Press Release2022 年 5 ⽉ 17 ⽇
東京慈恵会医科⼤学
横 浜 市 ⽴ ⼤ 学

シスチン尿症の原因となるタンパク質⽣合成異常のしくみを解明
東京慈恵会医科⼤学 臨床検査医学講座 永森收志准教授、Pattama Wiriyasermkul 特任助教とマックスプランク⽣物物理学研究所 李勇燦博⼠研究員（現：横浜市⽴⼤学⼤学院⽣命医科学研究科 ⽣体膜ダイナミクス研究室助教）による国際共同研究グループは、シスチン尿症に関わるアミノ酸輸送体（トランスポーター）＊1 である rBAT-b0,+AT の⽣合成における重要なプロセスを発⾒しました。
今回の研究により、⻑年謎とされてきたいくつかのシスチン尿症の病態変異が説明され、分⼦・原⼦レベルでの新たな治療法の可能性が⽰されます。
本研究成果は「Nature Communications」に掲載されました。
（掲載⽇時：⽇本時間 2022 年 5 ⽉ 16 ⽇ 18 時）

研究成果のポイントl

シスチン輸送体の⽣合成は⼩胞体＊2 でのカルシウム結合と超分⼦複合体の形成を必要とする

l⽣合成メカニズムの発⾒は、これまで知られていなかったシスチン尿症の病態変異の説明につながる

lI 型シスチン尿症の治療法としての可能性を⾒出した

研究背景
シスチン尿症は、世界各地で⾒られる腎臓の遺伝性疾患の⼀種で、7,000 ⼈に１⼈（本邦では 2 万⼈に 1 ⼈）の頻度で発症します。⾎尿、腹痛、腰背部痛、尿路感染症状を 10〜
30 歳で発症する事が多く、腎不全を来すことがあります。シスチン尿症は、シスチンと⼆塩基性アミノ酸のトランスポーターである rBAT-b0,+AT の変異によって引き起こされ、再発性の尿路結⽯（シスチン結⽯）を引き起こします。腎臓でのシスチンの再吸収は、近位尿細管の各セグメントにおいて、2 種類の輸送系によってそれぞれ担われています（図１）。セグメント 1-2 では rBAT-b0,+AT が、セグメント 3 では rBAT-AGT1 がはたらきます。
これらの輸送体は、ヘテロ⼆量体アミノ酸トランスポーター（HAT）と呼ばれるタンパク質ファミリーに属し、制御サブユニットである糖タンパク質 rBAT が、触媒サブユニットである b0,+AT あるいは AGT1 と⼆量体を形成することで、シスチンを含むアミノ酸のトランスポーターとして機能します。rBAT-b0,+AT 複合体に関しては、⻑い間研究が進められ、

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Press Release
I 型シスチン尿症につながる rBAT の変異が多数発⾒されています。しかし、病態の意味するところは未だ不明であり、輸送の⽣理的なメカニズムとの関連は不明でした。
血管

rBATｰb0,+AT
アミノ酸トランスポーターに異常があると糸球体管腔側腎臓

血管側輸送体の異常近位尿細管
S1 - S2
アミノ酸
S3
尿シスチンが再吸収されないため、尿中濃度が上昇する。

rBATｰAGT1

ネフロン

シスチン
（システインが二分子結合したもの）（図１）腎臓近位尿細管の各セグメント（S1、S2、S3）ではたらくシスチン輸送系の概念図

研究内容
研究グループは、クライオ電⼦顕微鏡＊３を⽤いた最先端の技術と複数の⽣化学・細胞⽣物学的⼿法を⽤いて、rBAT-b0,+AT の⽣合成と I 型シスチン尿症における⼩胞体カルシウムの役割を発⾒しました。グループは、超⼆量体と名付けられた 2 つの rBAT-b0,+AT 複合体が⼆量体化している構造において、rBAT の細胞外ドメインにカルシウムイオンが存在することを突き⽌めました。
（図２）また、カルシウムの結合は、複合体を安定化させて⼩胞体で超⼆量体の⽣合成を完了させることで、rBAT-b0,+AT の細胞膜への局在と輸送機能を促進させることを発⾒しました。⼀⽅で、カルシウムが結合しない変異を導⼊すると、I 型シスチン尿症変異体＊４に⾒られるように、タンパク質が不安定になるなど、細胞膜局在が阻害されました。例えば、ヨーロッパで多く⾒られる T216M 変異では、発症する理由がわかっていませんでしたが、変異によりカルシウム結合と超⼆量体化が阻害され、タンパク質が⼩胞体で捕捉され機能不全になることが明らかとなりました（図２）。また、超⼆量体を形成できない変異体に対して、さらなる改変を加えると、超⼆量体が回復しトランスポーターが正常に局在できるようになりました。このことは、タンパク質の局在異常によって起こる I 型シスチン尿症の治療法開発につながる⼿がかりとなります。

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Press Release（図２）カルシウムイオンによって安定化される rBAT-b0,+AT 超分⼦複合体の構造と、シスチン尿症変異によるその異常

本研究が社会に与える影響
本研究は、トランスポーターが正しく働くために超分⼦複合体形成が必要であることを⽰しました。さらに、トランスポーター複合体の安定化因⼦としてのカルシウムの新しい役割も明らかとなりました。これにより、これまで⻑い間説明のつかなかったいくつかのシスチン尿症変異の分⼦病態が説明されます。これまで、シスチン尿症の治療は⽔分の⼤量摂取や尿のアルカリ化、⾷事制限などの間接的な⽅法で⾏われてきました。本研究は、原⼦レベルでトランスポーターを直接標的とする新たな治療法や、トランスレーショナルリサーチにつながります。また、⼩胞体カルシウムの役割は、膜タンパク質の⽣合成における普遍的な現象として、今後、より幅広い⽣命現象や疾患との関連で研究されることが期待されます。
研究費
本研究は、科研費（JP19K07373、JP21H03365、JP21K15031）、AMED（JP21gm0810010、JP21ek0310012、JP21lk0201112）、東洋紡バイオテクノロジー財団、Human Frontier Science
Program、⾵⼾研究奨励会、持⽥記念医学薬学振興財団の⽀援を受けて実施されました。
論⽂情報
タイトル： Ca2+-mediated higher-order assembly of heterodimers in amino acid transportsystem b0,+ biogenesis and cystinuria
著者： Yongchan Lee, Pattama Wiriyasermkul, Pornparn Kongpracha, Satomi Moriyama,
Deryck J. Mills, Werner Kühlbrandt & Shushi Nagamori.
掲載雑誌： Nature Communications
DOI： 10.1038/s41467-022-30293-93Press Release

お問い合わせ先＜研究成果に関する窓⼝＞
東京慈恵会医科⼤学 臨床検査医学講座 准教授 永森 收志
メール snagamori (at) jikei.ac.jp※(at) は @ に置き換えて下さい。
＜取材対応に関する窓⼝＞
学校法⼈慈恵⼤学 経営企画部 広報課
電話 03-5400-1280 メール koho@jikei.ac.jp

⽤語説明＊1 アミノ酸輸送体（トランスポーター）：

⽣体膜を介した、アミノ酸の出⼊りを担うタンパク質の総称。20 種類以上あるアミノ酸のうち、それぞれに対して特異的なトランスポーターが存在する。1 種類のアミノ酸に対して、複数のトランスポーターが割り当てられている場合もある。
＊

2 ⼩胞体：細胞内構造の⼀種。タンパク質の⽣合成とその品質管理、カルシウムの貯蔵などを担っている。
＊

3 クライオ電⼦顕微鏡：

マイナス 180 度程度のごく冷たい温度で⽣体試料を凍結し、その構造を⾒ることのできる電⼦顕微鏡や、それを⽤いた技術の総称。今回の研究では、クライオ電⼦顕微鏡技術のうち、2017 年にノーベル化学賞の受賞対象となった単粒⼦解析という⼿法を⽤いている。
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4 I 型シスチン尿症変異体：

シスチン尿症は病気の原因や程度により、I 型（あるいは A 型）と⾮ I 型（あるいは II、III型、もしくは B 型）に分類される。I 型は rBAT の異常によるもの、⾮ I 型は b0,+AT の異常によるものであるとされている。

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