが明らかになっている<ref name=ref39><pubmed> 15190254 </pubmed></ref>。このように、加齢に伴うソマトスタチンの低下がネプリライシンの活性減弱を通してAβ量を上昇させると考えられ、ソマトスタチン量やネプリライシン活性の低下速度の個人差が、アルツハイマー病の発症の有無や発症年齢を決定するという仮説が提唱されている<ref name=ref3 /><ref name=ref4 />。 | ||
'''6.4 ネプリライシン遺伝子を利用したアルツハイマー病の遺伝子治療'''<ref name=ref40><pubmed> 14749444 </pubmed></ref><ref name=ref41><pubmed> 20158567 </pubmed></ref><ref name=ref42><pubmed> 23503602 </pubmed></ref> | '''6.4 ネプリライシン遺伝子を利用したアルツハイマー病の遺伝子治療'''<ref name=ref40><pubmed> 14749444 </pubmed></ref><ref name=ref41><pubmed> 20158567 </pubmed></ref><ref name=ref42><pubmed> 23503602 </pubmed></ref> | ||
加齢脳やアルツハイマー病脳で低下したネプリライシン活性を補うことで、脳内に蓄積していくAβを分解・除去できるとして、ネプリライシン遺伝子を脳内に導入する遺伝子治療実験がモデルマウスで試みられている。中枢神経系の遺伝子治療では、定位脳手術によりウイルスベクターを脳の実質に直接注入する必要があったが、最近では遺伝子工学技術の進歩により、末梢血から投与して脳の神経細胞にだけ遺伝子発現を行う遺伝子治療用のウイルスベクターが開発されており、これによりモデルマウス脳内のアミロイド蓄積を回避し、障害を受けた認知機能が回復することが報告されている。 | |||
'''7. がんとの関連'''<ref name=ref1 /><ref name=ref2 /> | '''7. がんとの関連'''<ref name=ref1 /><ref name=ref2 /> | ||