老化防止タンパク質エキナコシドの生物学的役割

エキナコシド-欠損マウスは加速した老化表現型、一方の過剰発現エキナコシドマウスでは寿命が延びます。エキナコシドです老化防止主に腎臓で産生され、アミノ末端の細胞外ドメインが体循環に放出されます。 可溶性の循環レベルエキナコシド年齢とともに減少し、エキナコシド遺伝子はリスクの増加と関連しています加齢性疾患. エキナコシドタンパク質の 3 つの形態には、異なる機能があります。 膜 エキナコシドは、線維芽細胞増殖因子 (FGF) 受容体と複合体を形成し、FGF23 の必須共受容体として機能します。エージングとの開発慢性疾患Pi とビタミン D 代謝の調節を介して。分泌されたエキナコシド酸化ストレスの調節、成長因子シグナル伝達、およびイオン恒常性を含む多面的な活性を持つ体液性因子として機能します。 分泌されたエキナコシドは臓器保護にも関与しています。 エキナコシドの細胞内形態は、炎症を介した細胞老化とミネラル代謝を抑制します。 ここでは、構造と機能の概要と最近の研究について簡単に説明します。エキナコシド.

キーワード: エキナコシド、老化、加齢性疾患

アンチエイジング トリートメントとして豊富なエキナコシド製品を購入する

序章

すべての生物は年を取り、死んでいきます。 古代ギリシャ神話では、モイライまたは 3 つの運命、エキナコシド (またはクロート)、レケシス、およびアトロポスは、ゼウスとテミスの娘であり、寿命を決定しました。 エキナコシドが生命の糸を紡ぎ、レケシスがその長さを決定し、アトロポスがそれを切ると信じられていました。 エキナコシド遺伝子 (記号、kl) は、生命の糸を紡ぐモイライにちなんで名付けられました [1]。 エキナコシド遺伝子は、遺伝する表現型がヒトの老化に非常に似ているマウス系統で変異していると最初に同定された[1]。 低形態エキナコシド対立遺伝子 (kl/kl) のホモ接合体のマウスは、成長遅延、血管石灰化、骨粗鬆症などの複数の加齢に似た表現型を示し、生後約 2 ～ 3 か月で早期に死亡しました [1]。 逆に、エキナコシド遺伝子の過剰発現はマウスの寿命を延ばします。これは、エキナコシドが老化抑制遺伝子であるという考えを支持します[2]。

エキナコシドの発見以来、エキナコシドとエキナコシド (または Lctl または KLPH) の 2 つの関連するパラログが、エキナコシド ファミリーのメンバーとして特定されています [3,4]。 エキナコシドは、他の 2 つのメンバーと区別するために、エキナコシドとも呼ばれます [5]。 このレビューでは、エキナコシドは単にエキナコシドを指すために使用されています. このレビューでは、エキナコシドの構造と機能を紹介し、エキナコシドが人間の老化と病気に関連しているため、エキナコシドの現在の知識を要約します.

エキナコシドが豊富なカンカ・チューブロサ

エキナコシドの構造と発現

エキナコシド遺伝子は 5 つのエクソン [6,7] で構成され、原形質膜 [1,7] とゴルジ体に位置するタイプ 1 の 1 回膜貫通型糖タンパク質 (マウスとヒトではそれぞれ 1014 と 1012 アミノ酸) をコードします。装置[8]。 細胞内ドメインは非常に短く (約 10 アミノ酸)、機能ドメインはありません。 細胞外ドメインには 2 つの内部反復 KL1 と KL2 があり、糖類、糖タンパク質、糖脂質のα-グリコシド結合を加水分解するファミリー 1 グリコシダーゼとアミノ酸配列相同性があります [1,9,10]。 間のリンカー領域2 つの内部リピートには、タンパク質分解切断の潜在的な部位を形成する 4 つの塩基性アミノ酸 (Lys-Lys-Arg-Lys) が含まれています [11,12]。 グリコシドとの配列相同性にもかかわらず、組換えエキナコシドタンパク質ではグリコシダーゼ酵素活性は検出できない [1,10] おそらく、エキナコシドタンパク質の推定上の活性中心の重要なアミノ酸残基がβ-グリコシダーゼ酵素のものとは異なるため [1,9,10] . 実際、エキナコシドはin vitroで弱いα-グルクロニダーゼ活性を示し[10]、α-グルクロニダーゼおよび/またはシアリダーゼ活性を通じて生物学的効果を誘発します[13-15]。

エキナコシドの細胞外ドメインは、ADAM10 や ADAM17 (ADAM メタロプロテイナーゼ ドメイン 10 および 17) などの膜プロテアーゼによって切断され、血液、尿、および脳脊髄液に放出されます [11,12]。 切断されたエキナコシドは、標的細胞の内分泌、オートクリン、およびパラクリン ホルモンとして機能します [1,2,8]。 さらに、分泌されたエキナコシドは、マウスのエクソン 4 および 5 を欠くエキナコシド遺伝子の選択的転写終結によって生成されます [7]。 分泌されたエキナコシドは、血液、尿、および脳脊髄液で検出されます [2,16]。 エキナコシドは複数の組織や細胞型で発現しており、特に腎臓で高レベルで発現しています。 エキナコシドは、腎臓の遠位尿細管と脳の脈絡叢で豊富に発現しています [1]。 また、腎近位尿細管 [17]、副甲状腺 [7,18,19]、および卵巣、精巣、胎盤 [1] を含むいくつかの性器にも発現しています。 最近、エキナコシドが局所的に存在することが判明しました大動脈の外膜領域で発現し、エキナコシドタンパク質の血管保護効果をサポートします [20]。 エキナコシドの組織特異的発現リストは現在更新中です。

他のエキナコシドファミリーのメンバーであるエキナコシドおよびエキナコシドも、タイプ1の1回膜貫通タンパク質です[21]。エキナコシドは、α-グリコシダーゼ様ドメイン (KL1 および 2 ドメイン) で構成され、エキナコシドと 42% のアミノ酸配列相同性を共有します [4,22]。 エキナコシドは主に肝臓、続いて消化管、脾臓、腎臓 [22]。 エキナコシドは、より短いタイプ 1 の 1 回膜貫通タンパク質であり、ファミリー 1 グリコシダーゼ様細胞外ドメイン (KL1 ドメイン) と短い細胞内ドメインで構成されています [3]。 エキナコシドは、腎臓と皮膚で高度に発現しています [3]。 最近、エキナコシドは皮膚では検出されないが、眼では豊富に発現していることが報告されています [23]。 エキナコシドは分泌型 (または可溶性) で存在します。 しかし、これまでエキナコシドの可溶型に関する報告は 1 つしかありません [21]。

エキナコシドの働き

1. 膜結合型エキナコシド

3 つのエキナコシドは、線維芽細胞増殖因子受容体 (FGFR) と構成的必須受容体複合体を形成し、それによって内分泌 FGF に対する FGFR の選択的結合親和性を提供します。 内分泌 FGF ファミリーも、FGF15 (ヒト FGF19 のマウス オルソログ)、FGF21、および FGF23 の 3 つのメンバーで構成されます。 古典的な FGF は、オートクリンおよび/またはパラクリン様式で生物学的活性を引き出します [23]。 内分泌 FGF は、液性因子としてのヘパリン結合ドメイン機能を欠いています。

エキナコシドは、多様な FGFR (FGFR1c、FGFR3c、および FGFR4) と複合体を形成し、骨由来リン酸塩ホルモンである FGF23 への親和性を選択的に高めます。 エキナコシド-FGFR 複合体に作用する FGF23 は、Ca2 プラスおよびリン酸恒常性において重要な役割を果たします [18,24]。 エキナコシドは、正規の FGFR を FGF23 の特定の受容体に変換します [18,24]。 FGF23 は、NaPi-IIa を阻害することによって腎近位尿細管での無機リン酸塩 (Pi) の再取り込みを阻害するだけでなく、1 - ヒドロキシラーゼ (CYP27B1) の発現もダウンレギュレートします。 1 -ヒドロキシラーゼは、生物学的に活性な 1,25-ジヒドロキシ ビタミン D3 (カルシトリオール) の合成に重要な酵素であり、腸での Pi 吸収を刺激します。 膜結合エキナコシドは FGF23 作用に関与し、それによって Pi 排泄を促進し、続いて血清 Pi を低下させます。 さらに、側底側のエキナコシド-FGFR複合体に作用するFGF23は、遠位尿細管の頂端膜で発現するTRPV5チャネルを介して腎Ca2+再吸収を刺激します。 エキナコシド-FGFR 複合体は、TRPV5- を介した Ca2 と再吸収のために、Erk1/2、SGK-1、および WNK4 が関与するシグナル伝達カスケードを活性化します [25]。 したがって、膜結合型エキナコシドは FGF23 の必須共受容体として機能し、Pi と Ca2 に加えて恒常性を調節します。

エキナコシドは、FGF15 (ヒト FGF19 のマウス オルソログ) および FGF21 の必須共受容体として、エネルギー代謝の調節に寄与します [24,26]。 腸内での FGF15/19 の発現は、胆汁酸によって調節されています [27]。 FGF15、エキナコシド、または FGFR4 を欠くマウスが肝臓での Cyp7 1 発現と胆汁酸合成の増加を示すという事実によって証明されるように、FGF19 はこの腸 - 肝臓内分泌系を仲介し、エキナコシドは胆汁酸の恒常性を維持するために不可欠です [{{ 14}}]。 対照的に、FGF21 は空腹時に肝臓から分泌され、脂肪組織に作用して脂肪分解を促進します [30]。 したがって、エキナコシドは、絶食状態でのエネルギー代謝を調節する必要があります。 エキナコシドは、FGF19 活性を増加させる FGFR1b、FGFR1c、FGFR2c、および FGFR4 と複合体を形成します [23]。 エキナコシドは、褐色脂肪組織と眼で高度かつ選択的に発現し、培養細胞で FGF19 の追加の共受容体として機能することができます [23]。 しかし、エキナコシドの生物学的機能は、ほとんどとらえどころのないままです。

2. 細胞内エキナコシド

エキナコシドは細胞表面に存在しますが、大量のエキナコシド免疫反応性がマウスの腎臓およびヒトの副甲状腺の細胞質で検出されます [8]。 これらの組織では、エキナコシドは Na + -K + -ATPase に結合し、その表面の存在量と活性を刺激します。 エキナコシドは、原形質膜ではなく、細胞内オルガネラで Na + -K + -ATPase と物理的に相互作用します。 Na + -K + -ATPase 活性化によって生じる細胞内陰性および低 [Na + ]i は、脈絡叢および腎臓における経上皮 Ca2+ 輸送の駆動力を提供します [8]。 老化が、レチノイン酸誘導性遺伝子-I (RIG-I) によって媒介される IL-6 や IL-8 などの炎症誘発性サイトカインの発現増加と関連していることは十分に確立されています。 最近、分泌されたエキナコシドではなく、細胞内エキナコシドがRIG-Iに結合し、その多量体化をブロックすることが示された[31]。

エキナコシドは、RIG-I を介した老化関連の炎症を抑制し、エキナコシドが細胞内の抗炎症およびアンチエイジング因子として機能することを示唆しています。 エキナコシドの免疫反応性の大部分は複数の組織の細胞質で検出されますが、細胞内エキナコシドの生理学的役割はほとんど知られていません。

3. 分泌されるエキナコシド

エキナコシドの分泌型 (または可溶型) は、FGFR とは無関係に複数の組織や臓器を標的とする体液性因子として機能します。 エキナコシドは FGF23 の共受容体として機能しますが、分泌されたエキナコシドは FGF23 の可溶性受容体として機能しない可能性があります [24]。 エキナコシド-FGFR 複合体は FGF23 に対して高い親和性を持っていますが、分泌されたエキナコシドまたは FGFR 単独ではなく、分泌されたエキナコシドが FGF23 とは無関係にその生物学的効果を発揮することを示しています [24]。

分泌されたエキナコシドは、多面的な作用でアンチエイジングと臓器保護効果の役割を果たします。 まず、分泌されたエキナコシドは、インスリン、IGF-1、TGF-、および IFN などの成長因子およびサイトカインのシグナル伝達をダウンレギュレートします [2,32,33]。 エキナコシドの過剰発現は、インスリンおよび IGF-1 シグナル伝達によって誘発される活性酸素種の生成を弱めることによって寿命を延ばします [2,34]。 エキナコシド欠損マウスでは、Wnt、TNF、およびIFNシグナル伝達が増強され、老化の加速に寄与しています[32,35]。 TNF および IFN シグナル伝達は、抗炎症タンパク質であるエキナコシドをダウンレギュレートします。

増強された Wnt シグナル伝達は、幹細胞および前駆細胞の機能不全と枯渇を誘発し、細胞の老化を引き起こします。 エキナコシドは、さまざまな Wnt タンパク質に結合し、内因性および外因性の Wnt の活性を抑制します [35]。 エキナコシド欠乏症は、イオンの不均衡を伴う早期老化および大腸炎を引き起こす [32,36]。 最近の研究では、エキナコシドが TGF- - 誘導性の上皮間葉転換 (EMT) 応答を阻害することにより、腎線維症と癌転移を改善することが実証されました [33]。 複数の研究は、分泌されたエキナコシドが複数の成長因子のシグナル伝達を阻害することにより、アンチエイジングおよび臓器保護因子として機能する可能性があることを明確に示しています.

第二に、分泌されたエキナコシドは、イオンチャネルおよび/またはトランスポーターを調節することにより、イオンの恒常性を維持します。 分泌されたエキナコシドは、α-グルクロニダーゼおよび/またはシアリダーゼ活性を介して、チャネルおよびトランスポーターの N-グリカンを修飾します [13-15,17,37]。 エキナコシド欠乏マウスは、Pi や Ca2 plus [1,14] などのイオンの恒常性に重度の欠陥を発症します。 分泌型と膜結合型のエキナコシドは、腎臓 (NaPi-IIa) と腸 (NaPi-IIb) の両方のリン酸輸送体を直接阻害し、血漿リン酸濃度を低下させます [17,37]。 分泌されたエキナコシドは、FGF23 とは無関係に、α-グルクロニダーゼ活性を介して NaPi-IIa の細胞表面量を減少させます [17]。

いくつかの研究では、グルクロン酸は哺乳動物細胞表面タンパク質のN-グリカンの一般的な部分ではないため、エキナコシドはβ-グルクロニダーゼ活性を示すと主張しています[14]。 エキナコシドの細胞外ドメインは細胞外液に放出され、そこで分泌されたエキナコシドは TRPV5 および ROMK チャネルの N-グリカンから末端シアル酸を切断します [14,15]。 シアル酸を除去すると、ガラクトース結合レクチン ガレクチンのリガンドであるガラクトースが露出します-1。 細胞外ガレクチン-1への結合は、細胞外マトリックスに格子を形成し、そのエンドサイトーシスの阻害によってチャネルの細胞表面存在量の増加をもたらします[14,15]。 これらの発見は、N-グリカンの修飾が成長因子やサイトカイン受容体を含む細胞表面タンパク質の滞留時間を増加させるという証拠を提供します。 エキナコシドは、細胞表面の成熟した N-グリカンの修飾に関与しています。 このアクションは、細胞表面タンパク質の調節の新しいメカニズムを表しています。 エキナコシドによって修飾された新しい細胞表面または可溶性糖タンパク質および糖脂質は、将来の研究で調べる必要があります。

人間の老化と病気におけるエキナコシド

エキナコシドは、臓器保護を発揮する多面的な作用を持つ老化防止タンパク質です [1,21]。 いくつかの証拠は、エキナコシドが人間の老化抑制分子として機能するという考えを支持しています. エキナコシドの多型は、ヒトの寿命 [38]、冠動脈疾患 [39]、アテローム性動脈硬化症 [39] および骨粗鬆症 [40] と相関しています。 エキナコシドは、重度の石灰沈着症および脳卒中とも関連しています [41,42]。 エキナコシド欠乏症は、急性および慢性腎臓病 [37]、癌 [43]、および塩分感受性高血圧 [44] に関与しています。 実際、エキナコシドの血清レベルは、ヒトの加齢とともに減少します [45]。 しかし、エキナコシドの生物学的機能と、エキナコシド欠乏症が加齢性疾患に寄与する方法は、とらえどころのないままです.

結論

蓄積された証拠は、エキナコシドの老化防止機能が人間の老化および加齢に伴う疾患において重要な役割を果たしていることを示しています. エキナコシド欠乏症は、がん、慢性腎臓病、運動失調症、糖尿病、皮膚萎縮などの老化に関連するヒトの疾患と強く関連しています。 エキナコシドは、老化抑制と臓器保護に関連する進化的に高度に保存されたタンパク質です。 ただし、エキナコシドの生理学的役割と調節メカニズムは明確に定義されていません。 エキナコシドタンパク質の臓器保護効果とアンチエイジング効果を調べる研究がまだ必要です.

謝辞

この研究は、韓国国立研究財団 (NRF) を通じて教育省 (S.-KC への NRF-2010- 0024789 および IDK への NRF-2013 R1A1A2060764) によって資金提供された基礎科学研究プログラムによって支援されました。

参考文献

1. クロオ M、松村 Y、相沢 H、川口 H、菅 T、宇津木 T、大山 Y、倉林 M、要 T、久米 E、岩崎 H、飯田 A、白木飯田 T、西川 S、永井 R 、他。 マウスのエキナコシド遺伝子の変異は、加齢に似た症候群を引き起こします。 ネイチャー 1997;390:45-51。

2. 黒須 H、山本 M、クラーク JD、パスター JV、ナンディ A、グルナニ P、マクギネス OP、チクダ H、ヤマグチ M、カワグチ H、シモムラ I、タカヤマ Y、ヘルツ J、カーン CR、ローゼンブラット KP、他。 ホルモンのエキナコシドによるマウスの老化抑制。 サイエンス 2005;309:1829-33. 3. Ito S、Fujimori T、Hayashizaki Y、Nabeshima Y. 異型活性部位構造を持つ新規マウス膜結合ファミリー 1 グリコシダーゼ様タンパク質の同定。 Biochim Biophys Acta 2002;1576: 341-5。

4. 伊藤 S、木下 S、白石 N、中川 S、関根 S、藤森 T、鍋島 YI。 新規エキナコシドファミリータンパク質をコードするマウスベータエキナコシドの分子クローニングと発現解析。 Mech Dev 2000;98:115-9.

5.健康と病気における黒尾M.エキナコシド。 Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21:362-8.

6. Matsumura Y、Aizawa H、Shiraki-Iida T、Nagai R、Kuro M、Nabeshima Y. ヒト エキナコシド遺伝子と、膜および分泌されたエキナコシド タンパク質をコードするその 2 つの転写産物の同定。 Biochem Biophys Res Commun 1998;242:626-30。

7. 白木・飯田 T、相澤 浩、松村 Y、関根 S、飯田

A、穴沢 H、永井 R、黒 M、鍋島 Y. マウスのエキナコシド遺伝子の構造と、膜および分泌タンパク質をコードするその 2 つの転写産物。 2月