順天堂大学は2月25日、転写因子「NF-Y」について、マウス大脳神経細胞で機能欠損させると、神経細胞の脱落、大脳の萎縮を引き起こすことを見出し、NF-Yが神経細胞の生存に必須であることを明らかにすると同時に、神経脱落に先立ち、不溶化した膜タンパク質が細胞小器官「小胞体」へ異常蓄積すること、同時に小胞体自体も増加・集積といった顕著な形態変化を示すという、まったく新しい神経変性病態も発見したと発表した。

成果は、順天堂大大学院 医学研究科・神経変性疾患病態治療探索講座の貫名信行 客員教授、山中智行 協力研究員らの研究チームによるもの。研究の詳細な内容は、2月25日付けで英オンライン科学誌「Nature Communications」に掲載された。

転写因子NF-Yは、「NF-YA」、「同B」、「同C」の3者から構成される3量体で、遺伝子の発現開始の特殊領域である「プロモータ」に結合して、細胞増殖調節因子やタンパク質「シャペロン」(タンパク質が正しく折りたたまれるのを助ける役割を持つ)などのさまざまな遺伝子の発現を調節している(画像1)。

画像1。転写因子NF-Yによる遺伝子発現調節

これまでの研究から、幹細胞やがん細胞などの増殖への関与は見出されてきたが、増殖・分裂をしない神経細胞におけるNF-Yの機能はまったく着目されていなかった。近年、研究チームは、神経変性疾患の1つである「ハンチントン病」のモデルマウス脳において、その病因タンパク質によりNF-Yの活性が低下し、その結果として、シャペロン遺伝子の発現が減少することを見出している。

その発見を機に、NF-Yが神経細胞の維持・変性に何らかの形で関わっていることが予想されたが、その生理的役割についてはまったく不明だった。そこで研究チームは今回、NF-Yを構成する内のNF-YAを大脳神経細胞で欠損させたマウスを作製し、NF-Yの機能解析を試みることにしたのである。

実験の結果、NF-YA欠損マウスでは、体重の減少や寿命の短縮と共に、神経の脱落および顕著な脳萎縮を示すことが観察され、NF-Yが大脳神経細胞の維持・生存に必須であることが明らかとなった。また変性神経細胞では、「プロテアソーム」や「オートファジー」といったタンパク質分解作用に関わる「ユビキチン」や「p62」が不溶化していること、これらが膜タンパク質と共に小胞体(膜タンパク質や分泌タンパク質を合成・修飾し、これらの輸送・分泌を制御する役割を担う)に集積にしていることが発見された(画像2)。

また小胞体自体も、「滑面小胞体」というタンパク合成を担う「リボソーム」の付着していないものが異常に増加し、細胞核周囲に集積していることも明らかにされた(画像3)。さらに、変性神経細胞では、「小胞体シャペロン」(小胞体内に存在し、膜タンパク質や分泌タンパク質の折りたたみに関わる)などの発現が低下していることも見出されたのである。以上のことから、NF-Yは神経細胞の小胞体の構造と恒常性維持に関わっており、その機能破綻は膜タンパク質の不溶化・蓄積と共に小胞体の顕著な集積という、これまでにない新規の神経変性病態を示すことが明らかとなったというわけだ。

画像2(左):NF-Y欠損神経細胞でのユビキチン、p62、膜タンパク質の小胞体への異常集積。NF-Yを欠損した脳神経細胞では、タンパク質分解に関わるユビキチンやp62、および細胞膜タンパク質である「Amyloid precursor protein(APP)」が不溶化する(いずれも赤で表示されている)。これらは小胞体マーカー(緑で表示)と共染色される(黄色の部分)ことから小胞体に蓄積していることがわかる。画像3(右):NF-Y欠損神経細胞での小胞体の増加・核周囲への集積。コントロール(健常マウス)の大脳神経細胞(上)に比べ、NF-Yを欠損した大脳神経細胞(下)では、小胞体が異常増加し、核周囲に集積している状態だ(赤矢印で記した部分)

これまでに、多くの神経変性疾患で、異常タンパク質が不溶性の線維性凝集体を形成し、ユビキチンやp62と共に封入体と呼ばれる構造体を形成することが知られていたが、今回の研究により、不溶化膜タンパク質が、封入体を形成することなく小胞体に蓄積することを示し、小胞体が異常膜タンパク質の蓄積する「場」となり得ることが見出された。

これは、小胞体の劇的な質的・量的変化と関連していると考えられるという。今後の解析により、新たな膜タンパク質蓄積病態の詳細とその細胞応答機構や小胞体膜の代謝機構が明らかとなっていくと期待されるとした。近年、「筋萎縮性側索硬化症」などの神経変性疾患において、小胞体への病因タンパク質集積や小胞体構造異常が報告されており、今回の研究成果は、これら疾患の病態解明や治療法模索の上でも有用となる可能性が考えられるとしている。