トロポニンの遺伝性心筋症型変異が筋原繊維の機能に及ぼす影響

Effects of the cardiomyopathy type mutations of troponin on the ATPase activity and Ca sensitization in the myofibrils

松本 富美子; 前田 佳代*; 似内 靖*; 小田 俊郎*; 前田 雄一郎*; 藤原 悟

Matsumoto, Fumiko; Maeda, Kayo*; Nitanai, Yasushi*; Oda, Toshiro*; Maeda, Yuichiro*; Fujiwara, Satoru

遺伝性心筋症(HMC)は心臓の収縮機能やカルシウム調節に異常をきたす疾患で、筋収縮調節を担う蛋白質であるトロポニン(Tn;TnT, TnI, TnCからなる複合体)の変異により生じることが報告されている。われわれはTnの変異により生じるHMCの発症原因を探るため、Tn結晶構造中でIT-armと呼ばれるコイルドコイル中に存在する2つの変異(TnT(E244D), TnT(K247R))に注目して研究を行った。これまで、TnT(E244D)変異は心筋のカルシウム感受性を変えることなく最大張力を増大させるという報告があるが、TnT(K247R)についての報告はまだない。われわれは、これらの部位に種々の変異を導入し(E244; D, M, A, K and K247; R, E, A)、それにより生じる筋原繊維の機能異常を系統的に調べた。その結果、われわれは、IT-arm中に存在する2つの心筋症型変異が、同様の機能異常を引き起こすことを明らかにした。さらにこれらの部位が、IT-armの柔軟性を決定付けさせるような非常に特徴的なアミノ酸ネットワークを形成していることを見いだした。発表では変異により生じると考えられるIT-armの柔軟性変化と機能異常との関連について述べ、HMCの原因について考察する。

Familial hypertrophic cardiomyopathy (HMC) has been reported to be caused by mutations in a regulatory protein, troponin (Tn). HMC is characterized by functional aberration on the force-pCa relationship. Only a few cardiomyopathy-causing mutations have been mapped on the coiled-coil region (IT-arm) in the Tn core domain. Here we focus on two mutations in the IT-arm, E244D and K247R of TnT. Whereas E244D has been reported to show an increase of the maximum level of ATPase activity, the functional consequence of K247R mutation has not been analyzed. In order to understand how these mutations cause functional aberrations, we measured ATPase activity of myofibrils containing various mutants of these residues (E244; D, M, A, K and K247; R, E, A). The maximum level of ATPase activity was found to increase in K247R, without changing the Ca ion sensitivity, as found in E244D. A close inspection of the crystal structure showed that the side chains of E244 and K247 form the triplet with that of E110 of TnI on the outside of the hydrophobic core of the coiled-coil. This triplet is thus likely to introduce flexibility into the IT-arm at this position. The mutations at the residues 244 and 247 could alter this flexibility. The results obtained here suggested that the proper flexibility of the IT-arm is important for the correct function of the myofibrils. The relationship between the IT-arm flexibility and functional aberration in the myofibril will be discussed.