XVII 型コラーゲン異常に起因する表皮真皮結合破綻の分子機構
北海道大学大学院医学研究科皮膚科学分野

澤村大輔

Mutations in the gene encoding type XVII collagen have been shown to cause generalized atrophic benign epidermolysis
bullosa (GABEB), which is characterized by generalized blistering with skin atrophy, enamel hypoplasia diffuse alopecia
and nail dystrophy. To further understand the role of type XVII collagen in the integument, we examined two unrelated
GABEB families and also four patients with amelogenesis imperfecta (AI), which comprises a clinically and geneticallydiverse group of conditions affecting the development of dental enamel. Ultrastructural examination of the GABEB patients’skin revealed tissue separation in the lamina lucida and immunohistochemical analyses showed no or little expression oftype XVII collagen in the epidermal basement membrane zone. Mutation analysis of the COL17A1 gene encoding type XVII
collagen revealed that patient 1 was compound heterozygous for a deletion and a nonsense mutation (1285delA and Q1387X)
and that the patient 2 carried homozygous deletion mutations 4335delC. The developmental mechanism of enamel hypoplasia
in GABEB has yet to be elucidated. To understand the possible COL17A1 function in enamel formation, we investigatedwhether mutations exist within the COL17A1 gene in the patients with AI. However, no significant nucleotide changes werefound in the gene, suggesting no significant relation between collagen XVII and enamel disease. Further analysis of GABEB
patients and COL17A1 function is required to understand precise mechanisms whereby these mutations can induce multiple
symptoms in the integument.

1.

緒

おこるが、VII 型コラーゲンの変異であるが水疱を形成せ言ず爪の変形のみをもつ症例が報告された 16）。上述したよXVII 型コラーゲン，180kDa 類天疱瘡抗原は皮膚、粘膜うに接合部型表皮水疱症においても、エナメル質の形成不１, ２）。

全を合併する 17）が、XVII 型コラーゲン遺伝子の変異で水XVII 型コラーゲンは始めに類天疱瘡の標的自己抗原とし疱はなくエナメル質の形成不全のみを持つ患者がいることて同定され、本蛋白の遺伝子の変異により接合部型表皮水が明らかにされた 10）。などの上皮組織に発現される膜貫通型の糖蛋白である疱症が生ずることが明らかにされている３）。これらのこと

今回我々は、GABEB の臨床症状をもつ２家系を経験しより . XVII 型コラーゲンは皮膚の基底膜の安定に重要なたので、それらの患者における XVII コラーゲンの発現な蛋白であると考えられている。

らびに変異を検索した。さらに、水疱の形成を合併して接合部型表皮水疱症は基底膜のラミナルシダに水疱が形いなエナメル質の形成不全疾患 amelogenesis imperfecta

成される遺伝子皮膚疾患群である。その中で、generalized（AI）が歯科領域に報告されているので 18）、それらの患者

atrophic benign epidermolysis bullosa（GABEB）４, ５）はの XVII 型コラーゲンの変異を検討したので報告する。

比較的水疱形成が中等度で、歯エナメル質の形成不全や脱2.

毛を合併する稀な病型である６, ７, ８）。近年、本症の原因遺伝子の一つとして、
XVII 型コラーゲンが同定された。また、

験１）GABEB 患者

多くの変異は、ノンセンス、挿入、欠失変異となることが見出された

実

患者１は 21 歳の男性。両親や兄弟は正常。生下時から。しかしながら、その変異全身の繰り返す水疱出現。脱毛、歯牙の異常、爪の変形もからいかに基底膜の崩壊がおこり、その結 エナメル質の合併する。臨床的に略全身に水疱、色素沈着、脱色素沈着形成不全や脱毛などの GABEB に特異な臨床症状が生ずが認められる。なお、水疱発生後に瘢痕の形成はない。頭る詳細な機序は不明である。

髪以外にも眉毛、睫毛、陰毛もなく、すべての爪甲の脱落

６, ７, ９, 10, 11, 12, 13, 14, 15）

VII 型コラーゲンの変異により栄養障害型表皮水疱症ががあった。著明な歯牙の形成異常も認められた。
患者２は 41 歳の男性。両親は正常。全身の水疱とびら

Molecular mechanisms for collapse of
dermoepidermal junction caused by XVII
collagen abnormality.

んが生直後から多発している。受診時、主に四肢に水疱とDaisuke Sawamuraと脱色素沈着を見るが、瘢痕の形成はない。発毛は正常でDepartment of Dermatology, Hokkaido
University Graduate School of Medicine.

あるが、水疱形成による萎縮性脱毛はあった。患者１とはびらんを見るが患者１より明らかに軽微である。色素沈着異なり、眉毛、睫毛、陰毛は存在した。歯牙はエナメル質の形成不全があった。

− 19 −

２）AI 患者

３）AI 患者の変異検出

エナメル形成不全が認められた４AI 患者について検索

４人の AI 患者について、その XVII 型コラーゲン遺伝した。内２名は父と息子である。また、それらの患者の皮子を調べたが、ポリモルフィズム以外に病気を起こしうる膚に水疱形成はみない。

変異は検出できなかった。

３）免疫組織化学と電顕検索
GABEB 患者の皮膚から生検を行い、凍結切片を作成し、蛍光抗体直接法を行った 19）。使用した XVII 型コラーゲンに対するモノクローナル抗体 HDD20 は、the NetherlandsCancer Institute の Sonnenberg 教授から供与を受けたものである。電顕標本には、皮膚を５％ glutaraldehyde と１％ osmium tetroxide にて固定し、uranyl acetate にて染色した。

４）変異検索患者末梢血から genomic DNA を抽出した。その DNAを鋳型として、XVII 型コラーゲン遺伝子のすべてのエクソンとエクソンーイントロン境界領域を PCR にて増幅し、それらの塩基配列を決定した 12）。

3.

結果

図１ 電顕、免疫組織学的検索。患者１（a）、２（b）ともに電顕的水疱形成部 は、ラミナルシダである。XVII コラーゲンに対するモノクローナル抗体を用いて蛍光抗体直説法で、患者１（c）は XVII コラーゲンの完全欠損、患者２では淡い顆粒状の沈着を認めた（d）。健常人コントロール（e）。

１）電顕的水疱形成部位
患者１と２の水疱部の電顕所見では、水疱はラミナルシダに存在していた（図１ a, b）。ラミナデンサは水疱底に、基底細胞膜は水疱蓋に見られた。これらのことから患者は接合部型表皮水疱症に分類された。XVII 型コラーゲンを用いた免疫染色において、患者１の皮膚では蛍光は観察されなかった（図１ c,d）。一方、患者２では淡く基底膜に一致して線状あるいは顆粒状の蛍光が認められた。これらの所見は、患者１では XVII 型コラーゲンが完全欠損していること、患者２では部分欠損していることを示すものであった。健常人では基底膜に線状の沈着がみとめられている（図１ e）。

２）GABEB 患者の変異検出
XVII コラーゲン遺伝子の検索の結果、患者１ではエクソン 15 の 1285 番目のアデニンの欠失とエクソン 53 の4264 番目のシトシンからチミンへの変化が検出された（図２）。1285delA は 26 塩基下流に早期終止コドンを起こし、4264 C to T は 1387 番目のコドン CAG（Gln）を早期終止コドンに変える Q1387X 変異であった。1285delA は父由来、Q1387X は母由来であった。患者２では、エクソン
53 の 4335 番目のシトシンが欠失する変異が両方のアリルに検出された（図３）。この 4335delC 変異は、35 塩基下流に早期終止コドンを派生させた。これらの変異は、すべて制限酵素の消化で再確認している（図２，３）。

図２ 患者１における XVII コラーゲン遺伝子の変異。A：患者
１の家系図。黒色：1285delA 変異、灰色：Q1387X 変異。Ｂ：それぞれの変異のダイレクトシークエンスのクロマトグラ
ム。エクソン 15 の 1285 番目のアデニンの欠失とエクソン
53 の 4264 番目のシトシンからチミンへの変化のヘテロ接合が検出された。C：1285delA 変異は制限酵素 PvuII の site を生じ、Q1387 変異は Tsp45I の site を消失させた。N は健常人。

− 20 −XVII 型コラーゲン異常に起因する表皮真皮結合破綻の分子機構

で、患者１では XVII 型コラーゲンの完全欠損であったが、患者２では軽微ではあるが XVII 型コラーゲンの発現が認められた。興味あることに、患者の変異は、過去のホモ接合変異の中では、もっともＣ末端に位置していた 20）。過去の報告ではホモ接合変異は非コラーゲン領域にある場合とコラーゲン領域にある場合では、臨床症状に相違があることが推測されている６）。本研究でも、ホモ接合体に限れば、よりＣ末の方が臨床症状が軽くなる可能性が示唆された。
エナメル形成不全により、歯の陥凹や齲歯を生じ、これが GABEB の特徴的な臨床所見となっている。以前から接合部型表皮水疱症の原因遺伝子・蛋白となる、ラミニン５や α6β4 インテグリンも歯の発生に重要であることが示されている 21, 22, 23）が、XVII 型コラーゲンとの関連は未だ不明である。AI はエナメル質の形成不全以外に他の臓器の異常を示さない疾患群で、14 型に分類されている。現在までに、エナメル蛋白である amelogenin, ameloblastin やenamelin 遺伝子に変異が見つかっているが、その原因は不明であるものが多い 24, 25）。
そこで、AI 患者の一部に XVII 型コラーゲンに変異のある物がいるのではないかと考え、原因の明らかになっていない４例の AI 患者の本遺伝子を検索した。その結果、XVII 型コラーゲンに有意な異常が見出されなかった。
図３ 患者２における 17 コラーゲン遺伝子の変異。Ａ：患者２の家系図。灰色：4335delC 変異。Ｂ：その変異のダイレクトシークエンスのクロマトグラム。エクソン 53 の 4335
番目のシトシンが欠失する変異が両方のアリルに検出された。Ｃ：14335delC 変異変異は制限酵素 AgeI の site を消失させた。N は健常人。

今回の研究では、XVII 型コラーゲン異常に起因する表皮真皮結合破綻の分子機構に関して、人の本蛋白のノックアウトモデルである GABEB を中心に解析を行った。今後、さらに本研究を発展させるため、本蛋白のトランスゲニックマウスを使用した研究も予定している。本蛋白の機能をより詳細に検討することにより、本蛋白異常に起因する表4.

考

皮真皮結合破綻を主徴とする類天疱瘡や GABEB の発症機案

構がさらに明らかになると予想された。

本研究で、両患者ともに、ラミナルシダに水疱を形成し、XVII コラーゲンの発現の著しい減弱があり、臨床的謝に水疱、脱毛、歯牙の異常、爪の変形を認めたことにより、

辞本研究は以下の研究者との共同研究である。北海道大学

GABEB と診断した。さらに、患者１は細胞内ドメインにあ皮膚科：中村裕之、後藤真希、中村秀樹、清水る 1285delA と細胞外ドメインにある Q1387X のヘテロ接合

大学皮膚科：三井体、患者２ではＣ末にある Q1387X のホモ接合体であること

療部門：貴田みゆき、有賀 正（現北大小児科）、崎山幸雄、が示された。

江別市立病院皮膚科：冨澤幸生。（敬称略）

これまでに約 50 の XVII 型コラーゲンの変異が見つかってきているが、今回の変異は新規のものであった。それらの20）

宏、東京浩、玉置邦彦、北海道大学遺伝子治

本研究に対して、助成いただきました財団法人コスメトロジー研究振興財団に深謝いたします。

変異のほとんどは、早期終止コドンを生ずるノンセンス、挿入、欠失変異であり、XVII コラーゲン蛋白の発現はほとん（文ど検出されなかった。これは早期終止コドンによる mRNA

１） Zillikens D, Giudice GJ. BP180/type XVII collagen:献）の decay がおこるためと解釈されている３, 11）。この観点から、

its role in acquired and inherited disorders or the dermal-

変異がどの位置にあっても mRNA が消失ため、変異の位置

epidermal junction. Arch Dermatol Res 1999; 291:187-94.

はあまり症状に影響しないことを意味するものであった。

２） Borradori L, Sonnenberg A. Structure and function of

しかしながら、本研究では明らかに患者１に比較して患者の２の臨床症状が軽かった。さらに蛍光抗体直接法− 21 −

hemidesmosomes: more than simple adhesion complexes. JInvest Dermatol 1999; 112: 411-418.

３） McGrath JA, Gatalica B, Christiano AM, et al. Mutations

intragenic marker homozygosity and haplotype sharing inin the 180-kD bullous pemphigoid antigen (TYPE XVII

a rare autosomal recessive disorder: the example of theCOLLAGEN), a hemidesmosomal transmembrane collagencollagen type XVII (COL17A1) locus in generalized atrophic(COL17A1), in generalized atrophic benign epidermolysis

benign epidermolysis bullosa. Hum Genet 1997; 100; 230-5.
15） Shimizu H, Takizawa Y, Pulkkinen L, et al. The 97 kDabullosa. Nat Genet 1995; 11: 83-6.
４） Hashimoto I, Schnyder UW, Anton-Lamprecht I, et al.

linear IgA bullous dermatosis antigen is not expressed in aEpidermolysis bullosa hereditaria with junctional blistering inpatient with generalized atrophic benign epidermolysis bullosa

an adult. Dermatologica 1976; 152: 72-86.

with a novel homozygous G258X mutation in COL17A1. J
Invest Dermatol 1998;111:887-92.

５） Hintner H, Wolff K. Generalized atrophic benign
epidermolysis bullosa. Arch Dermatol 1982; 118: 375-384.

16） Shimizu H, Hammami-Hauasli N, Hatta N, et al..

６） Schumann H, Hammami-Hauasli N, Pulkkinen L, et

Compound heterozygosity for silent and dominant glycine

al. Three novel homozygous point mutations and a new

substitution mutations in COL7A1 leads to a marked

polymorphism in the COL17A1 gene: relation to biologicaltransient intracytoplasmic retention of procollagen VII

and clinical phenotypes of junctional epidermolysis bullosa.

and a moderately severe dystrophic epidermolysis bullosa

Am J Hum Genet 1997; 60; 1344-1353.

phenotype. J Invest Dermatol 1999; 113: 419-21.

７） Floeth M, Fiedorowicz J, Schacke H, et al. Novel17） Wright JT, Johnson LB, Fine JD. Developmental defects

homozygous and compound heterozygous COL17A1 mutationsof enamel in humans with hereditary epidermolysis bullosa.

associated with junctional epidermolysis bullosa. J Invest

Arch Oral Biol 1993; 38: 945-55.
18） Witkop CJJ. Amelogenesis imperfecta, dentinogenesis

Dermatol 1998; 111; 528-533.

imperfecta and dentin dysplasia revisited: problems in８） Mazzanti C, Gobello T, Posteraro P, et al. 180-kDa bullous

classification. J Oral Pathol 1988; 17:547-553.

pemphigoid antigen defective generalized atrophic benign
epidermolysis bullosa: report of four cases with an unusually19） Shimizu H, Suzumori K, Hatta N, et al. Absence of detectablemild phenotype. Br J Dermatol 1998; 138; 859-66.

a6 integrin in pyloric atresia-junctional epidermolysis bullosa

９） McGrath JA, Darlig T, Gatalica B, et al. A homozygous

syndrome and its application for prenatal diagnosis in a family atdeletion mutation in the gene encoding the 180-kDa bullous

risk for recurrence. Arch Dermatol 1996; 132: 919-925.

pemphigoid antigen (TYPE XVII COLLAGEN) in a family20） Bauer JW and Lanschuetzer C. Type XVII collagen genewith generalized atrophic benign epidermolysis bullosa. J

mutations in junctional epidermolysis bullosa and prospects

Invest Dermatol 1996; 106; 771-4.

for gene therapy. Clin Exp Dermatol 2003; 28; 53-60.

10） McGrath JA, Gatalica B, Li K, et al. Compound21） Aberdam D, Aguzzi A, Baudoin C, et al.. Developmental

heterozygosity for a dominant glycine substitution and aexpression of nicein adhesion protein (laminin-5) subunits

recessive internal duplication mutation in the type XVII

suggests multiple morphogenetic roles. Cell Adhesion andcollagen gene results in junctional epidermolysis bullosa andCommunication 1994; 2: 115-29.

abnormal dentition. Am J Pathol 1996; 148; 1787-96.

22） Thesleff I. 1995. Differentiation of ameloblasts and its11） Darling TN, McGrath JA, Yee C, et al. Premature

regulation by epithelial-mesenchymal interactions. In: Robinson

termination codons are present on both alleles of the bullousC, Kirkham J, Shore RC (Eds.), Dental Enamel: Formation

pemphigoid antigen 2/type XVII collagen gene in fiveto Destruction. CRC Press, Boca Raton, pp. 1-22.

Austrian families generalized atrophic benign epidermolysis

23） Skobe Z, Stern DN, Prostak KS. 1995. The cell biology

bullosa. J Invest Dermatol 1997; 108: 463-468.

of amelogenesis. In: Robinson, C., Kirkham J., Shore RC.

12） Gatalica B, Pulkkinen L, Li K, et al. Cloning of the human(Eds.), Dental Enamel: Formation to Destruction. CRC

type XVII collagen gene (COL17A1), and detection of novelmutations in generalized atrophic benign epidermolysis

Press, Boca Raton, pp. 23-57.
24） Kida M, Ariga T, Shirakawa T, et al. Autosomal-bullosa. Am J Hum Genet 1997; 60: 352-65.

dominant hypoplastic form of amelogenesis imperfecta13） Jonkman MF, De Jong MCJM, Heeres K, et al.

caused by an enamelin gene mutation at the exon-intron

Generalezed atrophic benign epidermolysis bullosa. Either
180-kd bullous pemphigoid antigen or laminin-5 deficiency.

boundary. J Dent Res 2002; 81: 738-42.
25） Hu JC and Yamakoshi Y. Enamelin and autosomal-Arch Dermatol 1996; 132; 145-150.

dominant amelogenesis imperfecta. Crit Rev Oral Biol Med14） Scheffer H, Stulp RP, Verlind E, et al. Implications of− 22 −2003; 14; 387-98.