（プロ）レニン受容体の生化学的側面 - J-Stage

【解説】

（プロ）レニン受容体の生化学的側面

新しい機能への展望

山下晋司 * ¹ _{，中川 寅} * ^{1 , 2} _{，海老原章郎} * ^{1 , 2} _{，鈴木文昭} * ^{1 , 2}

（プロ）レニン受容体は，血圧調節を担う酵素レニンおよびそ の 不 活 性 前 駆 体 プ ロ レ ニ ン に 結 合 す る 受 容 体 と し て2002年 に同定された^（1）．この結合に伴い，プロレニンの活性化と細 胞内へのシグナル伝達が起こることがわかった．この受容体 の 発 見 に よ っ て，電 解 質 レ ベ ル や 昇 圧 調 節 機 構 で あ る レ ニ ン・アンジオテンシン系の役割や，不活性前駆体であるプロ レニンの機能の理解が大きく進展した．ごく最近，（プロ）レ ニン受容体が発生や細胞増殖などの生体活動の本質的な部分 で機能することが明らかになり，（プロ）レニン受容体の機能 的多様性に立脚した研究のパラダイムシフトがまさに起ころ うとしている．

はじめに

レニン・アンジオテンシン系研究は，1898年にTiger- stedtとBergmanによる「腎臓に昇圧物質が含まれる」

という報告から始まる．1970年代になって，ようやく

昇圧物質の本体である酵素レニンが純化され，その生化 学的性質が明らかなった．80年代以降，酵素レニンの 塩基配列および立体構造が決定され，酵素としての性質 が明らかにされた．さらに，酵素レニンの不活性前駆体 であるプロレニンが，血漿中に活性型レニンの10倍近 く含まれていることが報告された．2000年以降，レニ ン・アンジオテンシン系は新たな展開を見せた．2002 年，Nguyenら^（1）によって，レニンとプロレニンの両者 に結合する受容体が同定された．この知見以降，（プロ）

レニン受容体を介したシグナリングが，糖尿病などによ る臓器障害や，発生および腫瘍の進展に重要なWnt/

β

- カテニン系に関与することが明らかになり，電解質レベ ルや血圧調節といった従来の概念では網羅できない新し い生理機能をこの受容体が担っている可能性が見えてき た．本稿では，私どもの研究を含む最新知見に基づき，

（プロ）レニン受容体の新しい機能について，生化学的側 面から展望する．

古典的レニン・アンジオテンシン系

酵素レニンは，腎臓の傍糸球体細胞でまず不活性前駆 Biochemical Aspects of the （Pro）Renin Receptor：Prospects for 

New Function

Shinji YAMASHITA, Tsutomu NAKAGAWA, Akio EBIHARA,  Fumiaki SUZUKI, *¹岐阜大学大学院連合農学研究科，*²_岐阜大学 応用生物科学部生物化学研究室

体プロレニンとして生合成され，その後，プロセッシン グ酵素により活性化され，血液中へと分泌される．肝臓 由来のアンジオテンシノーゲンからレニンの作用により 生成されたアンジオテンシンIは，アンジオテンシン変 換酵素によってオクタペプチドであるアンジオテンシン IIに変換され，アンジオテンシンIIタイプ1受容体に結 合し，昇圧作用，細胞の増殖，肥大，分化などの生理活 性に関連する．

不活性前駆体プロレニン

レニンの不活性酵素前駆体であるプロレニンは，腎臓 以外にも副腎，網膜，胎盤，子宮，睾丸，顎下腺でも生 合成されるが，43残基のプロセグメントによって活性 型レニンの活性部位を覆われているので，触媒活性を発 現できない．しかし，血漿中でこのプロセグメントが部 分消化され，プロレニンの活性部位を露出させ活性化さ れるメカニズムは知られておらず，高濃度で存在するプ ロレニンの生理的役割は不明である．健常人でも血漿中 プロレニン量は，レニン量の約10倍であるが，糖尿病 患者や妊婦では，健常人と比較して40 〜 200倍にも増 加することが知られている．特に糖尿病の場合，微量の アルブミン尿を認める場合に顕著になる．さらにプロレ ニンは心臓に取り込まれ，局部的な心臓内アンジオテン シンII濃度を上昇させることから，未知の生産系の存在 が示唆されている^（2, 3）．

の実験では，プロレニンは，pH 3.3での酸性 化や4℃以下での低温化処理によって，プロセグメント 部位に可逆的な構造変化を引き起こし活性化する．ま た，トリプシンによる穏やかな部分消化によりプロセグ メントが除去されると，レニンへと変換され活性をも つ．当研究室では，プロセグメントの部分配列をエピ トープとした数種類の抗体を用いて，タンパク質間相互 作用によってプロレニンを活性化する機構を解析した．

その結果，活性化に重要な領域を特定し，活性化を導く

「取っ手領域」を意味する「ハンドル（handle）領域」を 提案した．プロレニンにハンドル領域があるという考え 方は，現在，高血圧や糖尿病を研究する研究者に広く認 知され，この文献の引用回数も100回を超えている．し かし，このように大量の不活性前駆体プロレニンが，血 漿中に存在する理由は，いまだ明確にはなっていない．

（プロ）レニン受容体の発見

2002年にNguyenら^（1）により腎臓のメサンギウム細胞 から（プロ）レニン受容体が同定された．そのアミノ酸 配列の一部は，V-ATPaseのコンポーネント（M8‒9）

としてすでに報告されたものと同一配列だった．（プロ）

レニン受容体は350残基（39 kDa）からなる1回膜貫通 型タンパク質であると報告されており，その遺伝子は，

X染色体p11.4上に存在する．（プロ）レニン受容体は，特 に脳，心臓，胎盤に多く分布しているが，肝臓，膵臓，

図1^■レニン・アンジオテンシン 系解説図

左図は，古典的レニン・アンジオ テンシン系を示す．肝臓で生合成 されたアンギオテンシノーゲン が，腎臓で生合成されたレニンに よりデカペプチドであるアンジオ テンシンIが生成する．次に肺で 生合成されたACE（アンジオテン シン転換酵素）によりオクタペプ チドに転換され，血管壁に作用す る．右図は，近年確認された（プ ロ）レニン受容体やWnt/β-catenin 系との関連性を示す．

腎臓，副腎，卵巣などの臓器からも幅広く検出されてい る．また，（プロ）レニン受容体ノックアウトマウスは，

初期胚時に致死に至るので，発生時の本質的な役割を 担っていると考えられている．そこで臓器ごとの発現を ノックアウトすることによる（プロ）レニン受容体に関 する個体レベルでの研究^（4）が進められている．

（プロ）レニン受容体の構造

ヒト（プロ）レニン受容体は，シグナルペプチド（1‒16 番），細胞外ドメイン（17‒304番），膜貫通ドメイン（305‒

324番），細胞内ドメイン（325‒350番）の4ドメインか らなり，N型糖鎖結合部位やジスルフィド結合部位をも たない．また，そのアミノ酸配列において，ヒト，ラッ ト，マウス，ニワトリそしてゼブラフィシュに至るまで 相同性が高い．

（プロ）レニン受容体の細胞内動態

細胞内の小胞体で生合成された全長型（プロ）レニン受 容体は，ゴルジ体に運ばれると一部が，furinやADAM19 といった酵素によりプロセッシングを受け，レニンやプ ロレニンと結合能を有する細胞外ドメイン（28 kDa）が 切断され，可溶型（プロ）レニン受容体として細胞外へ 分泌される^（5）．残った膜貫通ドメインおよび細胞内ドメ インからなる断片（10 kDa）は，V-ATPaseのアクセサ リータンパク質M8‒9に相当すると考えられる．可溶型

（プロ）レニン受容体は，血漿中や尿中で検出されるが，

その生理作用は，いまだ明らかにはなっていない．

（プロ）レニン受容体とレニン・プロレニンとの結合 性

レニン，プロレニンはともに（プロ）レニン受容体に 結合し，それぞれが活性を有するために，プロレニン受

容体ではなく，（プロ）レニン受容体と名づけられてい る．プロレニンが可溶型（プロ）レニン受容体との結合 により非酵素的に活性化することは，ヒト臍帯静脈内皮 細胞（HUVEC）の培養培地中やバキュロウイルス発現 系^（6）で調製した（プロ）レニン受容体を用いてタンパ ク質の相互作用を測定するBIAcoreによる表面プラ ズモン共鳴法およびレニン酵素活性を指標に明らかに された^（7）．また，BIAcoreでのkinetics測定の結果，ヒト レニンおよびプロレニンのヒト（プロ）レニン受容体に 対する結合速度定数（ a値）は，それぞれ，2.16×10⁷ と18×10⁶ M⁻¹s⁻¹で あ り，解 離 定 数（ d値） は，4.4 と1.2 nMであった^（8）．レニンやプロレニンはリガンド として（プロ）レニン受容体を刺激し，MAPキナーゼ経 路に代表される細胞内シグナルを惹起することが報告さ

れている^（9〜11）．また，既述したように当研究室では，

タンパク質の相互作用から（プロ）レニン受容体がプロ レニンを活性化する機構を解析し，2003年にプロセグ メントの中に，活性化に重要な領域が存在することを発 表し，「ハンドル領域」（活性化へと導く「取っ手」を意 味する）と命名した^（12）．

（プロ）レニン受容体ブロッカー

全長型（プロ）レニン受容体にレニンおよびプロレニ ンが結合することで，あたかもこれらが「ホルモン」の ように細胞内にリン酸化シグナルを伝達するようになる．

「ハンドル」領域を含むペプチドは，デコイ（decoy）

ペプチドと名づけられ，R^10PIFLKRMPSI^19Pの配列をも ち，プロセグメントの中央部に位置するデカペプチドで ある． の実験で可溶性（プロ）レニン受容体に，

このデコイペプチドを結合させると，レニン，プロレニ ンの結合性が消失した^{（13, 14）}．さらに，糖尿病ラットに，

このデコイペプチドを投与すると，腎障害の発症が抑制 された^（15）．

図2^■（プロ）レニン受容体の相 同性

相同性の高い動物種の（プロ）レニ ン受容体の一次構造を，CLUSTAL  2.1 multiple sequence align ment で比較した．

レニン‒レニン阻害剤複合体の（プロ）レニン受容体 結合性

レニンおよびプロレニンと（プロ）レニン受容体の複 合体に対するアリスキレン^（16） （Aliskiren : レニン阻害 剤）の d値は，それぞれ0.46，0.25 nMであり，単独の レニンに対する d値0.72 nMよりも低い値を示した．

また，レニン単独とレニン‒アリスキレン複合体の（プ ロ）レニン受容体に対する d値は，それぞれ4 nMと5

×10⁴ nMであり，レニン阻害剤はレニンの（プロ）レニ ン受容体に対する親和性を著しく低下させることが示さ れた^（17）．

（プロ）レニン受容体研究の今後の展開：レニン・ア ンジオテンシン系とは独立した新規機能

現在，従来のレニン・アンジオテンシン系と独立した，

（プロ）レニン受容体の新規機能として以下の3つの項目 が挙げられる．

1.  V-ATPase

V-ATPaseは，細胞内小器官のpHを酸性に維持する 機能を有している．（プロ）レニン受容体（ATP6AP2）

の膜貫通ドメインと細胞内ドメインから成るM8‒9断片 はV-ATPaseのアクセサリータンパク質であることが報 告されている^（18）．その機能については明らかになって いないが，Wnt/

β

-カテニン系シグナルには，（プロ）レ ニン受容体を介したV-ATPase依存性のpH変化が必 要^（19）であり，複合的な相互作用の可能性がある．

2.  Wnt/

β

-カテニン系

2010年Cruciatら^（19）は，発生や腫瘍の病態進行にかか わるWnt/

β

-カテニン系のシグナル調節因子を発見する ために，大規模なRNAiスクリーニングを行い，新た に，Wnt受容体複合体の構成因子として（プロ）レニン 受容体を同定した．この研究によって，（プロ）レニン受 容体が，Wnt受容体複合体の構成因子の一つである LRP6と結合することがわかった．LRP6は，4つのドメ イン（E1, E2, E3, E4）で構成される^{（20, 21）}が，（プロ）レ ニン受容体がどのドメインと相互作用するのかを明らか 図3^■プロレニンとデコイペプチ ド

プロレニンは，レニンの不活性型 前駆体であり，活性部位がプロセ グメントにて覆われるため活性が 発現しない．当研究室では，この プロセグメントの配列からプロレ ニンの活性化に重要な領域を特定 し，活性化を導く「取っ手領域」

を意味する「ハンドル領域」を提 案しデコイペプチドと名づけた．

このデコイペプチドを（プロ）レ ニン受容体に作用させると，レニ ンおよびプロレニンとの相互作用 が阻害される．

図4^■レニン阻害剤と（プロ）レニン受容体

レニン阻害剤であるアリスキレンをレニンに作用させたのちに

（プロ）レニン受容体との相互作用を確認したところ，著しい低下 が見られた．

にできれば，Wnt/

β

-カテニンシグナル伝達を調節する 腫瘍治療薬の開発に新しい知見をもたらす可能性が期待 できる．

3.  可溶型（プロ）レニン受容体

可溶型（プロ）レニン受容体は，レニン，プロレニン と結合能を有するが，血漿中で不活性型プロレニンと結 合し，レニン触媒機能を呈しているかどうか，現在のと ころ確認はなされていない．

おわりに

近年，確認されつつある（プロ）レニン受容体の新規 機能について解明が進めば，生命の発生からその後の生 体維持にまで，レニン・アンジオテンシン系が広くかか わっているという生命の根幹にかかわる重要な流れが明 らかとなる可能性がある．今後，ますます，この分野の 研究の進展が期待される．われわれは，タンパク質分子 相互作用の技法を活用して，（プロ）レニン受容体研究の パラダイムシフトに貢献したいと考えている．

文献

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12） F. Suzuki, M. Hayakawa, T. Nakagawa, U. M. Nasir, A. 

Ebihara,  A.  Iwasawa,  Y.  Ishida,  Y.  Nakamura  &  K. 

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13） A.  N.  Nabi,  K.  B.  Biswas,  T.  Nakagawa,  A.  Ichihara,  T. 

Inagami & F. Suzuki : , 24, 83 （2009）.

14） A. N. Nabi, K. B. Biswas, K. M. Nasrin Haque, Y. Arai, T. 

Nakagawa,  A.  Ebihara,  A.  Ichihara,  T.  Inagami  &  F. 

Suzuki : ,  428,  506 

（2012）.

15） A.  Ichihara,  M.  Hayashi,  Y.  Kaneshiro,  F.  Suzuki,  T. 

Naka gawa, Y. Tada, Y. Koura, A. Nishiyama, H. Okada, 

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16） J. M. Wood, J. Maibaum, J. Rahuel, M. G. Grütter, N. C. 

Cohen,  V.  Rasetti,  H.  Rüger,  R.  Göschke,  S.  Stutz,  W. 

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17） K. B. Biswas, A. N. Nabi, Y. Arai, T. Nakagawa, A. Ebi- hara, A. Ichihara, T. Watanabe, T. Inagami & F. Suzuki :  

, 33, 1053 （2010）.

18） J. Ludwig, S. Kerscher, U. Brandt, K. Pfeiffer, F. Getlawi,  D.  K.  Apps  &  H.  Schägger : , 273,  10939  図5^■（プロ）レニン受容体の新 規機能

（プロ）レニン受容体（ATP6AP2）

が同定された当初は，その膜貫通 ドメインと細胞内ドメインに相当 する断片（M8‒9）がV-ATPaseの アクセサリータンパク質であると の 既 報 が あ っ た（左 図）．近 年，

（プロ）レニン受容体とWnt受容体 複合体の構成因子の一つ（LRP6）

との相互作用が確認されており

（右図），今後，Wnt/β-カテニンシ グナル伝達を調節する腫瘍治療薬 の開発に新しい知見をもたらす可 能性が期待できる．

（1998）.

19） C. Cruciat, B. Ohkawara, S. Acebron, E. Karaulanov, C. 

Reinhard, D. Ingelfinger, M. Boutros & C. Niehrs : ,  327, 459 （2010）.

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プロフィル

山下 晋司（Shinji YAMASHITA）   

＜略歴＞1987年岐阜大学農学部農芸化学 科卒業／1989年同大学大学院修士課程農 学研究科農芸化学専攻修了／同年サッポロ ビール株式会社入社／2010年技術士（生物 工学）取得／2013年岐阜大学大学院連合 農学研究科入学＜研究テーマと抱負＞（プ ロ）レニン受容体の多様性における生化学 的研究＜趣味＞絵画，工芸

中 川  寅（Tsutomu NAKAGAWA）   

＜略歴＞1991年筑波大学第二学群農林学 類卒業／1993年同大学大学院修士課程医 科学研究科修了／同年日本学術振興会特別 研究員（DC1）／1995年筑波大学大学院博 士課程農学研究科中退／同年岐阜大学農学 部助手／1998年博士（農学，筑波大学）／

2004年 岐 阜 大 学 応 用 生 物 科 学 部 助 手／

2006年同大学助教授／2007年同大学准教 授（現職）／同年米国バンダービルト大学医 学部客員研究員（〜 2008年）＜研究テー マと抱負＞（プロ）レニン受容体を取り巻 く分子ネットワークの分子細胞生物学＜趣 味＞散策，ベランダ園芸

海老原章郎（Akio EBIHARA）   

＜略歴＞1996年筑波大学第二学群生物学 類卒業／1998年同大学大学院博士課程農 学研究科修士課程修了／2002年同大学大 学院博士課程農学研究科博士課程修了，博 士（学術）／同年理化学研究所播磨研究所 連携研究員／2006年同研究所播磨研究所 放射光科学総合研究センターチームリー ダー／2008年岐阜大学応用生物科学部助 教／2011年同大学准教授（現職）＜研究 テーマと抱負＞血圧調節システムの酵素科 学．血圧調節酵素レニンの不思議を解明し て，グリーンケミストリーに貢献する新触 媒の設計につなげたい＜趣味＞散歩 鈴木 文昭（Fumiaki SUZUKI）   

＜略歴＞1975年岐阜大学農学部農芸化学 科卒業／1977年京都大学大学院修士課程 農学研究科食品工学専攻修了／1978年筑 波大学大学院博士課程農学研究科応用生 物化学専攻中退／同年岐阜大学農学部助 手／1985年博士（農学，筑波大学）／1986

〜1989年ドイツ高血圧研究所博士研究員，

ドイツハイデルベルク大学医学部薬理学研 究室でフンボルトフェローとして研究に従 事／1988年岐阜大学農学部農芸化学科助 教授／1996年同大学遺伝子実験施設助教 授／1998年筑波大学客員研究員（〜 2009 年）／2000年岐阜大学農学部教授／2004年 同大学応用生物科学部教授／2010年同大 学応用生物科学部副学部長／2011年同大 学大学院連合農学研究科長／2013年同大 学・学長補佐，連合農学研究科長／2014 年同大学理事，副学長（国際・広報担当）

（現職）＜研究テーマと抱負＞レニン，ア ンギオテンシノーゲン，プロレニンおよび

（プロ）レニン受容体の研究を深め社会貢 献したい＜趣味＞テニス（プレー），ラグ ビー（観戦）