阐明遗传性神经性皮肤萎缩症的发病机制，部分髓磷脂蛋白零变异

MPZ对髓磷脂的形成至关重要，基因变异引起CMT的机制尚不明确

该研究由该研究生院生命医科学研究科功能构造科学研究室的坂仓正义副教授、高桥荣夫教授、高能加速器研究机构的田边干雄特任副教授、产业技术综合研究所的三尾和弘实验室组长等研究小组进行。研究成果刊登在《Structure》上。

髓磷脂是神经信号在轴突高速传递时不可缺少的由细胞构成的电绝缘体。末梢神经系统的髓磷脂是由施万细胞在轴突周围层层缠绕而形成的。由此产生的细胞膜（脂质双层膜）的多层，成为电气绝缘功能的主体。髓磷脂的脂质双层膜多层是由存在于膜中的MPZ粘合膜与膜而形成并维持的。

由于编码MPZ的基因DNA的错误意识变异，构成MPZ的氨基酸残基中的一种被替换为其他种类的氨基酸的话，髓磷脂就不能正常形成，就会出现CMT这种神经疾病。CMT是一种不治之症，其发病机制尚未完全查明，到目前为止还没有开发出有效的治疗方法和治疗药物。作为阐明CMT发病机制的第一步，该研究小组明确了MPZ以怎样的机制粘附膜，以及引起CMT的氨基酸残基置换如何引起MPZ的变化。

用X射线晶体结构分析法确定MPZ-ECD的立体结构，确认两种类型的8聚体形成

MPZ是一种单次跨膜蛋白，在细胞外具有与免疫球蛋白结构非常相似的域（细胞外域：ECD）。在此次研究中，为了从原子层面理解MPZ的膜粘附机制，首先通过X射线晶体结构分析法确定了人源MPZ- ecd的立体结构。晶体中的ECD形成环状四聚体，再形成四聚体横向排列的trans-8聚体和纵向排列的head-to-head-8聚体两种八聚体结构。这两种类型的8聚体，从其形状考虑都可以粘合膜，但是在实际的膜粘合场中哪个更重要，仅从得到的结构无法判断。

根据开发的纳米髓磷脂法，MPZ的head-to-head-8聚体与膜粘接有关

因此，研究小组开发了评价ECD的膜粘接活性的新实验方法（纳米髓磷脂法）。纳米髓磷脂法是将ECD固定在被称为纳米盘的脂质双层膜的水溶性粒子表面。配制了固定野生型ECD的纳米盘，用电子显微镜观察，通过ECD观测到串珠的纳米盘（纳米髓氨酸）。该结果表明，野生型ECD具有膜粘附活性。接着，他们分别用不同种类的氨基酸替换了被认为在trans相互作用和head-to-head相互作用中发挥重要作用的氨基酸残基，制备了变异型ECD，并进行了同样的实验。结果发现，置换了head-to-head相互作用面的氨基酸残基的W28A变异型ECD不会发生膜粘接，也不会形成纳米髓磷脂。以上结果表明，MPZ通过形成head-to-head-8聚体来粘附膜与膜。

N87H变异型ECD丧失膜粘接活性

然后，将引起CMT的氨基酸残基取代引入ECD中，分析纳米髓磷脂是否形成。于是，发现将存在于对四聚体形成重要的cis相互作用部位的第87个天冬酰胺残基（以一个字表示为N）置换为组氨酸（以一个字表示为H）的N87H变异型ECD不能连接纳米盘，因变异而失去了ECD的膜粘接活性。这可以认为是由于作为侧链小的氨基酸的天冬酰胺被侧链大的组氨酸取代，与相邻的ECD分子的结合变差的缘故。

保持膜粘接活性的两种变异：蛋白质稳定性降低

另一方面，发现导入了CMT相关氨基酸残基取代的D32G变异型ECD（head-to-head相互作用面）和E68V变异型ECD（cis相互作用界面）的ECD形成纳米髓磷脂，保持膜粘接活性。接着，利用圆二色性光谱（CD）分析这些变异型ECD的温度依赖性结构变化，发现变异型ECD在比野生型ECD更低的温度下变性（或凝聚）。由于变异导致的稳定性下降，细胞内难以形成结构正确的蛋白质，或者在细胞表面进行膜粘附的ECD的“保存期”变差，这些都与CMT的发病有关。

今后有必要阐明80个MPZ变异的共同机制

此次研究揭示了3个CMT相关变异对MPZ- ecd产生的功能和结构变化，发现了与CMT发病相关的MPZ上多达80个变异位点。为了开发以MPZ为起点的CMT的治疗药物，有必要弄清这些变异中的许多共同的CMT触发机制。

研究小组表示：“此次开发的纳米髓磷脂方法，在分析多个CMT相关变异对MPZ活性的影响方面，有望成为有用的实验工具。”