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| 可溶性NSF付着タンパク質 | |||||||||
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 Sec17 は、ヒト SNAP の酵母ホモログであり、SNARE および NSF と複合体を形成する小胞の膜融合に関与し、組み立てと分解を仲介します。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | スナップ | ||||||||
| パム | PF14938 | ||||||||
| プロサイト | PDOC50892 PDOC50192、PDOC50892 | ||||||||
| 医療機器 | cd15832 | ||||||||
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可溶性N -エチルマレイミド感受性因子付着タンパク質( SNAP、または酵母では Sec17p) は、細胞内輸送およびエキソサイトーシス中に膜で小胞融合に関与する細胞質アダプタータンパク質のファミリーです。SNAP は SNARE 複合体および NSF のタンパク質と相互作用し、融合複合体の成分のリサイクルに重要な役割を果たします。SNAP は、組み立て中の小胞融合複合体のプライミング、および小胞融合イベント後の分解に関与しています。膜融合後、係留SNARE タンパク質複合体は、 ATPase NSFに起因する立体変化に反応して分解します。NSF によって提供されるエネルギーは SNARE 複合体および SNAP 全体に伝達され、タンパク質のもつれを解いて将来の融合イベントのためにリサイクルされます。哺乳類にはα-SNAP、β-SNAP、およびγ-SNAPの 3 つの SNAP 遺伝子があります。 α-SNAP と γ-SNAP は体全体で発現していますが、β-SNAP は脳に特有です。ヒト SNAP の酵母ホモログは Sec17 で、その構造図がこのページに記載されています。
関数
SNAPタンパク質の機能は、主に小胞融合イベントに必要なSNARE複合体の組み立てと分解における役割に関連しています。 1990年代初頭に開発されたSNARE仮説によると、SNAPタンパク質は膜に局在し、これらの部位でCa 2+依存性の小胞融合を媒介する中心的な役割を果たします。SNAPは、主に静電相互作用に基づいて、タイプII膜タンパク質の一種であるSNARE（SNA P RE受容体）複合体のタンパク質、およびATPase NSFと会合します。[1] [2] SNAPとSNAREの相互作用は、複合体とNSF （酵母ではSec18）の相互作用の前に起こるため、プライミングアセンブリのシーケンスが必要である可能性があります。[1] [3] SNAP、 SNARE、およびNSFを含む組み立てられた複合体は、20S複合体として知られています。 SNAPの受容体として最初に同定されたタンパク質には、シンタキシン1、SNAP-25（シナプトソーム関連タンパク質、25kDa）、およびVAMP（シナプトブレビン）がありました。[4]これらのタンパク質には、細胞内小胞と細胞外輸送機構の一部として見られる膜貫通領域が含まれています。図1は、小胞融合イベントに伴う組み立て、融合、および分解プロセスにおける小胞および膜SNAREタンパク質とNSFおよびSNAPの相互作用を示しています。
NSFとSNAPの最初の結合は、SNAPのN末端63アミノ酸残基とC末端37アミノ酸残基とNSFタンパク質との相互作用に関連している可能性が高い。[5] SNAPとの相互作用は 、20S複合体に組み立てられるとNSFのATPase活性を刺激し、最終的にATP加水分解を引き起こし、ヘテロオリゴマー複合体の破壊につながる。[6]これによりシナプス伝達が 減少または阻害され、最終的に下流のシグナル伝達が失われる可能性がある。これに関する詳細は、以下の毒物学のセクションに記載されています。
複合体の組み立ては、構成成分と膜が存在する条件下でのみ起こり得ますが、解体にはNSFがATPを加水分解できることが必要です。[1]そのため、キレート剤、 GTPの非加水分解性類似体、またはアルキル化剤N-エチルマレイミド（NEM）の適用が、 in vitroでの小胞融合の防止を実証するために使用されてきました。[4] 20S複合体の組み立てを阻害すると、 NSFでのATP加水分解反応も起こりません。
小胞融合のSNARE理論の限界
小胞融合の SNARE 理論は、SNARE、SNAP、およびNSFの作用メカニズムを説明していますが、既知の小胞融合に関連するすべての動態を完全に説明しているわけではありません。この理論は、 1990 年代初頭にJames Rothmanと同僚によって初めて提唱され、SNAP とNSF が膜上の対になった小胞 SNARE (v-SNARE)/標的 SNARE (t-SNARE) 複合体を認識して結合し、20S 複合体を形成すると予測しました。これらの複合体は、ゴルジ輸送を含むシナプス系と液胞系の両方で同様の構造を形成します。
近年実験的に生成されたデータにより、モデルの完全性に疑問を抱く人もいます。1960 年代から Ca 2+流入がシナプスシグナル伝達の原因であることが知られていましたが、1992 年にThomas SüdhofとReinhardt Jahnの共同研究により、カルシウム、SNARE 複合体、シナプスシグナル伝達が結び付けられ、小胞融合イベントは、これまで考えられていたように SNARE 複合体の形成によって律速されるものではないことが示唆されました。当時、SNARE 複合体モデルでは、シナプス間隙への神経伝達物質の急速な放出を説明できませんでした。複合体の解離とリサイクルが、さらなる小胞融合の律速であると考えられていたためです。
さらなる研究により、ATP 加水分解ステップはカルシウムイオン媒介融合イベントの前に起こることが実証され、SNAP および NSF タンパク質は、膜で直接ドッキング イベントが起こる前に 20S 複合体の分解を開始することが明らかになりました。シナプス前膜での融合のためのこれらの ATP プライミング小胞の存在は、SNAP と NSF の相互作用によって促進されます。
現在では、20S 複合体は ATP 加水分解後すぐには解離せず、細胞内 Ca 2+ がドッキングを容易にするために著しく高いレベルに達するまで結合したままであることがわかっています。電圧依存性イオン チャネルを開く脱分極電流によって、細胞内への Ca 2+の流入が可能になり、そこでシナプトタグミンと呼ばれる分子クランプ タンパク質 (SNARE) がCa 2+感受性の方法で作用して、100 マイクロ秒あたり 1 個の小胞の速度まで小胞と膜の融合を促進します。したがって、Ca 2+によって制御される神経伝達物質のエキソサイトーシスは、SNARE リサイクル モデルのみで可能な速度よりも速くなります。図 1 は、SNARE 仮説の更新モデルをまとめたものです。
毒物学における意義
20S 複合体は、ボツリヌス A、C、Eなどのクロストリジウム 神経毒素の既知の標的であり、これらの毒素は複合体を破壊し、シナプス空間への神経伝達物質の放出を防ぐことでシナプス伝達を阻害します。シナプス伝達の破壊は、血清型 B の毒素が VAMP-2/シナプトブレビン-2 を切断することによって引き起こされますが、タイプ 1 SNARE タンパク質は切断しません。ボツリヌス毒素は SNAP と直接相互作用しませんが、間接的に SNAP が 20S 複合体に組み立てられる能力に影響を与え、神経筋接合部でのシナプス伝達を損ないます。終板へのアセチルコリンの放出が阻害されると、筋肉の麻痺につながり、治療せずに放置すると死に至ります。ボツリヌス毒素による中毒は、通常、毒素産生細菌に汚染された物質の摂取、または皮膚からの毒素の吸収によって起こります。
SNAP を含む SNARE 複合体は破傷風毒素の標的でもあり、同様に毒素を CNS に順行輸送することで小胞融合と神経伝達物質の放出を阻害します。置換基タンパク質の切断による 20S SNARE 複合体の組み立ての防止により、SNAP が受容体タンパク質と非競合的に相互作用することが防止されます。
遺伝学
哺乳類における3つのSNAPタンパク質の発現は組織依存的で、α-SNAP（33kD）とγ-SNAP（36kD）は体全体で発現し、β-SNAP（34kD）は主に脳組織に見られます。[1] α-SNAPとβ-SNAPは約83％の配列相同性を共有し、ヒトではそれぞれ19番染色体と18番染色体のNAPAとNAPBによってコードされています。 [7] β-SNAPタンパク質は20番染色体のNAPBによってコードされています。齧歯類モデルでは胚発生中に一時的な発現の変化が観察されていますが、ヒトでの同様の変化はまだ検証されていません。[1] 1990年代にタンパク質グループが発見された後の初期の発現データは、主にウエスタンブロットの使用によって確認され、 mRNAの発現、その後cDNAの発現が可能になりました。免疫蛍光法を用いた局在解析により、タンパク質がERやゴルジ体、小胞などの細胞内膜に強く結合していることが示された。[8]
α-SNAP遺伝子の欠失は、 hyh（跳躍歩行を伴う水頭症）のげっ歯類モデルにおいて子宮内で致命的であることも判明している[9] 。一方、ミスセンス変異によるhyhでは、発現レベルが40%低下する。[10]変異の影響は子宮内で発現し、時間の経過とともに重篤化し、最終的には水頭症の悪化と死に至る。hyh /hyhマウスにおけるα-SNAPの発現低下は、CD4 T細胞エフェクターサイトカイン欠乏症とも関連している。[11]
Sec17pとして知られるSNAP遺伝子の酵母（S. cerevisiae）ホモログは、哺乳類のα-SNAPと67％の類似性を持っています[1]。つまり、アルファと約34％、ベータと約33％の相同性があります。 [8]これは、酵母液胞融合における機能に基づいて研究されてきました。[2]この動物における二重ヌル変異の致死性は、細胞内および細胞間のコミュニケーションと生存におけるこのクラスのタンパク質の重要性を浮き彫りにしています。
構造
TEMおよびFRETイメージング技術の使用は、今世紀の初めに SNARE 複合体を解明するために広く適用され、SNAP タンパク質にも拡大されました。20S 複合体は最終的に幅 2.5 nm、長さ 15 nm のロッドを形成し、相互作用する SNARE タンパク質の 2 つのコイルドコイルの軸に沿って集まります。[4] [12] SNARE 複合体ロッドの側面への SNAP の結合は、プライミング ステップ中に膜で起こります。この相互作用には、SNARE タンパク質の N 末端残基 63 と 37 が損傷されていないことが必要であり[12]、これらは SNAP の 1 つ以上のアルファ ヘリカル ドメインと直接相互作用する可能性があります。NSF のα-SNAPへの結合は、NSF のリン酸化またはリン酸化模倣特性を示す Y83E 変異体によっても悪影響を受けることが示されています。[13] NSFによるATP加水分解後のコイルドコイル構造の巻き戻しは、小胞融合前のシンタキシン（SNARE）の構造変化も伴う。
これらの構造的発見は、 Quick-Freeze/Deep-Etch EMの使用によって確認されており、このEMでは、三元SNARE複合体が、SNAPのN末端結合を伴うSNAREタンパク質の周囲に同様に細長い棒状の集合体として記述されている。[14]
上図の酵母ホモログSec17には14個のαヘリックスが含まれており、タンパク質のパッキング面に沿って複数の保存残基を持ち、およそ85Å×35Å×35Åの大きさです。[ 5] SNAREおよびSec18/NSFとのSec17/SNAPの相互作用を阻害することが、 PA（ホスファチジン酸）に結合する小分子を使用してプライミング活性を阻害し、小胞融合を制限するという最近の文献で報告されています。[3]
病気における役割
SNARE 複合体の組み立てを阻害し、その結果 SNAP 機能を間接的に妨害するこの方法は、小胞融合と神経伝達物質の放出を阻害するために使用できるボトックスの多様な治療用途からもわかるように、多岐にわたります。SNAP タンパク質受容体を標的とすることは、疾患を引き起こすことがわかっており、治療薬で標的とすると幅広い用途があります。
以下に、疾患の経過と発達における SNAP のより直接的な関連性を示す最近の出版物の概要を示します。注目すべきは、疾患状態における SNAP の役割は依然として主に SNARE 複合体の一部としての相互作用に関連していることです。複数の小胞輸送タンパク質の異常なレベルが同時に観察されることが多く、複合的な影響によりシグナル伝達が中断される可能性があります。
大腸がん
大腸がんの神経内分泌マーカーの研究では、 α-SNAPとβ-SNAPの発現は対照群と比較して未分化細胞で高く、より悪性度の高い疾患と関連していることが判明しました。[15]同様に、シナプトフィジン、SNAP-25（SNARE）、VAMP2、シンタキシン-1を含む他の小胞輸送タンパク質の発現も、小細胞未分化癌でさまざまなレベルの増加が見られました。[11]
がん細胞におけるシグナル伝達とタンパク質輸送の異常は、α-SNAPのSNARE複合体相互作用に基づいて以前に報告されており、脱リン酸化を介したオートファジーとMAPK経路の負の調節因子としての役割を示唆している。[16] α-SNAPの枯渇はゴルジ体の完全性とシグナル伝達ジャンクションでの小胞融合タンパク質の組み立てを損なうことが報告されているが、過剰発現はHeLa細胞でのアポトーシスを遅らせる。[16]
てんかん
α-SNAPとv-SNARE（小胞）、t-SNARE（標的）タンパク質とシナトキシン-1の結合により、中枢ニューロンで小胞輸送に使用される7S SNARE複合体が形成される。 [10]げっ歯類モデルでは、 αSNAPのダウンレギュレーションが発作感受性を高めることが報告されている。同じ研究では、側頭葉てんかん患者とてんかんラットモデルでαSNAP発現の減少が観察されている。[17]てんかんの慢性げっ歯類モデルの海馬シナプスでも7S複合体の蓄積が観察されている。[18] SNARE-SNAP-NSF複合体をプライミングして膜での小胞融合を増加させることが疑われているが、7S複合体の上方制御が起こる正確なメカニズムはよくわかっていない。
ダウン症候群
胎児の脳の発達に関する研究では、ダウン症候群（DS）の患者とそうでない患者から採取したサンプルのβ-SNAPレベルは同程度であることがわかりました。比較すると、ダウン症候群の患者サンプルの半分でのみα-SNAPの存在が観察されました。[19] [7] α-SNAPの減少は、タンパク質発現の他の観察された変化とともに、発達の非常に早い段階から シナプス形成が損なわれていることを示している可能性があります。
ハンチントン病
げっ歯類ハンチントン病（HD）モデルの研究で評価された小胞融合タンパク質では、対照群と比較してHDマウスの海馬でα-SNAPのレベルが高く、線条体での発現が低いことがわかった。 [20]小胞融合に関与する他の複数のタンパク質も、海馬での発現増加とともに線条体での発現が減少しており、寄与効果はまだ解明できていないことは注目に値する。変異ハンチンチン遺伝子と小胞融合タンパク質の相互作用は、この疾患で観察されるシナプスの発達異常または変性にも潜在的に関与している可能性がある。[7]
プリオン病
14-3-3ガンマタンパク質をノックアウトしたマウスではα-SNAPの上方制御が観察され、クロイツフェルト・ヤコブ病（CJD）の進行との関連は示唆されているが、病因との関連は示唆されていない。14-3-3タンパク質レベルの上昇はCJDを確認するための診断に使用されているが、文献に基づくと、この病気の原因となる役割を果たさない可能性がある。[21] [7]
介入戦略
α-SNAPとグルタミン酸AMPA受容体との相互作用は、SNAPが存在する膜での安定化メカニズムを通じてシナプス可塑性を改善するための潜在的なターゲットである可能性があります。 [7]さらに、α-SNAPは、それぞれ肺胞細胞と精子細胞のサーファクタントと先体エキソサイトーシスに関与していることが示唆されていますが、正確なメカニズムはまだ特定されていません。SNAPタンパク質アイソフォームは現在、薬物標的ではなく、主に足場の役割を果たしているため、標的とするのは難しい場合があります。発現の不十分さは、多くの神経変性疾患や免疫関連疾患で示されており、主な治療戦略は代替オプションとして遺伝子治療に焦点を当てる可能性があります。
臨床治療への応用の可能性としては、てんかんなどの中枢神経系病態の治療のためのβ-SNAPの標的調節剤の開発が挙げられます。 [1]イノシトールポリリン酸を使用してβ-SNAPとシナプトガミンの相互作用を阻害すると、神経伝達物質の放出も阻害されるため、シナプスネットワークのより広範な調節に潜在的に有用である可能性があります。
SNAPとの相互作用を介してSNARE複合体の活性を阻害するために使用できる低分子薬剤は、in vitroで使用されていますが[3]、その実用化はin vivoシステムにも拡大される可能性があります。α -SNAPレベルの上昇が観察された大腸癌では、過剰発現を枯渇させるためにsiRNA技術が使用される可能性がありますが[7]、この技術の新規性は、プラットフォームに関するさらなる経験が蓄積され、安全性が十分に実証されるまでは限られている可能性があります。
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