●アルツハイマー病!!［ II ］基礎の話題

1．γ セクレターゼ：最近の進歩
岩坪威＊

アルツハイマー病（AD）脳で老人斑を形成する β アミロイドは 40 あるいは 42 個のアミノ酸からなる Aβ ペプチドから構成される．42 個型の Aβ は 40 個型よりも凝集しやすく，AD 発症に重要な役割を果たす．Aβ は 1 回膜貫通型蛋白アミロイド前駆体（APP）から，2 種類の蛋白分解酵素（セクレターゼ）により切り出される．このとき細胞外側で最初に働くのが β セクレターゼ，次に膜内で切断するのが γ セクレターゼである．
Aβ のカルボキシ末端を切り出す γ セクレターゼの実体は長らく不明だった．その解明の契機となったのは，まれな家族性 AD の病因遺伝子プレセニリン（PS）の発見である．その後の研究から，8 回膜貫通構造をもつ PS 蛋白は γ セクレターゼの触媒サブユニットに一致することがわかった．変異が生じると蓄積性の高い Aβ 42 の産生比率が増大し，AD が発症するらしい．家族性 AD にかかわるだけでなく，孤発性 AD 患者脳で β アミロイドが溜まる過程でも，PS は切断酵素として関与する．ところが，PS単独では切断活性を持たず，PS に結合する複数の蛋白質（コファクター）が必要と判明した．2002 年までに PS 以外に 3 種類のコファクター蛋白質が同定されたが，個別の機能は不明であった．
われわれは，PS と 3 種類のコフ ァ ク タ ー 蛋 白（ニ カ ス ト リ ン：NCT，APH-1，PEN-2）が γ セクレターゼを形成する過程について調べた．まず RNA 干渉法によりNCT あるいは APH-1 をノックダウンすると，γ セクレターゼ作用をもつ PS も同時に消失した．ところが PEN-2 をノックダウンした場合には PS，NCT，APH-1 の 3 者が結合した不完全な γ セクレターゼ複合体が蓄積した．逆に PS の存在下で NCT とAPH-1 を過剰発現すると，同様に不完全な 3 者の複合体ができた．ここに PEN-2 を加えると，はじめて γ セクレターゼ活性が生じた．
これらの結果から次のように結論された．1．γ セクレターゼの形成過程で，最初に APH-1 と NCT が PS に結合して中間体を形成し，最後に PEN-2 が働いて活性型 γ セクレターゼが完成する．2．γ セクレターゼの基本骨格は PS，NCT，APH-1，PEN-2 という 4 つの蛋白からなる．

γ-secretase : recent advances
TAKESHI IWATSUBO Department of Neuropathology and Neuroscience, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, University of Tokyo

いわつぼ・たけし：東京大学大学
院薬学系研究科臨床薬学教授．昭和59年東京大学医学部卒業．昭和61年同神経内科．平成元年同脳研
病理助手．平成 4 年東京大学薬学部機能病態学客員助教授．平成10年現職．主研究領域／神経病理学（アルツハイマー病・パーキンソン病の病態），神経内科学，医療薬学．
＊30 第 125 回日本医学会シンポジウム

Key words

アルツハイマー病
γ セクレターゼA
β ペプチドプレセニリンアルツハイマー病（AD）の一部に常染色体

elixis 社 の Dan Curtis ら は，線 虫 の notch 表

優 性 遺 伝 を 示 す 早 発 型 家 族 性 AD（familial現型の増強，抑制を指標とする系統的な遺伝AD；FAD）が存在する．FAD 家系の遺伝学的子スクリーニングを行い，PS による γ セクレ解析により，病因遺伝子として Aβ の前駆体ターゼ機能を活性化する遺伝子（presenilinである APP，プレセニリン（presenilin；PS）

enhancer）と し て pen-1，pen-2 を 同 定 し1，2 が同定された．これらの FAD 変異のいずた7）．pen-1 は aph-1 に 一 致 し た が，pen-2

れもが，凝集性が高く早期から AD 脳に蓄積は新規の 2 回膜貫通蛋白をコードしていた．

1）

する Aβ 42 の産生を上昇させることが明ら

またショウジョウバエ S2 細胞を用いて内因か に な り2），PS の FAD 効 果 は Aβ を 介 す る性 の aph-1，pen-2 を RNAi で ノ ッ ク ダ ウ ンものであることが判明した．

すると，同時に発現した APP C 末端断片から

γ セクレターゼは APP，Notch などの 1 回の Aβ 産 生 が 抑 制 さ れ る と と も に，断 片 型膜貫通型蛋白の膜貫通領域内での切断を担う

ショウジョウバエ PS（Psn）も消失することプロテアーゼであり，Aβ の C 末端の切り出から，両者は γ セクレターゼ複合体の必須因しにかかわり，その長さを規定する点で AD子と考えられた．しかしこの時点で NCT，の発症にきわめて重要な役割を果たす．FADAPH-1，
PEN-2 が γ セクレターゼ複合体の形の PS 変異が γ セクレターゼによる切断に影成と活性化に果たす個別の役割は明らかでな響を及ぼし，Aβ 42 産生を増加させること，かった．

PS1 ノックアウト動物で γ セクレターゼ活性3）

われわれは，S2 細胞にショウジョウバエが高度に低下すること ，γ セクレターゼ阻NCT（dNCT）を恒常発現しただけでは Psn

害 薬 が PS1 に 直 接 結 合 す る こ と4）か ら，PSの代謝に変化は生じないが，ショウジョウバは γ セクレターゼの触媒サブユニットと考え

エ APH-1（dAPH-1）を発現した場合，断片型られるようになった．また PS 単独では γ セ

Psn の量は変わらないのに対し，全長型 Psn

クレターゼ活性を有さず，他の蛋白性構成因が増量することに気づいた．dAPH-1 と dNCT子（co-factor）を含む高分子量の複合体を形成を共発現した場合，全長型 Psn はさらに増量し，活性を発揮することが明らかになった．

した（図 1 A）．この全長型 Psn は断片型と同γ セクレターゼの必須 co-factor として I 型様 250 kDa 以上の高分子量複合体を形成しての 1 回膜貫通蛋白ニカストリン（nicastrin；おり，高度に安定化されていたが，この両者NCT）が最初に同定された ．RNA 干渉法をの共発現のみでは γ セクレターゼ活性は全く5）用いて線虫の NCT ホモログをノックダウン増大しなかった（図 1 B）．次にわれわれは，すると，線虫 notch ホモログ欠損変異に類似

ショウジョウバエ PEN-2（dPEN-2）を RNAiした咽頭前方部の低形成が生じることから，でノックダウンすると，断片型 Psn が消失す

NCT は PS と同様 notch シグナリングに必須ると同時に，dNCT や dAPH-1 を抑制した場の分子と考えられた．
しかし NCT の過剰発現合と異なり，全長型 Psn が蓄積してくるのにのみでは機能型の PS 複合体が増量せず，他

気 づ い た（図 1 C）
．こ の 全 長 型 Psn は，にも重要な機能をもつ複合体構成因子が存在

dAPH-1，dNCT 共発現でみられたものと同様するものと考えられた．に高分子量複合体を形成し，高度に安定化さ

Goutte らは，変異により線虫の咽頭部発生

れ て い た．そ し て dAPH-1，dNCT に 加 え て異常を示し，7 回膜貫通型の膜蛋白をコード

dPEN-2 の 3 者を共発現することにより，断6）

する aph-1 を 同 定 し た ．2002 年 7 月，Ex-

片型 Psn の増加と，γ セクレターゼ活性の増アルツハイマー病 31

CdPEN-2

dAPH-1

dNCT

Psn

dsRNA

GFPA（pM）
1,600

FL

Αβ40

1,400

CTF

Αβ42

1,200
Αβanti-GDL1

B800

TdPEN
CA 2TdPEN-2600

CA

transgene:

1,000400

dNCT
mock dAPH-1200Psn FL0transfected:

CATPsn NTF

dPEN-2mock

anti-GDN1

図1CAT

dPEN-2
dNCT
dAPH-1

PS の代謝と γ セクレターゼ活性A：ショウジョウバエ S2 細胞に内因性に存在する PS（Psn）およびコファクター蛋白を RNAiでノックダウンすると，いずれの場合にも断片型 Psn（CTF）が消失するが，dPEN-2 ノックダウンの場合のみ全長型 Psn（FL）が蓄積する．
B，C : dAPH-1 と dNCT を恒常的に共発現するショウジョウバエ S2 細胞には全長 Psn の蓄積が生じる（B，右から 2 レーン目）が γ セクレターゼ活性は変化しない（C，右から 2 組目のカラム）．ここに dPEN-2 を発現させると断片型 Psn が増加し（B），γ セクレターゼ活性も増大する（B，右端のカラム）．

大が確認された（図 1 A，B）．これらの結果かいくつかの基本的な問題が未解決のまま残さら，われわれは次の結論を導いた（図 2）．1．

れている．PS の膜貫通部位に存在する 2 個のAPH-1 は γ セクレターゼ複合体の主要な安定アスパラギン酸残基がどのようにして膜内に化因子として作用する．2．
PEN-2 は γ セクレ埋まった基質に対して加水分解―γ 切断―をターゼ複合体の成熟と活性化の最終段階を担行うのか，そして PS の 1 アミノ酸置換はどい，安定化した PS に γ セクレターゼ活性をうやって Aβ 42 ペプチドの産生を招くのかは与えるとともに，PS の断片化を促す．3．PS，重要な問題点である．最近 Haass らは PS をNCT，APH-1，PEN-2 は，γ セクレターゼ複合

持 た な い 酵 母 に PS と 3 種 の co-factor を 発

体の基本骨格を構成する主要な構成因子であ現すると γ セクレターゼ活性が生じることを8）

示したが9），精製蛋白の混和による完全な in

家族性 AD の病因遺伝子として同定された

vitro 再構成，活性型 γ セクレターゼ複合体のPS を出発点として，γ セクレターゼ複合体に立体構造解析などが今後の課題であろう．

よ る「膜 内 蛋 白 分 解 機 構」
（intramembrane

Notch 切断の抑制などの副作用の懸念は残さ

proteolysis）の研究は，Notch などの発生・分れるにしても，γ セクレターゼ阻害薬は依然化に関連した重要因子の活性化機構とも関連として AD の根本治療薬の有力候補の一つとして，興味深い研究テーマとなった．しかし，して期待される．

る ．

32 第 125 回日本医学会シンポジウム

NCT

PS

APH-1
PEN-2

nascent PS

stable HMW complex

active γ-secretasedegradation

図2

γ セクレターゼ複合体の形成過程

生合成された PS の一部は APH-1 および NCT と結合し，高度に安定化された高分子量の複合体を形成するが，この時点では PS はプロセシングを受けていない全長蛋白の状態で存在し，γ セクレターゼ活性もない（黒星で非活性型の Asp 残基を表示）．引き続いて PEN-2 が結合することにより γ セクレターゼの活性化が生じ（白星で活性型の Asp 残基を表示），PS のプロセシングも生じる．

〔文献〕
1）Iwatsubo T, et al : Visualization of Aβ 42（43）andAβ40 in senile plaques with end-specific Aβ monoclonals : evidence that an initially deposited species isAβ 42（43）. Neuron 1994 ; 13 : 45―53.
2）Tomita T, et al : The presenilin 2 mutation（N 141 I）
linked to familial Alzheimer disease （ Volga Germanfamilies）increases the secretion of amyloid β protein
ending at the 42 nd（or 43 rd）residue. Proc Natl AcadSci USA 1997 ; 94 : 2025―2030.
3）De Strooper B, et al : Deficiency of presenilin-1 inhibits the normal cleavage of amyloid precursor protein.
Nature 1998 ; 391 : 387―390.
4）Li YM, et al : Photoactivated γ-secretase inhibitors directed to the active site covalently label presenilin 1.
Nature 2000 ; 405 : 689―694.
5）Yu G, et al : Nicastrin modulates presenilin-mediatednotch!
glp-1 signal transduction and βAPP processing.
Nature 2000 ; 407 : 48―54.

6）Goutte C, et al : APH-1 is a multipass membrane protein essential for the Notch signaling pathway in
Caenorhabditis elegans embryos. Proc Natl Acad Sci
USA 2002 ; 99 : 775―779.
7）Francis R, et al : aph-1 and pen-2 are required for
Notch pathway signaling , γ-secretase cleavage ofβAPP, and presenilin protein accumulation. Dev Cell
2002 ; 3 : 85―97.
8）Takasugi N, et al : The role of presenilin cofactors inthe γ-secretase complex. Nature 2002 ; 422 : 438 ―441.
9）Edbauer D, et al : Reconstitution of γ-secretase activity. Nature Cell Biol 2003 ; 5 : 486―488.

アルツハイマー病 33

ではないかと思います．そういう点では，質疑応

答

NSAIDs の 応 用 は 有 効 と 思 い ま す．し か しNSAIDs に は 消 化 器 系 の 副 作 用 な ど が あ っ座長（井原） 大変わかりやすく話していたて，リード化合物としては有望と思いますが，だきましたが，一つだけうかがいたいと思い

実際に NSAIDs そのものをアルツハイマー病ます．木曽先生の演題ともかかわってくるのの抗アミロイド療法に使うことには限界があですが，先生は γ セクレターゼによる治療のるかもしれません． やはり Notch を抑えず，将来的な展望はどのようにお考えですか．

42 に選択性のある compound をスクリーニ

岩坪

これはいつも問題になるところですが，正常機能を担う Notch の阻害をいか にminimize して，こ の APP の C 末 端 の γ 切 断を選択的に抑えるか，そこにかかってくるの

34 第 125 回日本医学会シンポジウム

ングして開発していただくことが，一番ストレートな道筋ではないかと思います．
座長

どうもありがとうございました．