γ-セクレターゼによるアルカデインの膜内切断のメカニズム

背景：アルカデインタンパク質（ALCS;ALCα、ALCβおよびALCγ）は、アルツハイマー病（Aβ）前駆体タンパク質（APP）と同様に、主にニューロンで発現しています。ALCとAPPの両方が、一次αまたはβ-セクレターゼによって切断され、膜関連C末端断片（CTF）を生成します。ALC CTFは、膜からの細胞内ドメインフラグメント（ALC ICD）の放出とともにP3-ALCペプチドを分泌するために、γ-セクレターゼによってさらに切断されます。APPの場合、APPCTFβは最初にεサイトで切断されて細胞内ドメインフラグメント（AICD）を放出するため、Aβが生成するγサイトが決定されます。初期εサイトは、Aβ40/43またはAβ42が生成されるかどうかを決定する最終γサイト位置を定義すると考えられています。ただし、ALC CTFの初期細胞内ε切断部位はALC ICDを生成し、最終γサイト位置が決定される分子メカニズムはALCSでは不明のままです。 方法論：ALCSとプレセニリン1（PS1、γ-セクレターゼの触媒単位）を発現するHEK293細胞とこれらの細胞の膜画分、C末端γ鎖蒸発部位を所有するp3-ALCの生成およびN末端を所有するALC ICDの生成ε切断部位は、MALDI-TOF/MSで分析されました。すべてのALCα、ALCβ、およびALCγの初期εサイト位置を決定し、最初に決定されたεサイト位置と最終γ切断位置との関係を分析しました。 結論：初期εサイトの位置は、ALCSの最終γ切断位置を常に決定するとは限りません。これはAPPとは異なります。ALCのε切断の人工的/非生理学的位置から追加のγ切断部位は生成されませんが、人工ε切断位置は生理学的γサイト位置の選択に影響を与える可能性があります。γ-セクレターゼ活性の変化は散発性アルツハイマー病の病因であると考えられているため、ALCはγ-セクレターゼによる基質の切断の変化を検出するために有用で敏感な基質です。酵素反応のための膜環境。

BACKGROUND: Alcadein proteins (Alcs; Alcα, Alcβand Alcγ) are predominantly expressed in neurons, as is Alzheimer's β-amyloid (Aβ) precursor protein (APP). Both Alcs and APP are cleaved by primary α- or β-secretase to generate membrane-associated C-terminal fragments (CTFs). Alc CTFs are further cleaved by γ-secretase to secrete p3-Alc peptide along with the release of intracellular domain fragment (Alc ICD) from the membrane. In the case of APP, APP CTFβ is initially cleaved at the ε-site to release the intracellular domain fragment (AICD) and consequently the γ-site is determined, by which Aβ generates. The initial ε-site is thought to define the final γ-site position, which determines whether Aβ40/43 or Aβ42 is generated. However, initial intracellular ε-cleavage sites of Alc CTF to generate Alc ICD and the molecular mechanism that final γ-site position is determined remains unclear in Alcs. METHODOLOGY: Using HEK293 cells expressing Alcs plus presenilin 1 (PS1, a catalytic unit of γ-secretase) and the membrane fractions of these cells, the generation of p3-Alc possessing C-terminal γ-cleavage site and Alc ICD possessing N-terminal ε-cleavage site were analysed with MALDI-TOF/MS. We determined the initial ε-site position of all Alcα, Alcβ and Alcγ, and analyzed the relationship between the initially determined ε-site position and the final γ-cleavage position. CONCLUSIONS: The initial ε-site position does not always determine the final γ-cleavage position in Alcs, which differed from APP. No additional γ-cleavage sites are generated from artificial/non-physiological positions of ε-cleavage for Alcs, while the artificial ε-cleavage positions can influence in selection of physiological γ-site positions. Because alteration of γ-secretase activity is thought to be a pathogenesis of sporadic Alzheimer's disease, Alcs are useful and sensitive substrate to detect the altered cleavage of substrates by γ-secretase, which may be induced by malfunction of γ-secretase itself or changes of membrane environment for enzymatic reaction.