肢帯型筋ジストロフィーの発症機構
反町洋之、小野弥子

肢帯型筋ジストロフィー（Limb-girdle muscular dystrophy (LGMD)）は、主に近位筋に症状が出る筋ジストロフィーで、多くは常染色体劣性遺伝を示す。LGMDの発症率は 2 万人に一人程度であるが、その中では 2A 型が最も頻度が高い（30～50％、本邦では 2B 型と同程度で 30％）。現在までに 18 種類の多様な責任遺伝子と 4 種の（座）が同定されている（表 1）。そこにコードされるタンパク質は、大別すると 4 つに分類でき、構造タンパク質、タンパク質分解酵素、糖鎖修飾酵素、イオンチャネル、となる。構造タンパク質には、lamin A/C のように核膜を裏打ちするもの、sarcoglycan のように筋細胞膜を裏打ちするもの、caveolin-3や dysferlin のように膜機能に関与するもの、そして、myotilin、T-cap/telethonin、connectin/titin のように筋原線維を構成するものが含まれる。また、タンパク質分解酵素には、Ca2+-要求性細胞質システインプロテアーゼである calpain とユビキチン（Ub）リガーゼである TRIM32 が含まれる。これらの筋ジストロフィー
は、各分子機能が欠損することで病態を発症するということで、さらに臨床的に他の疾患として分類される例もあることを考慮して分子名に"-opathy"を付加して呼ばれることも多い。
1 構造タンパク質由来(1) ジストロフィン複合体
細胞外マトリックスと細胞膜との協調的機能に関わる複数のタンパク質が含まれるが、最も良く研究されているのは α-, β-, γ-あるいは δ-sarcoglycan をコードする SGCA, SGCB, SGCD あるいは SGCG の変異で発症する sarcoglycanopathy（LGMD2C～2F）である。これらのタンパク質は膜を貫通してジストロフィンや細胞外マトリックスと共に巨大なジストロフィン複合体を形成しており、いずれか一つが欠損すると、全ての複合体成分がダウンレギュレーションされる。
その結果、複合体としての機能欠陥、さらには筋細胞膜の脆弱性を生じることが発症の直接の原因になると考えられている。即ち、デュシェンヌ型筋ジスト
ロフィーと同様の発症機序が想定されている 1)。
2 構造タンパク質由来(2) 細胞膜輸送・修復系
筋特異的に膜小胞輸送に関与する caveolin-3 にミスセンス変異が入ると、優性阻害効果により共存する野生型 caveolin-3 と共に発現低下を引き起こすことがPathogenic mechanisms of limb-girdle muscular dystrophies
Hiroyuki Sorimachi: 東 京 都 医 学 総 合 研 究 所 カ ル パ イ ン プ ロ ジ ェ ク ト （ 〒156-8506 東京都世田谷区上北沢 2-1-6）プロジェクトリーダー
Yasuko Ono: 同 主席研究員

明らかとなっている。即ち、caveolinopathy は優性遺伝を示す。マウスモデルにおいても、点変異体 caveolin-3: P104L を過剰発現させたトランスジェニック（Tg）
マウスでは、caveolin-3 の発現低下と筋ジストロフィー症状が確認された 2)。一方、Cav3+/-マウスでは全く異常はなく、Cav3-/-マウスで軽微な筋ジストロフィー症状を呈する。その発症機序には、筋特異的な TGF-β ファミリー分子であるマイオスタチンのシグナル伝達系の関与が報告されている 3)。
dysferlin は三好ミオパチーの責任遺伝子産物でもある。230 kDa の II 型膜貫通タンパク質で、細胞内領域に 6 つの Ca2+-結合性 C2 ドメインを持つ。その機能は膜小胞の融合に関与するもので、特に筋細胞膜の修復に重要と考えられている 4)。SJL/J 及び A/J マウスは、Dysf に天然変異を持つマウスであり、前者では老齢のマウスに軽度の筋萎縮が見られている 5)。caveolin-3 をはじめ、annexin などとの相互作用も確認されている 6)。
3 構造タンパク質由来(3) 核膜系
lamin A/C の変異で生じる laminopathies は、LGMD1B だけではなくハッチンソン・ギルフォード・プロジェリア症候群や拘束性皮膚障害などの重篤かつ多様な疾患を含む。いずれの場合も発症機序は不明な部分が多いが、核膜の構造に何らかの欠損が生じ、その結果ゲノムの不安定性が引き起こされている可能性が指摘されている 7)。LGMD1B は優性遺伝であるため何らかの優性阻害効果、例えば核膜における複合体構築の欠陥などが発症機構に介在すると考えられる。
4 構造タンパク質由来(4) 筋原線維成分
その欠損が LGMD1A を発症する myotilin は、desmin や α-B crystallin と共に筋原線維ミオパチーの責任遺伝子産物にも分類される 8)。発症機序は不明な点が多いが、共通の所見として、サルコメア Z 線の構造の不安定化があげられる。
telethonin/T-cap は connectin/titin の N 末端に結合して、やはり Z 線に局在し、この変異は LGMD2G を発症する。また connectin/titin は、Z 線から M 線を一分子で繋ぐ、3,000 kDa 以上もある巨大線維状タンパク質である。免疫グロブリン及びフィブロネクチンのモチーフを合わせて 300 反復した構造を持ち、物理的に筋の伸長収縮を支持するだけでなく、calpain-3 をはじめ様々な筋タンパク質を結合する足場となっている。C 末端付近にはキナーゼドメインも有する。M 線に位置する C 末端の calpain-3 結合部位付近の変異が LGMD2J で見出されている。
一方、天然の変異マウス mdm では、connectin/titin の N2A 領域付近（N 末端から1/3 程度）に微小な欠失が生じており、重篤な筋ジストロフィーを呈する。この欠失部位も calpain-3 の結合部位となっており、この付近に結合する転写制御因
子 MARPs（筋特異的アンキリン反復タンパク質）と共に、筋細胞の重要な情報伝達中継部位となっていることが予想される。即ち、これらの発症機序には、calpain-3 を介した情報伝達異常の関与が考えられる。
2

5 タンパク質分解酵素由来(1) Ub リガーゼ
筋ジストロフィーでは筋の壊死＞再生というバランスの偏り、即ち筋タンパク質の過剰分解が想定されることから、タンパク質分解酵素の欠損が、その発症原因であるという事実は、一見矛盾するように見える。しかし、タンパク質分解の生理的意義、特にタンパク質の再生・品質管理・情報伝達などへの決定的な関与が明らかにされるにつれ、筋組織に必須な機能調節システムの破綻という観点から、発症機構の解明が進展している。
TRIM32 は RING-finger/B-box/coiled-coil モチーフと C-末端 NHL ドメインを有する Ub リガーゼ（E3）であり、特定の基質を認識してポリ Ub 鎖を付加し、プロテアソームに引き渡すことで速やかな分解に導く。筋肉では Z 線に局在するが、筋肉以外にも広く発現している。TRIM32 のターゲットととしてアクチン、Abi2、disbindin などが見出されている 9)。disbindin は dystrobrevins と結合してジストロフィン複合体を形成しており、TRIM32 は disbindin の量の調節を介して複合体の寿命制御に関与する。興味深いことに LGMD2H で見られる変異はTRIM32 の NHL ドメインに集中している。一方 B-box の変異では、肥満、網膜色素変性、多指症・合指症、知能障害、性腺機能低下症などを示すバルデー・ビードル症候群を発症することから、筋以外の発現組織においても特異的かつ多様な機能が示唆される。また、ガン細胞での高発現も報告されている 10) 。
Trim32-/-マウスは軽微なミオパチーと共に神経変成の症状を呈することが報告されているが 11)、上述の疾患の発症機序の解明は難航している。
6 タンパク質分解酵素由来(2) カルパイン
骨格筋特異的カルパインである calpain-3（p94 とも呼ばれた）の遺伝子変異が原因で発症する calpainopathy は、特定の地域（フランス・レユニオン島、スペイン・バスク国、アメリカ・インディアナ州など）ではかなり高い頻度（100～4,000 人に 1 人）で発症している 12)。calpainopathy でのみ観察される特徴的な病理所見はないが、calpain-3 は心筋に発現しないため心筋での症状は見られない。
カルパインは細胞質内のシステインプロテアーゼであり、ヒトでは 15 種の遺伝子にコードされる。μ-および m-カルパインなど組織普遍的に発現するタイプと、calpain-3 のように組織特異的なタイプが存在する 13)。基質タンパク質をバラバラに分解するプロテアソームなどとは異なり、カルパインは基質を限定的（≓ドメイン構造をある程度残すよう）に切断することで、その基質の新たな機能を引き出すモジュレータープロテアーゼである。
calpainopathy は calpain-3 の活性不全が発症の根本原因であることが明らかとなるには主に 3 つの段階があった。in vitro での生化学的解析 14)に加え、プロテアーゼ不活性型 calpain-3:C129S 変異体を発現する Tg マウスの骨格筋がミオパチー症状を呈したこと 15)、そして Capn3-/-マウス 16)だけでなく calpain-3:C129S を3野生型の代わりに発現するノックイン（Capn3CS/CS）マウスが筋ジストロフィーを呈したこと 17)、である。現在までに calpain-3 遺伝子には 197 種のミスセンス変異が報告されているが、ホットスポットは存在しない。
calpain-3 の in vitro 基質としては HSP60、フォドリン、カルパスタチンなどが見出されている 18),19)。さらにプロテオーム解析による基質候補検索も行われ、翻訳系、解糖系、膜輸送などに関与するタンパク質も新たな候補となっている17),20),21)。しかし in vivo における基質は明確にはなっていない。最近、calpain-3のプロテアーゼ活性と骨格筋細胞でのサルコメアにおける calpain-3 の局在に関連性があることが報告された 17),22)。calpain-3 は筋原線維において connectin/titinの M 線および N2A 領域に直接結合している。興味深いことに、M 線に局在する calpain-3 の半減期は約 1 分と短く、M 線と細胞質間でダイナミックな移動が行われていること、その局在は伸長したサルコメアにおいて M 線よりも N2A 領域へと変化する傾向を示すこと、その局在変化は calpain-3 のプロテアーゼ活性に依存していることが明らかとなった 17)。また Capn3CS/CS マウスでは運動に伴う HSP 発現高進など野生型で認められるストレス応答の不全も見出された 17)。
つまり calpain-3 は、通常の活動レベルにある筋細胞では細胞質と筋原線維内の複数の部位をダイナミックに移行して、一種のセンサーとして機能し、ストレス下では自身の N2A 領域集積を介して、他のシグナル伝達分子（MARP2 など）が核からストレス反応を誘導する経路を賦活化することが示唆される（図 1）。
calpain-3 の活性やタンパク質がない場合はこの情報伝達が遅延・減弱するため、結果的に骨格筋細胞が伸展刺激などの物理的ストレスに応答することができなくなり、徐々に筋ジストロフィーが発症すると考えられた。
7 その他
比較的最近発見された anoctamin 5 は、LGMD2L の責任遺伝子産物であるが、これは Ca2+-依存性 Cl-チャネルであるものであり 23)、成人発症型の筋ジストロ
フィーとしては、dysferlinopathy の約 2 倍と、高頻度で存在している 24)。興味深
いことに、ANO5 の変異は三好ミオパチーの原因ともなる。これまで三好ミオパ
チーは dysferlin の変異が発症の原因と考えられてきた。このことから、anoctamin
5 と dysferlin との機能連関、特に膜修復に関わる Ca2+の動態の重要性を示唆する可能性がある。
糖鎖修飾酵素では、O-マンノース転移酵素など 4 種が同定されており、タンパク質機能における糖鎖修飾の重要性を実証することとなった。これについては dystroglycanopathy 及び福山型筋ジストロフィーの項を参照されたい。
おわりに
こうして概観すると、LGMD がいかに多様なタンパク質の欠損で起きているか、改めて驚かされる。機能・作用の異なるタンパク質の欠損が、同様な症状に収4

束することは個体機能において筋肉が果たす役割、さらには筋肉自体の特性でもあろう。即ち、様々な理由から端を発した不具合が、ボトルネックのような形で類似の方向に進行する、という過程は筋肉が持つ筋原線維という特殊でダイナミックなタンパク質構造体の作用機構と無関係ではないだろう。多様な原因から生じる過程を詳細に調べることにより、その共通項から筋ジストロフィー発症の本質を見出すことが可能になるかもしれない。未だに肢帯型筋ジスト
ロフィーの半分以上の患者で責任遺伝子が未同定であることも考え合わせると、この極めてヘテロな責任遺伝子群が一体何を我々に問いかけているのか、広い視野でもう一度考え直してみる必要が痛感される。そこに隠されているであろう筋ジストロフィーの発症原理を明らかにし、治療法へのヒントを発信すべくこれからの基礎研究の場から貢献していきたい。
謝辞
本稿の calpain-3 関連で紹介した研究は、東京都臨床医学総合研究所カルパインプロジェクトのメンバー全員の協力の下、現(独)農業・食品産業技術総合研究機構畜産草地研究所の尾嶋孝一博士との共同研究により行われたものです。この場をお借りして深謝いたします。
文献
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
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21)
22)
23)
24)

6

表 1 肢帯型筋ジストロフィーの責任遺伝子
そ の 他 の 筋 疾 患 に 関 し て は 、 文 献 Kaplan JC: Neuromuscul. Disord. 20: 852-873 ， 2010 及 び
http://www.musclegenetable.org を参照
同一遺伝子による主な他の筋疾患型

責任遺伝 責任遺伝 遺伝子座子形式

1A

5q31.2MYOT

優性 myotilin

筋原線維構造タンパク質

1B

1q22

LMNA

優性 lamin A/C

核膜構造タンパク質

1C

3p25

CAV3

優性 caveolin-3

筋細胞膜構造タンパク質1D

7qn.d.

優性 n.d.

-1E

6q23n.d.

優性 n.d.

-1F

7q32.1-3n.d.
2.2

優性 n.d.

-

1G

4q21

優性 n.d.

-2A

15q15.1 CAPN3

劣性 calpain-3/p94

プロテアーゼ

2B

2p13

DYSF

劣性 dysferlin

筋細胞膜構造タンパク質

2C

13q12

SGCG

劣性 γ-sarcoglycan

筋細胞膜構造タンパク質2D

17q12-21 SGCA

劣性 α- sarcoglycan

筋細胞膜構造タンパク質

2E

4q12

SGCB

劣性 β- sarcoglycan

筋細胞膜構造タンパク質2F

5q33

SCGD

劣性 δ- sarcoglycan

筋細胞膜構造タンパク質

2G

17q12

TCAP

劣性 Telethonin/T-cap

筋原線維構造タンパク質

2H

9q33

TRIM32

劣性 TRIM32

RING 型 Ub リガーゼ

2I

19q13.3 FKRP

劣性 fukutin-related protein

糖鎖修飾酵素

2J

2q31

TTN

劣性 connectin/titin

筋原線維構造タンパク質（リ TMD,ン酸化酵素領域を含む）
CMD1G

2K

9q34

POMT1

劣性 protein-O-mannosyl- transferase 1

糖鎖修飾酵素2L

11p14.3

ANO5

劣性 anoctamin 5イオン・チャネル

MM

2M

9q31

FKTN

劣性 fukutin

糖鎖修飾酵素FCMD, CMD

2N

14q24

POMT2

劣性 protein-O-mannosyl- transferase 2

糖鎖修飾酵素2O

1p34POMGNT1 劣性n.d.

責任遺伝子産物

機能EDMD2, 3,CMD1A=CMD1FMM

MDC1C

protein-O-linked mannose β-1,2-N糖鎖修飾酵素
acetylglucosaminyl- transferase 2n.d.: 未同定, CMD: cardiomyopathy, EDMD: Emery-Dreifuss muscular dystrophy, FCMD:
Fukuyama-type congenital muscular dystrophy, MDC: muscular dystrophy, congenital, MM：
Miyoshi myopathy, TMD: tibial muscular dystrophy

7

図の説明
図 1 骨格筋特異的カルパイン calpain-3 のサルコメア長に依存した局在変化(A) 野生型及び Capn3CS/CS マウスの筋原線維を抗 calpain-3 抗体などで染色し、M 線と N2A 領域への calpain-3 存在比をシグナル強度によって定量し、サルコメア長に対してプロットした。サルコメアが長くなると M＞N2A→M＜N2Aの移行が認められる。また、Capn3CS/CS マウス由来の calpain-3:C129S は野生型に比べてその移行がわずかではあるが有意に遅延する。(B) calpain-3 の生理機能の作業仮説。骨格筋が通常レベルで活動している状態では、calpain-3 は Z 線、N2A領域、M 線、細胞質をダイナミックに移行している。過剰伸長など物理ストレスがかかると N2A 領域に集積し、同所に局在する制御転写因子 MARP2 などを介して核へとその情報を伝達する。calpainopathy では calpain-3 の活性またはタンパク質が欠損するため、この情報伝達が遅延または無効となり、ストレスによる細胞内環境の様々なレベルでの増悪が解消されない、または反復される結果、筋ジストロフィーを引き起こすと考えられる。

80.8

calpain-3 存在比（M 線 /N2A 領域）

ACapn3CS/CS

0.60.40.2

野生型
0.02.5

通常状態
Z

C3C3
N2A

C3M

C3 C3

過剰伸長状態
Z

C33.54.0

サルコメア長 (µm)

B
C33.0

N2A

C3C3C3N2A

C3C3Z

C3MARP2M

Z

N2A

C3C3C3

C3核へ

HSP
HSP
HSP