アミロイド前駆体蛋白質細胞外ドメインとその機能修飾因子の複合体の構造解析

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アルツハイマー病の病因に深く関わるアミロイドβ蛋白質(Aβ)はアミロイド前駆体蛋白質(APP)という受容体様の蛋白質から切り出される。APPは受容体様のI型膜蛋白質なので、生理的にはその細胞外ドメインで何らかのリガンドと相互作用してニューロンの高次機能発現に寄与していると予想されているが、いまだにその生理的リガンドは同定されていない。本研究では、APPの細胞外ドメインを組み換え蛋白質としてつくり、まずその溶液中での物理化学的性質を調べた。組み換え蛋白質の作製には動物細胞発現系を用い、5つのドメインからなる細胞外領域をえた。この蛋白質をゲルろ過クロマトグラフィーによって分析したところ、モノマーの分子量(55kDa)より遙かに大きい分子量の位置に溶出ピークが現れ、しかもこの位置がpHによって大きく変化することを見いだした。さらに分析用超遠心分離法を用いて絶対分子量の決定をおこなったところ、pH5.5および8.0ともに約6〜7万となり、APP細胞外ドメインは溶液中でモノマーであること、そして極めて細長い分子形状を持ち、その形状がpHが中性から酸性側にシフトするに従って球状に近いものに遷移することが明らかとなった。次に、アミロイド産生に主要な役割を果たす膜結合型酵素、βセクレターゼ(BACE1)とAPP細胞外ドメインの相互作用について検討した。BACE1の細胞外ドメインも動物細胞発現系を用いて作製し、APP細胞外ドメインとの相互作用を調べたところ、pH6.0付近で特異的な結合が見られた。上の結果と合わせると、APPとBACEの特異的な相互作用にはAPPの大きな構造変化が必要であることを強く示唆している。しかもこの相互作用は細胞外スペースではなくエンドソーム内の環境に近いpH6.0で最大になることは、Aβ産生のメカニズムを考える上で興味深い。