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東北医科薬科大学 審査学位論文(博士)要旨

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Academic year: 2021

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(1)

東北医科薬科大学

審査学位論文(博士)要旨

氏名(本籍) タカハシ ショウタ

太(山形県)

学位の種類 博士(薬学)

学位記番号 博薬学第

5

学位授与の日付 平成

29

3

10

学位授与の要件 学位規則第4条

1

項該当

学位論文題名

C

型肝炎ウイルス

Core

蛋白質による小胞体ストレス誘導 機構の解析

論文審査委員

主査

副査

副査

(2)

C

型肝炎ウイルス

Core

蛋白質による 小胞体ストレス誘導機構の解析

東北医科薬科大学大学院薬学研究科 微生物学教室 髙橋 庄太

<序論>

C

型肝炎感染症

C

型肝炎の病態の特徴は、

C

型肝炎ウイルス

(HCV)

感染後、急性肝炎の様相を呈す ることはまれであり、ほとんどが不顕性感染した後に高頻度(

70

%)で慢性肝炎へと 移行することである。慢性化した場合の自然治癒率は

0.2%と低率で 20

年の経過でお よそ

30

40

%が肝硬変へと移行する。さらに肝硬変の患者は年率

7

%で肝細胞癌を発 症する。また、

C

型肝炎患者の約

50

%は脂肪肝を合併する。肝癌による死亡者の約

70

HCV

起因することからも、この感染症が人の健康へ与える影響の大きさがわかる。

近年

C

型肝炎の治療法は急速に進歩したが、ウイルス除去後も

10

年間で

3.1

11.1

の発癌があることが報告されており、問題となっている。

HCV

はフラビウイルス科 に属するおよそ

3000

アミノ酸のウイルス前駆蛋白質をコードするプラス鎖の

RNA

ノムを持つウイルスであり、がん遺伝子を持たない。現在も

C

型肝炎の肝病態進行と 肝癌発症の詳細なメカニズムは未解明である。

HCV Core

HCV Core

(以下

Core

)はウイルス粒子の内核の構成因子である一方、病原性発現 との関連が示されているウイルス蛋白質の一つである。ウイルス蛋白質前駆体から

signal peptidase

によって未成熟型である

aa 1-191 (Core191)が切り出される。さら

Core191

は小胞体膜上の

signal peptide peptidase

SPP

)によって成熟型へと切 断される。成熟型の

Core

C

末端は

aa 1-177 (Core177)

と報告されているが、異な

C

末端を持つ分子も報告されている。ウイルス粒子を形成するのは

Core177

に限定 されることからも、この

Core

の成熟過程は

HCV

の複製に重要な意義を持つといえる。

小胞体ストレス

HCV

は感染細胞に小胞体ストレスを誘導することが報告されている。また

Core

独発現トランスジェニックマウスにおいても、肝細胞に小胞体ストレスを誘導し肝病 態の進行を促すことが報告されている。小胞体ストレスは、小胞体内腔で正常に高次

COP

(3)

されずに小胞体の処理能力を超えて蓄積した状態である。細胞はミスホールド蛋白質 を感知し小胞体ストレス応答(

ER stress response

または

UPR

Unfolded protein

response

)と呼ばれる機構を活性化することで小胞体内の恒常性を保つ。小胞体スト

レス応答は、新規蛋白質の翻訳抑制、分子シャペロンによるリフォールディングの促 進、細胞質に逆輸送して分解する小胞体関連分解(

ERAD : Endoplasmic reticulum associated degradation

)の促進などで、これらの応答により細胞は恒常性を担保する。

ERAD

は分解基質の変異部位が細胞質側 (ERAD-C), 内腔側 (ERAD-L), 膜内

(ERAD-M)

かによって担う構成分子を異にする。この機構は出芽酵母により解析され、

哺乳動物細胞との類似性が高い。また、小胞体ストレスは発癌および癌の進行に関与 していることが示唆されている。

<目的>

本研究では出芽酵母およびヒト培養細胞を用いて

Core

C

末端の長さによる細胞 内応答の検討を行い、Coreによる病原性発現機構を解明することを目的とした。出芽 酵母に

Core

を発現すると、油滴の蓄積や

UPR

の誘導など哺乳動物細胞と同様な細胞 毒性を示すことから、本研究において有用なモデルとなると考えた。また出芽酵母で

SPP

活性が弱いため

Core191

をプロセスされずに発現することが可能である。そ こで、まず出芽酵母を用いて

Core

C

末端の長さと小胞体ストレスなど細胞内応答 の関係を検討した。次に得られた知見を基盤に、哺乳動物細胞において同様な細胞毒 性発現機構があるのかを

C

末端が異なった

Core

および病原性が高い

HCV

Core

発現し検討した。

<結果>

Core C

末端の長さで油滴形成および小胞体ストレス応答が異なる】出芽酵母

において長さの異なる

Core

を発現させたところ油滴形成および

UPR

に違いが認めら

れた。

Core191

は油滴形成を全く誘導せずに、

UPR

を強く誘導した。一方、長さが成

熟型として報告されている

Core177

に近づくにつれて油滴形成の増加および

UPR

減少が認められた。

Core177

より

4 aa

短い

Core173

は油滴形成および

UPR

を誘導 した。

Core

は小胞体膜細胞質側から小胞体内腔のミスホールド蛋白質蓄積を促進 する】哺乳動物細胞においても

Core

は小胞体膜細胞質側に局在することが報告され ているが、出芽酵母においても

Core191

Core177

および

Core173

は同様に小胞体膜

(4)

細胞質側に存在することが明らかになっている。そこで、Coreがどのようにして小胞 体膜細胞質側から小胞体ストレス応答を誘導するかを検討した。出芽酵母における小 胞体ストレスセンサー分子である

Ire1

は1回膜貫通型の小胞体膜蛋白質で小胞体内腔 のドメインⅢでミスホールド蛋白質の蓄積を感知することが知られている。

Ire1

の変 異体発現株を用いて

Core

による小胞体ストレスの誘導を検討した結果、ミスホールド 蛋白質の蓄積を感知するドメインⅢが必要であることから、

Core

は小胞体内腔の変性 蛋白質を誘導する可能性が示唆された。

Core

ERAD-L

を阻害することで

UPR

を誘導する】次にどのようにして小

胞体内腔へのミスホールド蛋白質の蓄積を誘導するのかメカニズムを検討した。ミス ホールド蛋白質の蓄積は

ERAD

および小胞体からゴルジ体への小胞輸送(

COP

Ⅱ輸送)

の関与が示唆されている。そこで、

ERAD-L

-M

-C

のそれぞれの基質の分解および

COP

Ⅱ輸送の基質の蓄積に対する

Core191

Core177

の影響を検討した。

Core177

ERAD-M

および

COPⅡ輸送を阻害したが、ERAD-L

はわずかな阻害が認められた。

Core191

ERAD-M

ERAD-L

および

COP

Ⅱ輸送を強く阻害した。

Core177

は小胞 体ストレスを誘導しないことから

Core

による小胞体ストレス誘導機構は

ERAD-L

大きく関与している可能性が強く示唆された。

Core C

末端の長さに依存した小胞体ストレス誘導能はヒト培養細胞で再現

される】次に出芽酵母で確認された

Core C

末端の長さに依存した小胞体ストレス誘 導能の違いは哺乳動物細胞で保存されるかを検討した。ヒト肝臓癌細胞

Huh-7

Core191

を発現すると

SPP

による切断を受けて

Core177

と同じ高さにバンドが確認 された。しかし、

Core191

は強く小胞体ストレスを誘導したが、

Core177

は誘導しな

かった。

Core173

を発現した場合には不安定なためにウエスタンブロッティングでバ

ンドは確認出来なかったが、小胞体ストレスを強く誘導した。一方、ヒト胎児腎細胞

HEK293FT

細胞で実験したところ、

Core173

は小胞体ストレスをより強く誘導し

Core173

の発現も確認できた。また、SPPで切断されない

Core

人工変異体を発現す ると、小胞体ストレスをより強く誘導した。よって出芽酵母と同様にヒトの細胞にお いても

Core

には

C

末端に依存した小胞体ストレス誘導活性があることが明らかとな った。

【肝病態高病原性の

HCV

由来のアミノ酸変異体

Core

の解析】

IFN

治療抵抗予 測因子として見つかった

Core

R70Q

変異は、肝癌の発生および悪性化に関与する

(5)

ことが疫学的に示されている。次にこの変異について解析を行った。その結果、

R70Q

は小胞体ストレスを誘導し細胞増殖を強く抑制することが明らかになった。また、

SDS-PAGE

上で

R70Q

変異

Core

Core173

と同様な移動度を示すことが明らかに なった。

R70Q

で確認された現象は

Core173

と類似しているため、今回得られた結果 は、

R70Q

C

末端のプロセシングエラーを引き起こし、その結果小胞体ストレスを 誘導する可能性を示唆している。

<考察>

HCV

ゲノム

RNA

は変異が入りやすく、同一個体の中においてもゲノム配列の異なる ウイルスの集合体(

quasispecies

)であることが報告されている。本研究は自然発生

Core

の変異によってもプロセシングエラー(プロセスされない、短くなる)が起こ る可能性を示した。また、

Core

C

末端の長さに依存して小胞体ストレス誘導能が現 れることが初めて明らかになった。ウイルス粒子形成は

Core177

のみで起こることか ら、変異によりプロセシングエラーを起こした

Core

はウイルスを形成せずに感染細胞 に留まり小胞体ストレスを誘導する可能性が考えられる。小胞体ストレスは持続的な 炎症誘発による肝発癌、およ

び進行に寄与することから、

本研究で明らかに

Core C

端の長さに依存した小胞体 ストレス誘導能の違いは、

HCV

の持続感染による病態 発現および発癌機構の解明 に繫がる重要な知見を与え る可能性が考えられた。

<原著論文>

Takahashi, Shota; Sato, Naoko; Kikuchi, Junichi; Kakinuma, Hideaki; Okawa, Jun; Masuyama, Yukiko; Iwasa, Shingo; Irokawa, Hayato; Hwang, Gi-Wook;

Naganuma, Akira; Kohara, Michinori; Kuge, Shusuke., Immature Core Protein of

Hepatitis C Virus Induces an Unfolded Protein Response through Inhibition of

ERAD-L in a Yeast Model., Genes to Cells, 22 (2). 2017. DOI:10.1111/gtc.12464

参照

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