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Impairment of proteasome function in podocytes leads to chronic kidney disease

Makino, Shinichi 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23462

2021.09.24

概要

【背景】慢性腎臓病（CKD）患者の増加が問題となっており、CKD 進行のメカニズムの解明と治療薬の開発が課題となっている。血液は腎臓の糸球体において濾過されるが、糸球体の毛細血管周囲を糸球体足細胞（ポドサイト）が覆っており血液蛋白の最終濾過機能を担っている。ポドサイトが障害を受けると血液蛋白が漏れ出して蛋白尿が生じる。障害が進行するとポドサイトが糸球体から脱落して糸球体を維持できなくなり、最終的には糸球体が硬化してCKD が進行する。ポドサイト障害が起こるメカニズムを解明して障害を抑制することはCKD の進行抑制につながると考えられる。ユビキチン・プロテアソーム(UPS)とオートファジー(Autophagy)は細胞内の主要な蛋白分解機構であり細胞内の蛋白の発現調節において重要である。ポドサイトは生理的条件では Autophagy 活性が高く、ポドサイトにおける Autophagy の役割についてこれまで多数報告されてきた。しかしながら、ポドサイト特異的なAutophagy 機能不全マウスは、自然経過では高齢になるまでは腎不全は認めなかった。

【目的】ポドサイトにおいては、UPS がポドサイトの恒常性の維持に重要な役割を担っていると考え、ポドサイトにおけるUPS の役割を明らかにすることを目的とした。

【方法】UPS では、分解の標的となる蛋白にユビキチンと呼ばれる標識蛋白が結合し（ユビキチン化）、これが26S プロテアソームにより認識されて分解される。26S プロテアソームは、コア分子である20S 複合体の両端に、制御分子である19S 複合体が結合した蛋白質分解酵素の複合体である。Rpt3 は19S 複合体の構成蛋白であり、26S プロテアソームの構築に必須の蛋白である。Rpt3 を全身性に欠損したマウスは、胚盤胞形成不全により着床前に致死する。本研究では、ポドサイト特異的にRpt3 を欠損させて、ポドサイト特異的なプロアソーム機能不全マウス（pRpt3 KO マウス）を作成し、ポドサイトにおけるプロテアソーム機能の役割を解析した。

【結果】pRpt3 KO マウスは４週齢からポドサイト数の減少と蛋白尿を認め、８週齢で硬化糸球体が増加して腎機能が悪化し、平均１４週齢で死亡した。pRpt3 KO マウスのポドサイトでは、ユビキチン化蛋白が蓄積しており、プロテアソーム不全により分解できずに蓄積したと考えられた。また酸化ストレスマーカーの 8OHdG や、アポトーシス調整因子であるp53 やアポトーシスマーカーであるCleaved caspase 3 の発現が上昇しており、酸化ストレスにより p53 を介したアポトーシスが誘導されてポドサイトが細胞死したと考えられた。不死化培養ポドサイトを用いた実験において、プロテアソーム阻害剤である bortezomib の投与でポドサイトのアポトーシスが誘導されたが、抗酸化剤である apocynin の追加投与によりこれは抑制された。UPS とAutophagy は相互に機能を代償しており、UPS の機能不全によりAutophagy 活性が代償性に上昇することが一般に知られている。しかしpRpt3 KO マウスのポドサイトでは、Autophagy で特異的に分解されるp62 が蓄積していた。さらに Autophagy 活性のマーカーである LC3 を用いて評価したところ、Rpt3 KO マウスのポドサイトではAutophagy が抑制されていた。このメカニズムを検討するため、オートファジーを負に制御しているmTOR シグナルを調べたところ、pRpt3 KO マウスの糸球体や、プロテアソーム阻害剤で処理した培養ポドサイトにおいて、mTOR の下流分子であるリボソーム蛋白質S6 やULK1 のリン酸が増加しており mTOR シグナルの活性化により Autophagy 活性が抑制されたことが分かった。そこで mTOR 阻害剤であるrapamycin を pRpt3 KO マウスに投与したところ、投与していない pRpt3 KO マウスに比べて８週齢での硬化糸球体の数が有意に減少した。

【結論】UPS はポドサイトにおいて重要な役割を担っており、プロテアソームの機能不全は CKD を進行させる。抗酸化剤や mTOR 阻害剤は CKD の進行抑制の治療戦略となり得る。

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参考文献

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