ジスルフィド結合を有するアミリンのアミノ酸配列とインスリン分解酵素の切断部位を矢印で示す アミリン 、または膵島アミロイドポリペプチド (IAPP )は、37残基からなるペプチドホルモン です。[ 5 ] 膵β細胞から インスリン と約100:1(インスリン:アミリン)の比率で 分泌されます。アミリンは、胃内容排出を遅らせ、満腹感を促進することで血糖値を調節し、 食後 血糖値の急上昇を防ぎます。
IAPPは89残基のコード配列 から処理される。 プロ膵島アミロイドポリペプチド (プロIAPP、プロアミリン、プロ膵島タンパク質)は、膵臓β細胞 (β細胞)で67アミノ酸、7404ダルトンのプロペプチドとして産生され、プロテアーゼによる切断などの翻訳後修飾 を受けてアミリンが生成される。[ 6 ]
合成 ProIAPPは67個のアミノ酸 から構成され、22個のアミノ酸からなるシグナルペプチド がそれに続きます。シグナルペプチドは、89個のアミノ酸からなるコード配列の翻訳後、速やかに切断されます。ヒトにおける配列(N末端から C末端 まで)は以下のとおりです。
(MGILKLQVFLIVLSVALNHLKA) TPIESHQVEKR ^ KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTYG ^ KR ^ NAVEVLKREPLNYLPL. [ 6 ] [ 7 ] シグナルペプチドは、タンパク質の翻訳と小胞体への輸送中に除去されます。小胞体に入ると、システイン 残基2と7の間にジスルフィド 結合が形成されます。[ 8 ] 分泌経路の後半では、前駆体はさらにタンパク質分解 と翻訳後修飾を受けます( ^ で表示 ) 。 プロタンパク質変換酵素2 (PC2)によってN末端から11個のアミノ酸が除去され、プロタンパク質変換酵素1/3(PC1/3)によってproIAPP分子のC末端から16個のアミノ酸が除去されます。[ 9 ] C末端では、カルボキシペプチダーゼE が末端のリジン とアルギニン 残基を除去する。[ 10 ] この切断によって生じた末端グリシンアミノ酸は 、ペプチジルグリシンα-アミド化モノオキシゲナーゼ (PAM)酵素によって末端グリシンをアミン 基に変換し(グリコール酸を放出する)、前駆体タンパク質proIAPPから生物学的に活性なIAPP(アミリン)への変換が完了する(IAPP配列:KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTY-NH2)。[ 6 ]
規制 IAPPとインスリンはともに膵臓β細胞によって産生されるため、β細胞機能の低下( 脂肪毒性 と糖毒性による)はインスリンとIAPPの産生と放出の両方に影響を与える。[ 11 ]
インスリンとIAPPは共通の調節プロモーター モチーフを共有しているため、同様の因子によって調節されている。[ 12 ] IAPPプロモーターは、腫瘍壊死因子アルファ [ 13 ] や脂肪酸[ 14 ]など 、インスリンに影響を与えない刺激によっても活性化される。2型糖尿病 の特徴の1つはインスリン抵抗性 である。これは、体がインスリンを効果的に利用できない状態であり、インスリン産生が増加する。プロインスリン とプロIAPPは共分泌されるため、プロIAPPの産生も増加する。IAPPの調節についてはほとんどわかっていないが、インスリンとの関連は、インスリンに影響を与える調節メカニズムがIAPPにも影響を与えることを示唆している。したがって、血糖 値はプロIAPP合成の調節に重要な役割を果たしている。
関数 アミリンは膵臓の内分泌 系 の一部として機能し、血糖コントロール に寄与します。このペプチドは膵島から血液循環中に分泌され、腎臓のペプチダーゼによって除去されます。尿中には存在しません。
アミリンの代謝機能は、血漿中の栄養素(特にグルコース)の出現を抑制することでよく知られています。[ 15 ] そのため、アミリンは食事に反応して膵β細胞からインスリン と共に分泌され、インスリンと相乗的に作用します。全体的な効果は、食後の血糖の出現速度(Ra)を遅くすることです。これは、胃内容排出の協調的な遅延、消化液分泌(胃酸、膵酵素、胆汁の排出)の抑制、そして結果として生じる食物摂取量の減少によって達成されます。血中の新たなグルコースの出現は、糖新生ホルモンであるグルカゴンの分泌を阻害することで抑制されます。これら の作用は主に脳幹のグルコース感受性部位である最後野 を介して行われますが、低血糖時には抑制される可能性があります。これらの作用は総合的にインスリンの総需要を減少させます。[ 16 ]
アミリンは、関連ペプチドであるカルシトニン やカルシトニン遺伝子関連ペプチド とともに骨代謝にも作用します。[ 15 ]
げっ歯類のアミリンノックアウト では、摂食後に通常見られる食欲減退は 見られません。アミリンは多くの神経ペプチド と同様にアミド化ペプチドであるため、食欲への影響の原因であると考えられています。
構造 ヒト型のIAPPは、KCNTATCATQRLANFLVHSSNNFGAILSSTNVGSNTYというアミノ酸配列を持ち、システイン残基2と7の間にジスルフィド結合があります。アミリンの完全な生物学的活性には、アミド化されたC末端とジスルフィド結合の両方が必要です。[ 8 ] IAPPは、 in vitroでアミロイド 線維 を形成できます。線維化反応では、初期の線維前構造がβ細胞と膵島細胞培養に対して非常に有毒です。[ 8 ] 後期のアミロイド 線維構造も細胞培養に対して何らかの細胞毒性効果を持つようです。研究では、線維が最終産物であり、一般にアミロイドタンパク質/ペプチドの中で最も毒性が強い形態であるとは限らないことが示されている。非線維形成ペプチド(ヒトアミリンの1〜19残基)は完全長ペプチドと同様に毒性がありますが、ラットアミリンの対応するセグメントは毒性がありません。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 固体NMR分光法によっても、ヒトアミリンのフラグメント20-29が膜を断片化することが実証されています。[ 20 ] ラットとマウスには、アミロイド線維の形成を防ぐと考えられている6つの置換(そのうち3つは、位置25、28、および29のプロリン置換)がありますが、 in vitroでの アミロイド線維形成の傾向からわかるように、完全には防げません。[ 21 ] [ 22 ] ラットIAPPは、トランスジェニックげっ歯類で過剰発現した場合、β細胞に対して無毒です。
歴史 アミリン沈着が糖尿病 と関連付けられる以前、1901年には既に科学者たちが「膵島硝子化」という現象を記述しており、これは糖尿病の一部の症例で見られる現象であった。[ 23 ] [ 24 ] この現象の徹底的な研究が可能になったのはずっと後のことである。1986年には、インスリン産生腫瘍 から凝集体の分離に成功し、IAP(インスリン産生腫瘍Aミロイドペプチド)と呼ばれるタンパク質の特性 が明らかに なり、 糖尿病患者の膵臓からアミロイドが 単離されたが、単離された物質だけでは完全な特性評価には不十分であった。[ 25 ] これは、1986年の研究を継続していた2つの研究チームによって、わずか1年後に達成された。[ 26 ] [ 27 ]
臨床的意義 プロIAPPは、2型糖尿病および膵島β細胞の減少と関連付けられている[ 28 ] 。プロIAPPの凝集によって引き起こされる 膵島アミロイド 形成は、膵島β細胞の進行性減少に寄与している可能性がある。プロIAPPは、IAPPが凝集してアミロイドを形成する最初の顆粒を形成し、それがβ細胞の アミロイド誘導性アポトーシス につながると考えられている。
IAPPはインスリンと共分泌されます。2型糖尿病におけるインスリン抵抗性は、インスリン産生の需要増加を招き、結果としてプロインスリンの分泌を引き起こします。[ 29 ] プロIAPPも同時に分泌されますが、これらの前駆体分子をそれぞれインスリンとIAPPに変換する酵素は、高レベルの分泌に対応できず、最終的にプロIAPPの蓄積につながります。
特に、N末端切断部位で起こるプロIAPPのプロセシング障害は、アミロイド形成の開始における重要な因子である。[ 29 ] プロIAPPの翻訳後修飾はカルボキシ末端とアミノ末端の両方で起こるが、アミノ末端のプロセシングは分泌経路 の後期に起こる。これが、分泌の需要が高い条件下ではプロセシング障害の影響を受けやすい理由の一つである可能性がある。[ 10 ] そのため、2型糖尿病の症状(高血糖とインスリンおよびIAPPの分泌需要の増加)は、プロIAPPのN末端プロセシング障害につながる可能性がある。プロセシングされていないプロIAPPは、IAPPが蓄積してアミロイドを形成する核 として機能する。[ 30 ]
アミロイド形成は、膵島β細胞におけるアポトーシス(プログラム細胞死)の主要なメディエーターである可能性がある。 [ 30 ] 最初に、プロIAPPは細胞内の分泌小胞内に凝集する。プロIAPPは種子として働き、成熟したIAPPを小胞内に集め、細胞内アミロイドを形成する。小胞が放出されると、アミロイドは細胞外からさらに多くのIAPPを集めながら増殖する。全体的な効果は、β細胞へのイオンの流入によって引き起こされるアポトーシスカスケードである。
アミロイド形成の一般的な図 要約すると、プロIAPPのN末端プロセシング障害は、アミロイド形成とβ細胞死を引き起こす重要な因子である。これらのアミロイド沈着は、 2型糖尿病における膵臓 の病理学的特徴である。しかし、アミロイド形成が2型糖尿病に関与しているのか、それとも単に2型糖尿病の結果なのかは依然として不明である。[ 29 ] とはいえ、アミロイド形成が2型糖尿病患者のβ細胞の機能を低下させることは明らかである。このことは、プロIAPPのプロセシングを修復することがβ細胞死の予防に役立つ可能性を示唆しており、2型糖尿病の潜在的な治療法として希望を与えている。
膵島アミロイドポリペプチド(IAPP、またはアミリン)由来のアミロイド沈着物は、2型糖尿病 患者、またはインスリノーマ癌患者の 膵島 によく見られます。アミリンと2型糖尿病の発症との関連は以前から知られていましたが、その直接的な原因を明らかにすることは困難でした。いくつかの研究では、アミリンは、アルツハイマー病に関連する βアミロイド (Aβ)と同様に、インスリン 産生β細胞 においてアポトーシス性細胞死を 誘導する可能性があることが示唆されており、この影響は2型糖尿病の発症に関連している可能性があります。[ 31 ]
2008年の研究では、食事誘発性肥満ラットにレプチンとアミリンを併用投与することで、視床下部のレプチンに対する感受性を回復させ、体重減少に相乗効果があることが報告された。 [ 32 ] しかし、臨床試験では、以前に完了した臨床試験でメトレレプチンの薬を服用した2人の患者で、抗体活性に関する問題がメトレレプチン の体重減少効果を中和した可能性があるため、2011年に第2相で研究が中止された。この研究では、ヒトホルモンレプチンの亜種であるメトレレプチンと、アミリンの糖尿病薬シムリンであるプラムリンチドを単一の肥満治療薬として組み合わせた。[ 33 ] プロテオミクス研究により、ヒトアミリンはベータアミロイド (Abeta)と共通の毒性標的を共有することが示され、2型糖尿病とアルツハイマー病は共通の毒性メカニズムを共有していることが示唆された。[ 34 ]
薬理学 ヒトアミリンの25、26、29番目のプロリン置換体であるプラムリンチド(商品名:Symlin )は、2005年に1型糖尿病 および2型糖尿病 の成人患者への使用が承認されました。インスリンとプラムリンチドは別々に、しかし食前に両方を注射することで、食後血糖値の変動を抑制します。[ 35 ]
アミリンはインスリン分解酵素 によって部分的に分解される。[ 36 ] [ 37 ] アミリンのもう一つの長時間作用型類似体は、ノボ ノルディスク社が開発中のカグリリンチド (現在、セマグルチドと配合した週1回の皮下注射剤で、提案ブランド名カグリセマ で第3相試験中)であり、II型糖尿病と肥満の治療薬として使用されている。
受容体 アミリンが 高親和性で結合する受容体複合体は少なくとも3つ存在すると考えられています。これら3つの複合体はいずれも、カルシトニン受容体を 核として、さらに3つの受容体活性修飾タンパク質 (RAMP1 、RAMP2 、RAMP3 )のいずれか1つを含んでいます。[ 38 ]
参照
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