ビタミンＫ変換酵素UBIAD１の変異により引き起こされるSchnyder corneal dystrophyの発症機構The pathogenic mechanism of Schnyder corneal dystrophy caused by mutation in vitamin K converting enzyme UBIAD1.角膜におけるコレステロールやリン脂質の異常な蓄積が原因で視力が著しく低下するSchnyder corneal dystrophy (SCD)は常染色体優性疾患であるり. 角膜移植手術がSCD患者の視力を回復する唯一の方法であり,新たな治療法の開発が怠がれている. これまでにSCDは，ビタミンK変換酵素であるUbiA prenyltransferase domain containing protein 1 (UBIAD1)が原因遺伝子であり，その変異により発症することが報告されている². UBIAD1は,食事から摂取されたビタミンＫを基にして,側鎖であるgeranylgeranyl pyrophosphate (GGPP)を結合することでビタミンK 2 (menaquinone-4：MK-4)に変換する酵素であるﾖｯ⁴).  SCD患者におけるUBIAD1の変異はこれまでに21系統25種類(A97T,  G98S,  N102S, T103I, D112G/N, D118G, R119G, L121F/V, V122E/G, S171P, Y174C, T175I, G177R/E, K181R, G186R, L188H,  N232S,  N233H,  D236E,  D240N,  I245N)が報告されている¶-¶.このうちN102S変異は最も多くの症例が報告されておりSCD全症例の約4割を占めていな5). Schumacherらは，このようなUBIAD1がHMG-CoA reductase (HMGCR)と結合し，小胞体関連分解(Endoplasmic reticulum associated degradation：ERAD)を阻害することを報告した8 .  HMGCRは，HMG-CoAをメバロン酸に還元する酵素であり，コレステロール合成の律速酵素である.これまでに,メバロン酸代謝経路を介してfarnesyl pyrophosphate (FPP)やGGPPが産生され，これらはubiquinoneやdolichol，ビタミンKなどの非ステロール系イソプレノイドの合成にも利用されることが報告されている31910)メバロン酸代謝経路は，ステロールおよび非ステロール系イソプレノイドによる厳密なフィードバック調節を受ける. そのうちのひとつがsterol regulatory element-binding protein (SREBP)を介したHMGCRの遺伝子転写調節である．SREBPは膜結合型転写因子であり， SREBP cleavage-activating protein (SCAP)およびInsulin-induced gene (Insig)と三者複合体を形成する.細胞内にコレステロール量が増加すると,コレステロールがSCAPやInsigに結合しSREBP-SCAP-Insigの三者複合体を形成して小胞体膜上に安定に存在するため，HMGCRの転写が抑制されコレステロール合成量が減少する(図1左). 一方，細胞内のコレステロール量が減少し三者複合体が形成できないと，SREBPがゴルジ体へ移行した後にN末端が切断される.  N末端が切断された活性型SREBPは，核内へ移行しHMGCRの遺伝子転写を促進することでコレステロール合成量を増加する¹¹ (図1右). Severらは、細胞内コレステロール量が増加すると、 InsigがHMGCRに結合することを見いだした12) 13) InsigがHMGCRに結合すると，Insig誘導性のE3ユビキチンリガーゼがHMGCRをユビキチン化することで小胞体膜でERADが起こりコレステロール合成量が減少する(図1左). 一方, 細胞内コレステロール量が減少すると，コレステロールによるInsigのHMGCRと結合せずHMGCRのERADが抑制されるため，コレステロール合成量が増加する¹⁴ (図1右) .このように,細胞内で正常にコレステロール代謝を行うために, HMGCRの発現制御やHMGCRのERADが厳密に調節されている.これまでにNickersonらは，HMGCRに結合するタンパク質を共免疫沈降法を用いて探索した結果, SCDの原因遺伝子であるUBIAD1が結合することを見いだした6 15 ）また, UBIAD1はHMGCRと結合することで, HMGCRのERADを阻害し、コレステロール合成量を増加させることが報告された151.このことから, UBIAD1は細胞内のコレステロール代謝調節に重要な役割を担う可能性が考えられた.  Elsabroutyらは,  UBIAD1 !!!内コレステロール量が増加した状態政治コレステロール量が減少した状態とHMGCRの結合がどのように制御されているか評価した結果、MK-4の側鎖源であるGGPPを細胞に処理することでHMGCRのERADが促進されたことを見いだした16). 非ステロールであるGGPPがUBIAD1とHMGCRの結合を制御し，コレステロール合成を調節する可能性が示唆された. Schumacherらは，細胞にGGPPを処理することでUBIAD1とHMGCRの結合が解離されるか評価した.その結果，GGPPを処理することでUBIAD1はゴルジ体に移行し，HMGCRとの結合が解離されたことを見いだした8 . さらに，UBIAD1がHMGCRから解離したことで, HMGCRのERADが促進され,コレステロール合成量が減少することが報告された8917）一方, GGPPが枯渇した細胞では，UBIAD1はHMGCRと結合し, HMGCRのERADを阻害することでコレステロール合成を促進することが報告されている8917）このように，細胞内のGGPP量に応じてUBIAD1とHMGCRとの結合が制御されており，コレステロール合成を調節することが考えられている(図２左).しかし, SCD患者で認められているUBIADI変異を発現する細胞では，細胞にGGPPを処理した場合においてもUBIAD1変異体は小胞体に局在し，HMGCRのERADを阻害することでコレステロール合成を促進し続けることが示された81 (図2右).  SCD患者で認められているUBIADIの変異では，HMGCRのERADの阻害によりコレステロール合成が促進されることに加え，MK-4変換活性が低下することが報告されており6)18)19), MK-4がコレステロール代謝の調節に関与する可能性が示唆されている.これらの知見から，Joらは，HMGCRのERADやコレステロール代謝の制御におけるUBIAD1の役割を詳細に評価することを目的として, Ubiad1変異体(N100S)のノックインマウス(Ubiad1 N100SN100Sマウス)を作成した²¹〉.  UBIAD1のN102S変異はSCD全症例で最も多く存在し，マウス型変異はN100S変異体であることが報告されている51. Ubiad1N100SN100Sマウスは野生型と比較して，様々な組織(肝臓，眼，腎臓，脳,精巣，脾臓，膵臓）において，Ubiad1 (N100S)およびHmgcrタンパク質の発現量が顕著に増加した201. UBIAD1は全身に発現する酵素であるが，SCD思者における細胞内コレステロールの蓄積は，角膜以外の組織では認められていないことが報告されている²¹〉. 肝臓，膵臓，肺，脾臓などの組織では，体循環により効率的に脂質を交換することができる.しかし,角膜は血管系を欠き体循環から分離されているため，脂質の交換が効率的に行えないことがSCD患者の角膜におけるコレステロール蓄積に起因していると考えられている21) Ubiad1 N100SN100Sマウスの肝臓では，Hmgcrタンパク質およびUbiad1 (N100S)タンパク質の発現量が野生型と比較して顕著に増加したが，MK-4変換量は約50 %減少した201.また細胞内では, Ubiad1 (N100S)はGGPP存在下でもゴルジ体へ移行せず小胞体に局在するため，HmgcrのERADが起こらず，コレステロール合成量を増加することが示された201.このことから, SCD思者におけるUBIADI変異はMK-4変換を抑制し, HMGCRのERADを阻害することでコレステロール合成を促進することが示された. Joらは，UBIAD1によるHMGCRのERADの阻害機構を解明する目的で，ユビキチン化を受けないことが報告されているHmgcrのK89R/K248R変異体をノックインしたマウスを作成し，そのHmgcr変異体のERADを評価したを処理することでHmgcrのERADが促進されるが，ユビキチン化を受けないHmgcr変異体のノックインマウスではその分解が抑制された20 .次に, Ubiad1 N100sN100sマウスにおけるHmgcrのERADを評価した結果,コレステロールを処理することでHmgcrはユビキチン化されたが，HmgcrのERADは阻害された201 .これらのことから，正常な人の角膜には，細胞内コレステロール量が増加するとHMGCRがユビキチン化を受け，HMGCRがERADされることでコレステロール合成量が減少する機構が備わっている. (図２左).しかし，SCD患者では，細胞内コレステロール量が増加した場合においてもUBIAD1変異体が小胞体膜上でユビキチン化されたHMGCRと結合し，HMGCRのERADを阻害することでコレステロールが過剰に合成されることが示唆された20 (図2右). Joらにより，UBIADI変異がHMGCRのERADを阻苦することでコレステロール合成が過剰に促進されることが示された.また,角膜にコレステロールが異常に増加したことで，SCD患者の特徴的な症状である角膜白濁が50週齢のUbiad1 N100sN100sマウスで認められたことを報告している∞ .  Ubiad1 N100sN100sマウスの角膜において，コレステロール合成の中間体や遊離コレステロール量の増加は認められているが，総コレステロール量の増加は認められていない20 .そこでJoらは, Ubiad1 N100s/N100sマウスの角膜における，細胞内コレステロールの排出に関与するATP binding cassette (ABC)トランスポーターのmRNA発現量を評価した結果,その発現が上昇していることを見いだした∞ . これらのことから，SCD患者で認められているUBIAD1変異体はHMGCRのERADを阻害することでメバロン酸代謝経路を促進し、コレステロール合成の中間体によりABCトランスポーターの発現が上昇したと考えられている20 . また，UBIADIの変異により異常に増加したコレステロールはABCトランスポーターを介して細胞から排出され、角膜に沈着することで角膜白濁を発症すると考えられている20 (図3). 今後，UBIADIの変異による遊離コレステロールの蓄積や食事性コレステロールによるSCDの進行に対する影響についてさらなる研究が求められている.このようなUBIADIの変異によりHMGCRのERADが阻害されることで起こるコレステロール量の異常な増加による角膜白濁は，Jiangらが作成したUbiad1のG184R変異のノックインマウス(Ubiad1 G184RWTマウス)においても認められている²¹〉マウスUbiad1のG184R変異はSCD患者に認められているUBIAD1のG186R変異に対応する¶ ²の構造解析よりG186残基は細胞膜表面に露出したループに位置することが報告されており，G186R変異は他のタンパク質との相互作用に影響を与える可能性があると考えられている231. Jiangらが作成したUbiad1 G184RWTマウスの細胞内コレステロール量の増加および角膜白濁は，2年齢で顕著に認められるが，3か月齢ではほとんど認められない²¹）このことから，ヘテロ接合のUBIADI変異を持つSCD患者は，加齢に伴う角膜白濁の進行が遅いことが考えられている²¹.また，興味深いことに，Ubiad1 NoosNioosマウスは正常に生まれてくるのに対して，Ubiad1 GISARGISARマウスは胎生致死を示す.  SCD患者におけるUBIAD1のG186R変異は全てヘテロ接合体で認められているため221, Ubiad1 GIS4RWTマウスモデルはSCD患者におけるコレステロール代謝調節機構をより厳密に模倣していると考えられている²¹.また,これまでに, Ubiad1欠損マウスはMK-4変換活性を欠き，胎児の発達過程で死に至ることが報告されている²⁴ . したがって，UBIAD1のG186R変異がN102S変異よりもMK-4変換活性に影響を与える可能性が考えられている20121)コレステロール合成の律速酵素であるHMGCRのERADを制御する酵素が，Ubiad1N100SN100SマウスおよU  Ubiad1 G154RWTマウスを用いた研究によりUBIAD1であることが示された20121).  UBIAD1変異体は，細胞内にコレステロールやGGPPが増加した場合においても,小胞体に局在しHMGCRのERADを阻害することでコレステロール代謝が異常になりSCDを発症する.したがって，SCDの発症が認められているUBIAD1変異体を小胞体からゴルジ体へ移行させるGGPPを模倣した誘導体が開発できれば, GGPP誘導体によりHMGCRのERADを促進することで角膜におけるコレステロール量の異常な増加の防止または進行を遅らせることができると期待されている171181201 Key words :Vitamin K, UBIAD1, HMGCR, SCD, cholesterol metabolism 'System Engineering and Science, Graduate School of Engineering and Science, Shibaura Institute of Technology, Japan ²Extension Center, Kobe Pharma Kobe Pharmaceutical University, Japan Sho Sano 1 , Tasuku Arai 1 , Wataru Kiyono 1 , Rina Watanabe 1 , Taiki Honma', Maya Kamao², Yoshitomo Suhara', Yoshihisa Hirota 1 '芝浦工業大学大学院理工学研究科システム理工学専攻生命創薬科学分野, ²神戸薬科大学  エクステンションセンター翔',新井　佑',清野　航',渡邉　莉菜',佐野大暉¹，鎌尾　まや²，須原　義智¹,本間廠田住久¹ (2023.2.10受付)文1) Gaynor PM, Zhang WY, Weiss JS, Skarlatos SI, Rodrigues MM, Kruth HS (1996) Accumulation of HDL Apolipoproteins Accompanies Abnormal Cholesterol Accumulation in Schnyder's Corneal Dystrophy. 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