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Dynamic Meso-Scale Anchorage of GPI-Anchored Receptors in the Plasma Membrane: Prion Protein vs. Thy1

Nemoto, Yuri 京都大学 DOI:10.14989/doctor.r13482

2022.03.23

概要

ヒトのクロイツフェルト・ヤコブ病やウシの狂牛病に代表されるプリオン病の発生の中心的なメカニズムは、正常型プリオンタンパク質（PrP）が異常型PrP と相互作用することによって、PrP のミスフォールディングが次々と引き起こされるためだと考えられている。このプロセスは PrP が本来持つ、ホモ2 量体化あるいはオリゴマー化する性質により、より促進される可能性がある。PrP は飽和リン脂質グリコシルフォスファチジルイノシトール（GPI）アンカー型タンパク質という膜タンパク質の一種である。先行研究により、PrP と同じくGPI アンカー型タンパク質であるCD59 が200 ミリ秒程度の短時間の寿命をもつ一過性のホモダイマーを形成し、これがシグナル伝達のプラットフォームを形成するユニットとして機能していることが報告されている。また、免疫電顕と生化学実験による研究から、PrP が神経細胞膜上でクラスターを形成していること、さらに、神経細胞に豊富に存在する GPI アンカー型タンパク質である Thy1 とは異なるクラスターを形成していることが報告された。しかし、これまで PrP が生細胞膜上でどのような挙動を示すのかは、ほとんど知られていなかった。本研究では、PrP とThy1 の蛍光1 分子イメージングを行い、ラット海馬神経細胞と株細胞（CHO-K1 細胞）の細胞膜上での PrPに特徴的な挙動を解明した。
　定常状態の神経細胞および CHO-K1 細胞の細胞膜上で、PrP、Thy1 は、ともに 2次元並進拡散と一時停留を繰り返す、という挙動を示した。この一時停留を、Temporary Arrest of LateraL diffusion (TALL)と名付けた。1 分子イメージングから得られた軌跡を
　（1）観察の間ずっと停留していた分子、（2）拡散運動と停留を繰り返していた分子、（3）観察の間ずっと拡散運動を行っていた分子、の3 種類にモード分けし、この分類をもとに各モードの時間割合、継続時間、停留範囲の大きさ、拡散係数を比較し、以下の4 点を明らかにした。

1．停留している時間が総観察時間に占める割合は、PrP が Thy1 に比べて神経細胞で1.4 倍、CHO-K1 細胞で1.9 倍大きかった
2．1 回あたりの停留の継続時間、停留範囲の大きさに有意差はなく、PrP、Thy1 とも1 秒未満の停留時間であった
3. 一方、拡散運動の継続時間は PrP がThy1 より 30-40%短かった。これらの結果は、PrP は Thy1 に比べて停留頻度が高いため、全体としては、停留する時間割合が大きくなっていることを示している
4. 軌跡の全長から算出した拡散係数を比較すると、PrP の拡散係数は Thy1 より
50-80%小さかった（拡散運動が遅かった）。軌跡のうちmobile 部分のみの拡散係数で比較しても、 PrP の拡散係数は Thy1 より 30-40%小さかった（拡散運動が遅かった）

　以上の結果を統合すると、PrP 分子は Thy1 よりも拡散係数の遅い他の PrP 分子や PrP クラスターと一過的に相互作用する傾向があり、その際、PrP クラスターに巻き込まれたり結合したりすることで、水平拡散が一時的に停止すると考えられる。PrP の停留頻度の高さから、PrP－PrP の結合がThy1－Thy1 の結合よりも結合速度が速いことが示唆された。すなわち、PrP 分子は静止しておらず拡散能を維持していること、しかも頻繁に一過性のオリゴマーやクラスターを形成する性質をもつことが分かった。これは、異常型 PrP が生成したとき、正常型PrP が異常型PrP と次々と衝突でき、それによって異常型が増加する基盤となっている可能性を示唆する。また、本研究の手法は、PrP 会合体形成の解析技術の基礎となるものである。

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