「SYNGAP1」の版間の差分

英語正式名称: Synaptic Ras-GTPase activating protein 1<br>

{{box|text=　SYNGAP1は、シナプス後部に局在するRasGAP蛋白質であり、CaMKIIの下流においてRasの活性を制御することで、シナプス可塑性に関与している。C末端のコイルドコイル領域やPDZリガンドを介しPSD-95と結合することで、PSD-95と共に液-液相分離現象を起こし、シナプス後膜肥厚 (postsynaptic density; PSD) という脂質二重膜を持たない細胞小器官の生化学的基盤を提供していると考えられている。}}

[[ファイル:SYNGAP1 Fig1.png|サムネイル|'''図1. SYNGAP1の構造'''<br>N末より、[[PHドメイン]]、[[C2ドメイン]]、[[GAPドメイン]]、[[コイルドコイル領域]]を持つ。&alpha;1アイソフォームのみ、[[PSD-95]]との結合に必要な[[PDZリガンド]]を持つ。N末にA,B,Cのスプライシングアイソフォーム、C末に&alpha;1,&alpha;2,&beta;,&gamma;のスプライシングアイソフォームを持つ。実際のスプライシングはN末、C末の組み合わせであるため、SYNGAP A&alpha;1のように表記する。]]

[[ファイル:SYNGAP1 Fig3.png|サムネイル|'''図3. SYNGAP1の発達障害との関連'''<br>[[知的障害]]、[[自閉症]]などの発達障害において、SYNGAP1の変異が高頻度に見出されている。遺伝子の構造と、見つかった変異の一例を示す。]]

　[[PSD]]蛋白質の[[質量分析計]]による解析によると、SYNGAP1はCaMKII&alpha;/&beta; (それぞれ27.8、4.7 pmol/20 μg)に次いでシナプス内で3番目に濃度の高い蛋白質(∼2.1 pmol/20 μg) であり、主要な[[足場蛋白質]][[PSD-95]]（1.73 pmol/20 μg; 4番目）よりも存在比が大きく、シグナル伝達以外での役割の解明が待たれていた<ref name=Cheng2006><pubmed>16507876</pubmed></ref><ref name=Sheng2007><pubmed>17243894</pubmed></ref> 。またSYNGAP1はその[[PDZリガンド]]を介し、PSD-95をシナプスに集積させる調節因子であることもわかっていた<ref name=Nonaka2006><pubmed>16421296</pubmed></ref> 。2016年、C末端のコイルドコイル領域とPDZリガンドを介しPSD-95と結合することで、PSD-95とともに水層より[[液-液相分離]]現象を起こし、[[濃縮相]]を形成することが明らかにされた。この相転移が、脂質二重膜を持たないPSDという[[細胞小器官]]の物質的基盤を提供している可能性が示唆された('''図2B''')<ref name=Zeng2018><pubmed>30078712</pubmed></ref><ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref> 。

　SYNGAP1の変異は、近年の[[エクソーム解析]]の発展により、[[知的障害]]や[[自閉症]]等の[[発達障害]]において高率に見出されており、その頻度は全遺伝子中有数（4番目）に高く、イギリスにおける解析では全発達障害例の約0.75%でSYNGAP1の変異が認められるとしている('''図3''')<ref name=UK-DDD-study2015><pubmed>25533962</pubmed></ref> 。

=== PH-C2ドメイン ===

　一般的には[[リン脂質]]等の[[生体膜脂質]]への結合部位と考えられているが、SYNGAP1において特定の分子は同定されていない。C2ドメインはRapGAP活性に必須である<ref name=Pena2008><pubmed>18323856</pubmed></ref> 。

　RasおよびRapGAP活性を持つと考えられている<ref name=Chen1998><pubmed>9620694</pubmed></ref><ref name=Kim1998><pubmed>9581761</pubmed></ref> 。その基質特異性はCaMKIIによるリン酸化により制御されている<ref name=Walkup2015><pubmed>25533468</pubmed></ref> 。神経細胞内でRacGAPを制御しているという報告もあるが、その活性はRasGAP活性を介するものであるとされている(Ras-[[Tiam1]]-[[Rac1]]経路)<ref name=Carlisle2008><pubmed>19074040</pubmed></ref> 。

=== コイルドコイル領域 ===

　PSD-95との液-液相分離に必須の領域で、他の液-液相分離を引き起こすタンパクと同様、決まった3次構造を取りにくい[[天然変性領域]]で、他のタンパクと多価結合を引き起こす。SYNGAP1 3分子はこの領域で[[βヘリックス]]が絡み合ったような三量体を形成する。[[wj:ゲルろ過|ゲルろ過]]法を用いた解析により''in vitro''でここに2分子のPSD-95が結合することが分かっている<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref> 。

　&alpha;1アイソフォームのみ、-FPPWVQQTRVというPDZリガンドを含むC末端を持ち、[[PSD-95]]、SAP-97等の[[MAGUKファミリー蛋白質]]と結合することが知られている。

　''In vitro''の結果によると、PSD-95のPDZ1、2ドメインより、PDZ3ドメインに強く結合する。これは、PSD-95 PDZ3のC末のαCへリックスが結合を安定化するからだとされている。SYNGAP1の(-3)T-V(0)が、PSD-95のPDZ3ドメイン(&alpha;B/ &beta;B groove)と通常のPDZ結合をするのに加え、 SYNGAP1(-9)F-V(-5)がPSD-95のαCへリックスが作る疎水性ポケットに入り、結合が安定化される<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref> 。

　C末端には&alpha;1、&alpha;2、&beta;、&gamma;の4つのアイソフォームがある<ref name=Li2001><pubmed>11278737</pubmed></ref><ref name=McMahon2012><pubmed>22692543</pubmed></ref> 。&alpha;1だけがPDZリガンドを有し、前述したCaMKIIを介したシナプス可塑性制御や、液-液相分離現象にかかわっている。

=== DAB2IP ===

　[[血管内皮]]細胞において[[腫瘍壊死因子]] ([[TNF]])シグナルを下流の[[ASK1]]に受け渡し、そのかわりに[[NF&kappa;B]]を抑制することにより、TNF依存的な[[アポトーシス]]を促進している<ref name=Zhang2004><pubmed>15310755</pubmed></ref> 。[[wj:前立腺がん|前立腺がん]]、[[wj:肺がん|肺がん]]、[[wj:乳がん|乳がん]]、[[wj:消化器がん|消化器がん]]等においてDAB2IPの発現の抑制がみられる。１つの[[一塩基多型]](rs1571801)が前立腺がんの悪性化に関与していることも知られている<ref name=Duggan2007><pubmed>18073375</pubmed></ref> 。

　ウェスタンブロットでは、脳に特異的に発現している。特に[[海馬]]、[[大脳皮質]]に発現が多い<ref name=Chen1998><pubmed>9620694</pubmed></ref><ref name=Kim1998><pubmed>9581761</pubmed></ref> 。

=== 細胞内分布 ===

　[[グルタミン酸]]性[[興奮性シナプス]]のシナプス後部に高度に蓄積している<ref name=Chen1998><pubmed>9620694</pubmed></ref><ref name=Kim1998><pubmed>9581761</pubmed></ref> ('''図4''')。&alpha;1、&alpha;2、&beta;、&gamma;アイソフォーム間で細胞内局在が若干異なるという報告もある<ref name=Li2001><pubmed>11278737</pubmed></ref> 。

　各シナプスでのNMDA型グルタミン酸受容体活動レベルによりダイナミックに局在変化する。NMDA型グルタミン酸受容体-CaMKIIの活性化レベルが低い状態では、PSD-95と結合しシナプス後部に高度に蓄積している。NMDA型グルタミン酸受容体-CaMKIIの活性化により、CaMKIIがSYNGAP1をリン酸化することで、SYNGAP-PSD-95の結合が減弱し、SYNGAP1がシナプス外に分散する<ref name=Araki2015><pubmed>25569349</pubmed></ref> 。

　マウスSYNGAP1ヘテロ(+/-)個体の脳では、Ras下流の[[ERKキナーゼ]]の異常な活性化（リン酸化）が見られ<ref name=Komiyama2002><pubmed>12427827</pubmed></ref> 、行動レベルでは[[作業記憶]]が劇的に障害される<ref name=Clement2012><pubmed>23141534</pubmed></ref> 。SYNGAP機能欠失による発達障害患者と同じく、[[てんかん]]を併発することが多い。その他、SYNGAPヘテロマウスの表現型は、[[睡眠]]障害、感覚プロセスの異常、[[危険予測]]の欠如、[[繰り返し行動]]の増加、などがあり、広範にヒトの発達障害の表現型を模していると考えられる<ref name=Guo2009><pubmed>19145222</pubmed></ref> 。

　神経細胞におけるSYNGAP1のノックダウン実験では、シナプスが異常肥大化し、シナプス結合が異常に増強される表現型が見られることから、SYNGAP1の正常機能は、RasGAP活性を介してRas-ERK活性化レベルを低く抑え、シナプス結合強度を（刺激がない状態では）低く保つこと、NMDA型グルタミン酸受容体-CaMKII刺激が来たときにのみシナプス外に離散し、Ras/Rac1活性化を通じたスパイン肥大化とAMPA型グルタミン酸受容体の挿入を介して、シナプス強度を増強することだと考えられる<ref name=Araki2015><pubmed>25569349</pubmed></ref> 。

　シナプスにはその入力の強度に応じ、出力を一定に保つようなフィードバック機構が備わっており、[[synaptic scaling]]とよばれる。[[polo-like kinase 2]] ([[PLK2]]; 別名[[SNK]])は、神経の活性化により発現誘導される[[セリン/スレオニンキナーゼ]]であり、Rap-GAPである[[SPAR]]のリン酸化、[[ユビキチン]]化後の分解等を介して、synaptic scalingに深くかかわるキナーゼであることが知られている<ref name=Pak2003><pubmed>14576440</pubmed></ref> 。SYNGAP1は、神経の活性化により誘導されたPlk2により、そのGAPドメインのC末側をリン酸化される。これにより、SYNGAP1のRas-GAP活性が増加し、シナプス強度を引き下げることにより、synaptic downscalingに関与しているとされる<ref name=Lee2011><pubmed>21382555</pubmed></ref> 。

　またSYNGAP1は、発達期において[[ERK]]-[[Rheb]]-[[mTOR]]の経路を負に制御することでシナプスに局在したAMPA型グルタミン酸受容体を低く制御すること、SYNGAP1の発現をknockdownすることでこの経路を阻害すると、[[テトロドトキシン]]+[[2-アミノ-5-ホスホノペンタン酸]] (APV、NMDA型グルタミン酸受容体の拮抗阻害剤）処理によりsynaptic scalingが障害される<ref name=Wang2013><pubmed>24391850</pubmed></ref> 。

　NMDA型グルタミン酸受容体-CaMKIIの活性化により、SYNGAP1がリン酸化されるとPSD-95との結合が外れ、シナプス後部から[[樹状突起]]軸の細胞質部分へと分散していく('''図2''')。この分散は、能動的なものではなく、PSD-95というアンカーから外れたことによる単純拡散であると考えられている<ref name=Araki2015><pubmed>25569349</pubmed></ref> 。

　Rasの負の制御要因であったSYNGAP1がNMDA型グルタミン酸受容体-CaMKII依存的にシナプス内から外に移動することで、シナプス内Rasの活性が増加し、AMPA型グルタミン酸受容体のシナプス後部への挿入、[[アクチン]]の重合にともなうシナプス肥大化が引き起こされる。

　SYNGAP1のC末のコイルドコイル領域は、PSD-95との液−液相分離に必須の領域で、決まった三次元構造を取りにくい[[天然変性領域]]であると考えられている。これにより、他のタンパクとill-definedな多価結合をし、液−液相分離を引き起こす。SYNGAP1においては、コイル構造が3本からまったトライマーを形成し、ここに2分子のPSD-95が結合する。これにより、''in vitro''の液体中で生理的濃度で自発的に分離し、溶液中に濃縮相（condensed phase）を形成する<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref> 。

　SYNGAP1は[[シナプス後膜肥厚]] (PSD)画分のなかで全タンパク中3番目に豊富に存在している（PSD-95は4番目）。この豊富な量とSYNGAP1/PSD-95複合体の生化学的性質は、SYNGAP1/PSD-95複合体が脂質二重膜を持たないPSDという構造物の生化学的基盤を提供しうることを示唆している。