APP プロセシングによるアミロイド ß 形成

アルツハイマー病の患者の脳組織内においては、神経毒性のあるタンパク質アミロイド ß の凝集が認められます。ここでは、このアミロイド ß がどのように生成されるかを解説します。

アミロイド β(Amyloid beta; Aβ)は 40 程度のアミノ酸から成るペプチドで、膜貫通タンパク質であるアミロイド前駆体タンパク質(Amyloid precursor protein; APP)が α-、β-、γ-セクレターゼ複合体などの酵素活性により切断され、生成します。

APP の切断には 2 つの異なる経路があります。非アミロイド形成経路(Non-amyloidogenic pathway 図 1 左)は神経栄養効果に寄与する一方、アミロイド形成経路(Amyloidogenic pathway図 1 右)は神経毒性のある Aβ を生成します。アミロイド形成経路により生成された Aβ ペプチドはミスフォールドにより凝集し、アルツハイマー病の特徴である線維状になります。

図1. 非アミロイド形成経路とアミロイド形成経路


APP 関連製品


非アミロイド形成経路

非アミロイド形成経路では、APP は α- セクレターゼ(α-Secretase)による切断を受けてふたつの断片に別れます。ひとつは C 末端側の 83 アミノ酸からなる断片(C83)で、細胞膜中に残ります。もうひとつは N 末端側の細胞外ドメインからなる断片(sAPPα)で、細胞外に放出されます。

α- セクレターゼ活性を有する酵素は ADAM9、ADAM10、ADAM17 の 3 種類が同定されています(Allinson et al., 2003)。ここで重要なのは、α- セクレターゼによる APP の切断部位は Aβ ドメイン中にあり、Aβ ペプチドは決して産生されることはないということです。

細胞膜にある C83 断片も γ- セクレターゼにより切断され、P3 ペプチドと C 末端断片(C terminal fragment; CTF)と呼ばれる二つの断片になります。これまでのところ P3 ペプチドがなんらかの疾患に関与しているという報告はありません(Haass et al., 2012)。

ADAM9 関連製品
ADAM10 関連製品
ADAM17 関連製品


アミロイド形成経路

神経毒性を有する Aβ が生成されるアミロイド形成経路では、まず β- セクレターゼ(β-secretase; Beta-site APP cleaving enzyme 1; BACE1)が最初の分解を仲介し、N 末端側の細胞外ドメイン(sAPPβ)を放出します。一方、C 末端側の99アミノ酸断片(C99)は細胞膜に留まります(Hussain et al., 1999 & Sinha et al., 1999, Vassar et al., 1999)。

切断を受けた後の C99 の N 末端が、まさに Aβ の第一アミノ酸に相当します。この C99 が γ- セクレターゼ(γ-Secretase)により、38 残基と 43 残基の間で切断を受け、Aβ ペプチドとなります。γ- セクレターゼは、Presenilin 1(PS1)または Presenilin 2(PS2)と、Nicastrin、APH-1(Anterior pharynx defective 1)、PEN2(Presenilin enhancer 2)で構成される複合体です。

ほとんどの Aβ ペプチドの長さは 40 残基で Aβ 1–40 と呼ばれますが、かなり割合は小さいものの、42 残基の Aβ 1–42 も存在しています。Aβ 1–42 は、Aβ 1–40 よりも二つ余分に存在するアミノ酸がミスフォールドを起こしやすいため Aβ 1–40 よりもはるかに凝集が起こりやすく、結果として神経毒性が高くなると考えらます(Ahmed et al., 2010)。事実、血漿中の Aβ 1–42 濃度の上昇とアルツハイマー病の発症との関連が指摘されています(Mayeux et al., 1999)。

BACE1 関連製品
Presenilin 1 関連製品
Presenilin 2 関連製品
Nicastrin 関連製品
APH-1 関連製品
PEN2 関連製品
Aβ 1–40 関連製品
Aβ 1–42 関連製品



BACE 阻害剤

アルツハイマー病の進行を遅らせるためには、Aβ 生成量をまずは減らすことが重要です。 様々な β-セクレターゼ阻害剤が存在しており、それらを利用することにより、生成を抑制することが期待されます。 下の表に、β-セクレターゼおよび産生を標的とする阻害剤を列挙しました。

低分子化合物

活性

製品番号

β-Secretase Inhibitor II
(Z-VLL-CHO)


Peptidyl β-secretase inhibitor (reversible). Corresponds to the VNL-DA cleavage site on APP13.

ab146640

AZD3839


Potent and selective BACE-1 inhibitor (Ki = 26.1 nM), about 14-fold selectivity over BACE-2 (Ki = 372 nM)14.

ab223887

Lanabecestat (AZD3293)


Highly potent BACE-1 inhibitor with IC50 = 610 pM (primary neuron cultures from mice), 310 pM (primary neuron cultures from guinea pigs), and 80 pM (SH-SY5Y cells over-expressing AβPP)15.

ab223888

Loganin


Selective β-secretase inhibitor. Shows neuroprotective effects against Aβ(25-35)-induced cell death16.

ab143653

LY2886721


Potent and selective BACE-1 inhibitor (IC50= 20.3 nM for recombinant hBACE-1)17.

ab223886

Nilvadipine


Potent Ca2+ channel blocker that promotes Aβ clearance from brain and reduced tau hyperphosphorylation18.

ab141311

Verubecestat (MK-8931)


Selective, potent β-sectetase 1 inhibitor (IC50 = 13 nM)19.

ab223883





アルツハイマー病の Aβ 研究における、おすすめのツール

ターゲット

ツール

Beta amyloid

Beta amyloid peptide (1–42, human)

Near-infrared fluorescent Aβ probes

Conformation-specific amyloid beta antibodies

See all beta amyloid products

β-secretase

Anti-BACE1 antibody

β-secretase activity assay kit

See all β-secretase products


参考文献

Allinson TM, Parkin ET, Turner AJ, Hooper NM (2003). ADAMs family members as amyloid precursor protein α‐secretasesJ Neurosci Res, 74, 342-352.

Francis R, McGrath G, Zhang J, Ruddy D A, Sym M, Apfeld J et al. (2002). aph-1 and pen-2 are required for Notch pathway signaling, γ-secretase cleavage of βAPP, and presenilin protein accumulation. Dev Cell 3, 85-97.

Haass C, Kaether C, Thinakaran G, Sisodia S (2012). Trafficking and Proteolytic Processing of APP. Cold Spring Harb Perspect Med 2 a006270.

Hussain I, Powell D, Howlett DR, Tew DG, Meek TD, Chapman C, Gloger IS et al. (1999). Identification of a novel aspartic protease (Asp 2) as β-secretaseMol Cell Neurosci 14, 419–427.

Levitan D, Lee J, Song L, Manning R, Wong G, Parker E, Zhang L (2001). PS1 N-and C-terminal fragments form a complex that functions in APP processing and Notch signaling. PNAS 98, 12186–12190.

Steiner H, Winkler E, Edbauer D, Prokop S, Basset G, Yamasakiet al. (2002). PEN-2 is an integral component of the γ-secretase complex required for coordinated expression of presenilin and nicastrinJ Biol Chem 277, 39062–39065.

Sukanto S, Anderson JP, Barbour R, Basi GS, Caccavello R, Davis D, Doan M  et al. (1999). Purification and cloning of amyloid precursor protein β-secretase from human brain. Nature 402, 537–540.

Vassar R, Bennett BD, Babu-Khan S, Kahn S, Mendiaz EA, Denis P, Teplow DB et al. (1999). β-Secretase cleavage of Alzheimer's amyloid precursor protein by the transmembrane aspartic protease BACE. Science 286, 735–741.

Wolfe MS, Xia W, Ostaszewski BL, Diehl TS, Kimberly WT, Selkoe DJ. (1999). Two transmembrane aspartates in presenilin-1 required for presenilin endoproteolysis and γ-secretase activity. Nature 398, 513–517.

Yu G, Nishimura M, Arawaka S, Levitan D, Zhang L, Tandon A, et al. (2000). Nicastrin modulates presenilin-mediated notch/glp-1 signal transduction and βAPP processing. Nature, 407, 48-54.

登録