闡明遺傳性神經(jīng)性皮膚萎縮癥的發(fā)病機(jī)制，部分髓磷脂蛋白零變異

MPZ對髓磷脂的形成至關(guān)重要，基因變異引起CMT的機(jī)制尚不明確

該研究由該研究生院生命醫(yī)科學(xué)研究科功能構(gòu)造科學(xué)研究室的坂倉正義副教授、高橋榮夫教授、高能加速器研究機(jī)構(gòu)的田邊干雄特任副教授、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的三尾和弘實驗室組長等研究小組進(jìn)行。研究成果刊登在《Structure》上。

髓磷脂是神經(jīng)信號在軸突高速傳遞時不可缺少的由細(xì)胞構(gòu)成的電絕緣體。末梢神經(jīng)系統(tǒng)的髓磷脂是由施萬細(xì)胞在軸突周圍層層纏繞而形成的。由此產(chǎn)生的細(xì)胞膜（脂質(zhì)雙層膜）的多層，成為電氣絕緣功能的主體。髓磷脂的脂質(zhì)雙層膜多層是由存在于膜中的MPZ粘合膜與膜而形成并維持的。

由于編碼MPZ的基因DNA的錯誤意識變異，構(gòu)成MPZ的氨基酸殘基中的一種被替換為其他種類的氨基酸的話，髓磷脂就不能正常形成，就會出現(xiàn)CMT這種神經(jīng)疾病。CMT是一種不治之癥，其發(fā)病機(jī)制尚未完全查明，到目前為止還沒有開發(fā)出有效的治療方法和治療藥物。作為闡明CMT發(fā)病機(jī)制的第一步，該研究小組明確了MPZ以怎樣的機(jī)制粘附膜，以及引起CMT的氨基酸殘基置換如何引起MPZ的變化。

用X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法確定MPZ-ECD的立體結(jié)構(gòu)，確認(rèn)兩種類型的8聚體形成

MPZ是一種單次跨膜蛋白，在細(xì)胞外具有與免疫球蛋白結(jié)構(gòu)非常相似的域（細(xì)胞外域：ECD）。在此次研究中，為了從原子層面理解MPZ的膜粘附機(jī)制，首先通過X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法確定了人源MPZ- ecd的立體結(jié)構(gòu)。晶體中的ECD形成環(huán)狀四聚體，再形成四聚體橫向排列的trans-8聚體和縱向排列的head-to-head-8聚體兩種八聚體結(jié)構(gòu)。這兩種類型的8聚體，從其形狀考慮都可以粘合膜，但是在實際的膜粘合場中哪個更重要，僅從得到的結(jié)構(gòu)無法判斷。

根據(jù)開發(fā)的納米髓磷脂法，MPZ的head-to-head-8聚體與膜粘接有關(guān)

因此，研究小組開發(fā)了評價ECD的膜粘接活性的新實驗方法（納米髓磷脂法）。納米髓磷脂法是將ECD固定在被稱為納米盤的脂質(zhì)雙層膜的水溶性粒子表面。配制了固定野生型ECD的納米盤，用電子顯微鏡觀察，通過ECD觀測到串珠的納米盤（納米髓氨酸）。該結(jié)果表明，野生型ECD具有膜粘附活性。接著，他們分別用不同種類的氨基酸替換了被認(rèn)為在trans相互作用和head-to-head相互作用中發(fā)揮重要作用的氨基酸殘基，制備了變異型ECD，并進(jìn)行了同樣的實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，置換了head-to-head相互作用面的氨基酸殘基的W28A變異型ECD不會發(fā)生膜粘接，也不會形成納米髓磷脂。以上結(jié)果表明，MPZ通過形成head-to-head-8聚體來粘附膜與膜。

N87H變異型ECD喪失膜粘接活性

然后，將引起CMT的氨基酸殘基取代引入ECD中，分析納米髓磷脂是否形成。于是，發(fā)現(xiàn)將存在于對四聚體形成重要的cis相互作用部位的第87個天冬酰胺殘基（以一個字表示為N）置換為組氨酸（以一個字表示為H）的N87H變異型ECD不能連接納米盤，因變異而失去了ECD的膜粘接活性。這可以認(rèn)為是由于作為側(cè)鏈小的氨基酸的天冬酰胺被側(cè)鏈大的組氨酸取代，與相鄰的ECD分子的結(jié)合變差的緣故。

保持膜粘接活性的兩種變異：蛋白質(zhì)穩(wěn)定性降低

另一方面，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入了CMT相關(guān)氨基酸殘基取代的D32G變異型ECD（head-to-head相互作用面）和E68V變異型ECD（cis相互作用界面）的ECD形成納米髓磷脂，保持膜粘接活性。接著，利用圓二色性光譜（CD）分析這些變異型ECD的溫度依賴性結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)變異型ECD在比野生型ECD更低的溫度下變性（或凝聚）。由于變異導(dǎo)致的穩(wěn)定性下降，細(xì)胞內(nèi)難以形成結(jié)構(gòu)正確的蛋白質(zhì)，或者在細(xì)胞表面進(jìn)行膜粘附的ECD的“保存期”變差，這些都與CMT的發(fā)病有關(guān)。

今后有必要闡明80個MPZ變異的共同機(jī)制

此次研究揭示了3個CMT相關(guān)變異對MPZ- ecd產(chǎn)生的功能和結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)了與CMT發(fā)病相關(guān)的MPZ上多達(dá)80個變異位點。為了開發(fā)以MPZ為起點的CMT的治療藥物，有必要弄清這些變異中的許多共同的CMT觸發(fā)機(jī)制。

研究小組表示：“此次開發(fā)的納米髓磷脂方法，在分析多個CMT相關(guān)變異對MPZ活性的影響方面，有望成為有用的實驗工具?！?/span>