タイプ 1 リアノジン受容体 (RyR1) は、骨格筋の筋肉収縮に不可欠な重要なカルシウム放出チャネルです。筋細胞内のカルシウム貯蔵器官である筋小胞体からのカルシウム放出を仲介し、筋肉機能に不可欠なプロセスです。RyR1 遺伝子の変異は、チャネルの機能に極めて対照的な影響を与え、悪性高熱症 (MH) や中核疾患 (CCD) などの重篤な筋肉疾患を引き起こす可能性があります。MH は、機能獲得型 RyR1 変異体を持つ患者に吸入麻酔薬への反応として高熱と筋肉拘縮を引き起こす遺伝性疾患です。CCD は、機能喪失型 RyR1 変異体による筋力低下とミオパシーにつながる遺伝性ミオパシーの 1 つです。これらの影響は、筋肉の健康にとって RyR1 の重要な役割とカルシウム チャネルの最適な機能を強調しています。
最近の研究では、多くの疾患関連変異が見つかっているRyR1の大きな細胞質領域に焦点が当てられてきましたが、チャネルゲーティングと筋疾患の発症における第5膜貫通セグメント（S5）の具体的な役割は十分に理解されていませんでした。幸いなことに、2024年9月18日に発表された新しい先駆的な研究では、 コミュニケーション生物学 日本の研究者らは、RyR1のS5セグメントの変異がMHおよびCCDにどのように寄与するかを調査することで、この知識のギャップに対処しました。順天堂大学の村山隆准教授と紅林和美准教授、京都大学の小川治夫准教授と鳳裕也大学院生からなる研究チームは、S5変異が筋障害を引き起こす仕組みを解明することを目指しました。S5セグメントはRyR1チャネルの孔形成に極めて重要である。しかし、文献ではS5に疾患関連変異が多数報告されており、それがS5の役割を研究する動機となった。 RyR1チャネルを制御するS5セグメント「」と村山隆准教授は説明する。
研究者らは、特定の変異を持つ RyR1 タンパク質を発現するように設計された HEK293 細胞 (一般的に使用されるヒト胎児腎臓細胞株) を使用しました。研究者らは、カフェイン誘発性のカルシウム放出を測定し、カルシウム放出のダイナミクスに対する変異の影響を評価しました。さらに、研究者らはそれぞれ Fluo-4 AM (緑色蛍光カルシウム指示薬) と R-CEPIA1er (遺伝子コード化カルシウム指示薬) を使用して、静止時の細胞質と小胞体 (ER) のカルシウム濃度を監視しました。 [3H]RyR1 チャネルの結合親和性と活性を評価するために、リアノジン結合アッセイを実施しました。さらに、脱分極誘発カルシウム放出 (DICR) プラットフォームを使用して、RyR1 チャネルにおけるカルシウム放出を評価しました。
この研究は、RyR1 の S5 および S5-S6 領域の変異に焦点を当て、MH に関連する 3 つの変異と CCD に関連する 8 つの変異を特定しました。MH 変異体では、カフェイン感受性の増加、静止細胞質カルシウム濃度の上昇、および ER カルシウム濃度の低下が観察されました。リアノジン結合および DICR アッセイにより、チャネル活性の強化が確認されました。対照的に、CCD 変異体は、カフェイン感受性の低下、カルシウム放出の最小化、リアノジン結合の抑制、および DICR の低下を特徴とする機能喪失表現型を示しました。特に、一部の CCD 変異体は、確認された発現にもかかわらず、検出可能なチャネル活性を示さず、チャネル機能が著しく損なわれていることを示しました。RyR1 チャネルの構造と前述の変異は、著者らが YouTube で作成したビデオで視覚化できます。
次に、結果は RyR1 構造に関して解釈されました。研究者は、疾患関連変異の原因となる残基と他の膜貫通セグメントとの間のいくつかの潜在的な相互作用を特定しました。特に、これらの相互作用の重要性は、相互作用パートナーを変異させることによって検証されました。研究結果を強調して、小川晴夫准教授は次のように述べています。「我々は、S5セグメントがチャネルゲーティングにおいて二重の役割を果たすRyR1の新たな制御機構を発見し、疾患関連変異によるチャネル変化の分子機構を解明した。「
この研究は、S5の変異がチャネル機能にどのように影響するかを明らかにし、筋肉生理学におけるカルシウムシグナル伝達の理解を深めます。村山准教授と小川准教授は、現在の研究の潜在的な意味合いについて次のように述べています。「私たちの研究結果は、RyR1 変異によって引き起こされる筋肉疾患を治療するための新薬の開発に新たな知見をもたらします。「
この研究が重度の筋疾患の治療に革命を起こす道を開くことを私たちは心から願っています。
ソース：
ジャーナル参照:
マレー、T.、 等 (2024) タイプ1リアノジン受容体チャネルゲーティングにおけるS5セグメントの二重の役割。 コミュニケーション生物学。 doi.org/10.1038/s42003-024-06787-1。
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#研究は筋疾患の治療に革命をもたらす
2024-09-18 14:44:00