「細胞外プロテアーゼ」の版間の差分

　[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]]、[[wikipedia:ja:ペプチド|ペプチド]]を形成する[[wikipedia:ja:ペプチド結合|ペプチド結合]]を切断する酵素をプロテアーゼ(protease)と総称する。プロテアーゼには細胞外作用型と細胞内作用型の2種類があり作用機序そのものは変わらないが、[[wikipedia:ja:シグナル配列|シグナル配列]]を持ち細胞外へ分泌されるかどうかによって機能は大きく異なる。ここでは細胞外作用型つまり細胞外プロテアーゼについて概説する。  

　タンパク質、ペプチドを形成する基本的な結合（ペプチド結合）を切断する酵素をプロテアーゼ(protease)と総称する。プロテイネース(proteinase)と呼ぶこともありこちらの方が正式名称であるが、日本語でも英語でもプロテアーゼの方が一般的に使われている。ペプチド結合を切断するのでペプチデースと呼ぶこともある。たとえばプロテアーゼ活性を測定するため[[wikipedia:ja:オリゴペプチド|オリゴペプチド]]合成基質を用いて測定するとプロテアーゼ活性であっても、正確にはペプチデース活性と記載する。プロテアーゼには細胞外作用型と細胞内作用型の2種類があり作用機序そのものは変わらないが、シグナル配列を持ち細胞外へ分泌されるかどうかによって機能は大きく異なる。ここでは細胞外作用型つまり細胞外プロテアーゼについて概説する。切断されるタンパク質、もしくはペプチドはプロテアーゼによって抱え込まれ、その活性部位で切断される。  

　組織プラスミノーゲンアクチベーター(tissue plasminogen activator; tPA）は神経細胞、[[グリア細胞]]、[[wikipedia:ja:上皮細胞|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[[wikipedia:low-density lipoprotein receptor related protein|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[[wikipedia:ja:アネキシンA2|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(図1参照)。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。<ref name="ref1" /> <ref name="ref3" />  

　　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(plasmin)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<ref name="ref1" /> 。  

　ニューロトリプシン(Neurotrypsin)とは1997年に二つのラボから独立して同定された比較的新しいセリンプロテアーゼである。ヒトおよびマウスの脳で、海馬と[[扁桃体]]に高発現している。免疫[[電子顕微鏡]]観察と培養[[マウス]]海馬神経細胞を用いた[[共焦点顕微鏡]]による研究からニューロトリプシンは[[シナプス前終末]]に局在していることが示されている。ニューロトリプシンは神経活動依存的に神経細胞より分泌されて、細胞外[[プロテオリグリカン]]の一種[[アグリン]]を基質として分解する。ニューロトリプシンノックアウトマウスでは、異常な社会行動をしめし、また組織学的には海馬神経細胞で[[スパイン]]密度の減少が示された。臨床研究では、一部の[[精神遅滞]]の原因遺伝子としてニューロトリプシンが同定されている。[[wikipedia:ja:アルジェリア|アルジェリア]]の2つの家系において、ニューロトリプシン遺伝子の4塩基欠損が[[wikipedia:ja:常染色体劣性遺伝|常染色体劣性遺伝]]によって受け継がれ、欠損ニューロトリプシンタンパク質となり、その結果重度の精神遅滞となることが明らかとなっている<ref name="ref1" />。 [[Image:1NPM.jpg|thumb|250px|<b>図2．ニューロプシンの立体構造</b><br />（日本蛋白質構造データバンク (PDBj)）]]  

　ニューロプシン(Neuropsin)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（図2，3）。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|L1CAM]]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型グルタミン酸受容体]]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る一方、扁桃体においてEphB2-NMDA型グルタミン酸受容体結合を阻害することからNMDA型グルタミン酸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<ref name="ref1" /><ref name="ref3" />。 [[Image:NP catalytic domainのコピー.jpg|thumb|133px|<b>図3．ニューロプシンの活性中心</b><br />Kishi T et al. The Journal of biological chemistry. 1999 274(7):4220-4]]  

&nbsp;　マトリックスメタロ(金属)プロテアーゼのスーパーファミリーとしてメトジンシンプロテアーゼ（Metzincin protease family）ファミリーと呼ばれている。[[細胞外マトリックス]]タンパク質（例えば、タイプⅠ、Ⅳ [[wikipedia:ja:コラーゲン|コラーゲン]]、[[ラミニン]]、[[フィブロネクチン]]等）を切断する。活性部位のメチオニン残基(Met)および[[wikipedia:ja:亜鉛|亜鉛]]イオン(zinc ion)がペプチドの切断に重要である（図４、５）。  

[[Image:HMMP8.jpg|thumb|300px|<b>図4．human neutrophil collagenase(MMP-8)の立体構造と活性ドメイン</b><br />（日本.蛋白質構造データバンク (PDBj)）<br />ピンクの球体が亜鉛イオン、グレーの球体がカルシウムイオン。アミノ酸側鎖はヒスチジンを示している。]]  

　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。  

　A disintegrin and metalloproteinase (ADAM)は動物の[[wikipedia:ja:受精|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 ADAMTS (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]]、[[フィブロネクチン]]、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]]、震えなどの表現型を示す。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<ref name="ref3" /><ref name="ref2" />。  

=== ADAM proteases with thrombospondin motif(ADAMTS)  ===

== アスパラギン酸プロテアーゼ  ==