デルマタン硫酸欠損マウス

デルマタン硫酸（DS）は、皮膚や腱、大動脈等の全身の様々な組織に分布する直鎖状の多糖類として知られ、プロテオグリカンの糖側鎖として細胞表面や細胞外マトリックスに存在している。DSはコンドロイチン硫酸（CS)と共通の結合領域である四糖（グルクロン酸β1-3ガラクトースβ1-3ガラクトースβ1-4キシロースβ1-O-）を介して、デコリンなどの特定のコアタンパク質のセリン残基に共有結合している。コンドロイチンは、グルクロン酸（GlcA）とN -アセチルガラクトサミン（GalNAc）の二糖単位が繰り返し重合した構造をもつ。デルマタンは、コンドロイチンのGlcAがDSエピメラーゼ（DSE）によって異性化したイズロン酸（IdoA）とGalNAcの二糖繰り返し骨格を基本とする。デルマタン4-O-硫酸基転移酵素1（D4ST1）によって、デルマタン中のGalNAcの4位のヒドロキシ基に硫酸基が転移することで、成熟したDSになる。DSEはコンドロイチンとデルマタン両方向の異性化を触媒しており、D4ST1が消失するとコンドロイチンからデルマタンへの進行はなくなり、デルマタンはコンドロイチンに変換される（図 1）。

D4ST1をコードするChst14遺伝子の欠損（Chst14 KO）マウスでは、組織中のDS消失が報告されている(1,2)。一方で、DSEにはDSE-like (DSEL)というアイソフォームが知られており、Dse遺伝子欠損マウスやDsel遺伝子欠損マウスでは、DS鎖中のIdoA残基の減少は認められるものの完全な消失には至らなかった(3,4)。Dse遺伝子とDsel遺伝子のダブルノックアウトマウスではDS鎖中のIdoA残基の消失を認めたものの周産期致死となり(5)、詳細な表現型解析が困難と考えられた。そこで本稿では、DS欠損マウスとしてこれまで解析が進められてきたChst14 KOマウスを取上げ、DSの欠損が個体に及ぼす影響について紹介する。

胎生期の解析では、Chst14 KOマウス胎仔の胎盤で虚血や壊死、胎盤絨毛の毛細血管基底膜の菲薄化などを認め、その多くが周産期に致死となった(6)。遺伝背景がC57BL/6のChst14 KOマウスは全てが胎生致死であるが(7)、BALB/cが遺伝背景の場合は全産仔の内8％の割合でChst14 KOマウスが得られ、遺伝背景による出生率の違いが認められた(8)。出生後のChst14 KOマウスは、周産期から1歳齢まで一貫して野生型と比べて低体重を示したが、寿命は変わらなかった(2,7)。Chst14 KOマウスの皮膚は力学的脆弱性(易断裂性)を呈し、H&E染色で真皮のコラーゲン線維束の不明瞭化や、透過型電子顕微鏡（TEM）でコラーゲン細線維の集合不全が認められた(1,7)。DSに含まれるIdoAは、CSに含まれるGlcAに比べてコンフォメーション的に柔軟であるとされる。そのため、CSのGlcAと隣接するGalNAcとの間の角度が比較的固定されているのに対して、DSのIdoAと隣接するGalNAcとの間の角度は比較的自由に変化することができるとされている(9)。硫酸化グリコサミノグリカン鎖に特異的な染色であるキュプロメロニックブルー染色を用いたTEMの観察では、コラーゲン細線維の外周に結合した糖鎖の構造が、リング状からロッド状に変形していることが明らかとなり、DS消失によりグリコサミノグリカン鎖の構造に変化が生じていることが明らかになった。また、皮膚の易断裂性等の表現型との関連から、グリコサミノグリカン鎖の構造変化は、細胞外マトリックスでのコラーゲン細線維の集合や組織強度に影響していると考えられた(1)。Chst14 KOマウスでは、尾や脊椎の変形が認められたことから、皮膚以外の結合組織においてもDS欠損による影響を受けることが報告されている(2,7)。また、筋組織に関する検討では、Chst14 KOマウスはミオパシー様の病理所見を呈し、握力や筋持久力の低下を認めた(2)。大腿神経損傷モデルでは、神経の機能的回復と軸索再生が野生型に比べてChst14 KOマウスで促進された(7)。Chst14 KOマウスでは脳重量は野生型と差がなかったが、空間学習と記憶能力の低下を示した(10)。

以上の報告から、DSは毛細血管基底膜の構造維持や、皮膚のコラーゲン細線維の集合を助け、組織の構造や強度に重要であることが明らかになってきた。また、組織の構造や強度に関する機能以外にも、骨格筋や脳神経系機能に対するDSの役割も報告されており、今後の詳細な解析が望まれる。さらに、ヒトでは、CHST14やDSEの変異が筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群（mcEDS）の原因として知られていることから(11)（デルマタン硫酸生合成酵素の欠損による遺伝性疾患：筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群の項参照）>、Chst14 KOマウスはmcEDSの疾患モデル動物としても期待される。

図 1. CSとDSの硫酸化と異性化に関わる酵素とChst14 KOマウスにおける表現型 CSは、コンドロイチン中のGalNAc残基の4位または6位のヒドロキシ基が、コンドロイチン4-O-硫酸基転移酵素1（C4ST1）やコンドロイチン6-O-硫酸基転移酵素1（C6ST1）によって硫酸化されることで合成される。一方で、コンドロイチンのGlcA残基がDSEによってIdoAに異性化されるとデルマタンになり、デルマタンのGalNAc残基の4位のヒドロキシ基がD4ST1によって硫酸化されることでDSが合成される。Chst14遺伝子の欠損や変異によってD4ST1の活性が消失すると、図右側に示したような表現型を示す。

吉沢　隆浩（信州大学基盤研究支援センター）