CTSA

beta-galactosidase 2
beta-galactosidase protective protein
GSL
PPCA
PPGB
PPGB_HUMAN
CATHA
BETA-GALACTOSIDASE PROTECTIVE PROTEIN; PPGB
PROTECTIVE PROTEIN/CATHEPSIN A; PPCA
CARBOXYPEPTIDASE L
BETA-GALACTOSIDASE 2; GLB2
protective protein for beta-galactosidase (galactosialidosis)
carboxypeptidase C
lysosomal protective protein
carboxypeptidase-L
carboxypeptidase Y-like kininase
deamidase
lysosomal carboxypeptidase A
urinary kininase

カテプシンAは、デアミダーゼ、エステラーゼ、カルボキシペプチダーゼの活性を持つ多機能酵素で、P1-プライム位に疎水性アミノ酸残基を持つ基質を好む性質があります。この酵素は体内で広く発現しており、ライソソーム内の多酵素複合体の一部を形成します。カテプシンAはCTSA（カテプシンAの遺伝子名）としても知られ、ライソソーム内でのβ-ガラクトシダーゼ（GLB1; 611458）の安定化およびノイラミニダーゼ（NEU1; 608272）の活性化に必要です。

この酵素の保護機能により、ライソソーム内での正確なタンパク質の分解と代謝が可能になり、細胞の健康と機能維持に寄与します。特に、β-ガラクトシダーゼとノイラミニダーゼは糖タンパク質や糖脂質の分解に関与する重要な酵素であり、これらの活性化や安定化は細胞の物質代謝プロセスにおいて中心的な役割を果たします。

カテプシンAの活性不足や不在は、これらのライソソーム酵素の機能障害を引き起こし、結果としてガラクトシダーゼやノイラミニダーゼの活性不足による細胞レベルでの代謝異常やライソソーム貯蔵病を引き起こす可能性があります。Seyrantepe et al.（2008年）による研究は、カテプシンAのこれらの重要な生物学的機能と、ライソソーム酵素の安定化および活性化メカニズムへの貢献に関する洞察を提供しています。

カテプシンAはリソソーム内で活性を示す酵素であり、プロテアーゼとしての機能と保護タンパク質としての二重の役割を持ちます。プロテアーゼとして、カテプシンAは他のタンパク質を切断して分解し、細胞が不要になった物質を消化し、リサイクルするプロセスに貢献します。また、カテプシンAは特定の酵素、特に糖タンパク質や糖脂質に結合した糖分子（オリゴ糖）の分解に関与するβ-ガラクトシダーゼやノイラミニダーゼ1の保護タンパク質としても機能します。この保護機能により、これらの酵素が早期に分解されるのを防ぎ、細胞の正常な機能を支えます。

細胞表面では、カテプシンAはノイラミニダーゼ1およびエラスチン結合タンパク質と複合体を形成し、エラスチン結合タンパク質レセプター複合体を構成します。この複合体は、結合組織の成分である弾性線維の形成に関与し、身体の骨格構造の一部を支える役割を果たします。カテプシンAのこれらの機能は、細胞の代謝活動と組織の整合性維持に不可欠であり、生物学的プロセスにおいて重要な位置を占めています。

Galactosialidosis ガラクトシアリドーシス　　256540 AR　3　

Galjartら（1988年）による研究では、ヒトのCTSA（カテプシンA）の前駆体をコードするcDNAが単離され、このタンパク質を「保護タンパク質」と名付けました。この推定480アミノ酸からなる前駆体タンパク質は、28アミノ酸のN末端シグナル配列を持ち、その後に298アミノ酸と154アミノ酸の2つのドメインが続きます。これらはそれぞれ、成熟タンパク質の32kDと20kDのサブユニットを形成します。成熟タンパク質は、これらのサブユニットがジスルフィド結合により結合したヘテロ二量体です。N-グリコシル化部位は、各サブユニットのasn117とasn305（シグナル配列を除いた番号）に位置しており、タンパク質の成熟前にグリコシル化されると考えられています。ノーザンブロット分析では、正常ヒト線維芽細胞で約2kbのCTSA mRNAが検出されました。

Morreauら（1992年）の研究では、保護タンパク質の32kDサブユニットに位置するasn117が、分子をリソソームに標的化するために必要なマンノース-6-リン酸を獲得することが明らかにされました。トランスフェクトされたCOS-1細胞を免疫電子顕微鏡で観察した結果、保護タンパク質とβ-ガラクトシダーゼがリソソーム内で共局在していることが確認されました。これらの発見は、保護タンパク質の構造と機能、特にリソソーム内での役割に関して重要な洞察を提供しています。

Muellerらによる1984年と1986年の研究では、体細胞マッピング法と遺伝的相補性解析を使用して、ヒトのノイラミニダーゼの発現に必要な2つの遺伝子のマッピングを行いました。その結果、構造遺伝子が染色体10に、32キロダルトン（kD）の糖タンパク質遺伝子（CTSA）が染色体20に位置することが示されました。

Sipsらによる1985年の研究では、β-ガラクトシダーゼの構造遺伝子が染色体3に位置し、β-ガラクトシダーゼ保護タンパク質が染色体22に位置すると結論づけられました。しかし、Wiegantらによる1991年のin situハイブリダイゼーション研究によって、ヒトの保護タンパク質遺伝子（PPGB）が染色体20q13.1に位置することが発見され、これは全染色体DNAライブラリーとのハイブリダイゼーションによって確認されました。この研究はまた、PPGB遺伝子がガラクトシアリドーシスの遺伝子突然変異体であるというMuellerらの観察を確認しました。

Rothschildらによる1993年の研究では、染色体20qのq12-q13.1領域にあるPPGBと他の遺伝子座に関連する新しいジヌクレオチド反復多型が同定され、マッピングされました。PPGBマーカーはD20S17と密接に連鎖しており、非常に高い2点Lodスコアを示しました。

最後に、Williamsonらによる1994年の研究では、マウスのPpgb遺伝子がヒトの20番染色体に保存された領域と同一のマウス2番染色体の遠位領域にマッピングされました。この研究では、Ppgb遺伝子周辺の親の刷り込み現象についても調査され、マウスではPpgb遺伝子が刷り込まれないことが示されました。

これらの研究は、遺伝子のマッピングや遺伝的機能に関する基本的な理解を深める重要な貢献をしています。

Galjartら（1988）による研究では、正常細胞で2kbのmRNAを認識する保護タンパク質のcDNAが明らかにされましたが、この現象は初期乳児ガラクトシアリドーシス患者の線維芽細胞では観察されませんでした。これは、特定の病態において保護タンパク質の発現が影響を受ける可能性を示しています。

Strisciuglioら（1988）は、免疫沈降実験を用いて、後期小児ガラクトシアリドーシスの線維芽細胞で32kDの保護タンパク質が減少していること、そしてその前駆体は正常であることを発見しました。しかし、初期小児や若年/成人線維芽細胞では、これらのポリペプチドが検出されませんでした。これは、疾患の進行により保護タンパク質の処理や機能が異なる可能性があることを示唆しています。

Kaseら（1990）は、日本人ガラクトシアリドーシス患者7名でエステラーゼ、デアミダーゼ、カルボキシペプチダーゼの活性が著しく低いか欠損していることを発見しました。ヒト血小板から精製されたこれらの酵素活性が保護タンパク質と一致したことから、保護タンパク質が多機能である可能性が示唆されました。

Galjartら（1991）は、保護タンパク質がカテプシンAと同一であることを複数の基準を用いて証明しました。活性部位の変異はカテプシンA様活性を失わせましたが、細胞内でのルーティング、プロセッシング、分泌には影響しませんでした。これは、カテプシンAの触媒活性と保護機能が別の機能であることを示しています。

Morreauら（1992）は、変異保護タンパク質cDNAを用いて、これらの変異が小胞体（ER）での保護タンパク質の異常な蓄積を引き起こし、それにより正常な分子のルーティングを妨げることを発見しました。

Cuervoら（2003）による研究では、Ppca（カテプシンA）がリソソーム膜においてLAMP2Aの分解を担うこと、そしてPpcaの減少がLAMP2Aのレベル上昇につながり、シャペロン介在オートファジー（CMA）の活性化を促進することが示されました。

Kleijerら（1996）は、ガラクトシアリドーシス患者のカテプシンA活性を調査し、早期乳児型患者ではほとんど活性が認められなかった一方で、遅発性乳児型や若年/成人型患者では活性が残存していることを発見しました。これは、病態の重症度とカテプシンA活性のレベルに関連があることを示唆しています。

これらの研究は、ガラクトシアリドーシスと関連する保護タンパク質（カテプシンA）の複雑な機能と疾患発生メカニズムを理解する上で重要な貢献をしています。

高野ら（1991）の研究では、日本人ガラクトシアリドーシス患者19例（15家系）についての臨床的および分子生物学的解析が行われました。その結果、新生児期に発症した重篤な症状を持つ患者は2例のみであり、残りの17例は遅発性の症例でした。これらの遅発性患者はすべて、CTLA遺伝子のスプライス部位に変異があり、エクソン7が欠失していることが明らかにされました。

Zhouら（1996）による別の研究では、異なる年齢で発症した8人のガラクトシアリドーシス患者が調査されました。全患者がPPCA mRNAを有していることが確認され、RT-PCR法を用いた全コード配列の増幅と塩基配列の決定を通じて、PPCA遺伝子の分子病変が同定されました。早期発症患者では、val104からmetへと変わる変異と、leu208からproへと変わる変異が新たに検出されました。一方、若年/成人発症患者は、ser23からtyrへの変異と、イントロン7のスプライス部位変異の複合ヘテロ接合体であることが判明しました。また、小児後期発症の患者は、phe412からvalへの変異またはtyr221からasnへの変異を持っており、これらはホモ接合体または複合ヘテロ接合体の状態で見られました。これらの変異は、幼児期後期の表現型の診断因子と考えられています。

さらに、Zhouらはガラクトシアリドーシスの臨床経過を決定する主な因子として、変異型PPCAのライソゾームレベルを挙げています。重症の幼児期発症患者では、PPCA前駆体のリン酸化とそれによるリソソームへの輸送を妨げる3つの新規変異が同定されました。これに対し、幼児後期発症患者では、少なくとも1つの対立遺伝子がリン酸化され、ライソゾームへ輸送されていました。また、met378からthrへの変異は、新しいasn結合グリコシル化部位を生成する点突然変異の最初の例として指摘され、変異体の適切なフォールディングとコンパートメント化に影響を与える付加されたオリゴ糖鎖の役割についても言及されました。

これらの研究は、ガラクトシアリドーシスにおける臨床的多様性と、その背後にある分子遺伝学的メカニズムの複雑さを示しています。変異の種類や位置によって、症状の発症時期や重症度が異なることが示されており、個々の患者に適した診断と治療戦略の開発に貢献する重要な情報を提供しています。

Seyrantepeらによる2008年の研究では、ser190-to-ala変異を持つ、触媒的に不活性なCathaタンパク質を発現するトランスジェニックマウスモデルが開発されました。この変異により、Cathaの活性が失われ、これを用いてCathaの生物学的役割を解析しました。トランスジェニックマウスは外見上正常であり、正常な寿命と繁殖能力を保持していましたが、腎臓、肝臓、肺でCathaの活性は検出されませんでした。これは変異体タンパク質がこれらの組織において機能していないことを示しています。

研究では、Neu1やβ-Galのような他の酵素の欠損は観察されませんでしたが、エラスチンに富む組織である皮膚や弾性動脈では弾性線維の顕著な減少が見られました。これは、肺においても肺胞嚢の異常な拡大と肺胞隔壁の薄化という形で顕著でした。これらの所見から、Cathaが弾性線維の形成と維持に重要な役割を果たしていることが示唆されます。

さらに、トランスジェニックマウスは拡張期および収縮期の血圧が上昇し、エンドセリン-1に対する反応性が変化していました。これはエンドセリン-1の分解速度が低下していることと関連していると考えられ、Cathaがエンドセリン-1の不活性化に関与していることを示唆しています。エンドセリン-1は血管収縮を促進するペプチドであり、その活性が適切に調節されないと血圧の異常が生じる可能性があります。

これらの結果から、SeyrantepeらはCathaがエンドセリン-1の不活性化酵素として機能し、さらに弾性線維の形成に必要であると結論づけました。この研究は、Cathaの生理的役割と疾患における潜在的な役割に新たな光を当てるものであり、特定の疾患の治療に向けた新しいアプローチの開発に貢献する可能性があります。

アレリックバリアント（15例）：

.0001 ガラクトシアリドーシス、乳児後期
CTSA, PH412VAL
ガラクトシアリドーシス（GSL; 256540）の後期乳児型に罹患した血縁関係のない2人の患者において、Zhouら（1991）は、保護タンパク質遺伝子の1324位のT-G変換を同定し、その結果、遺伝子産物においてフェニルアラニン-412（F412V）がバリンに置換されていることを明らかにした。この塩基置換を持つ保護タンパク質cDNAをCOS-1細胞で発現させると、カテプシンA様活性を欠く変異タンパク質が合成された。新しく作られた前駆体は部分的に小胞体に保持された。リソソームに運ばれた画分は、成熟した2鎖型にタンパク質分解処理された後、すぐに分解された。野生型タンパク質とは異なり、変異前駆体はホモ二量体を形成しなかった。患者はChitayatら(1988)とStrisciuglioら(1990)によって報告されており、それぞれカナダ人とイタリア人であった。症状は生後2年で始まったが、病気の進行は遅く、比較的軽度で、精神発達障害の徴候はなかった。

Zhouら(1996)は、この変異をホモ接合体または複合ヘテロ接合体の状態で発見し、この変異とtyr221-to-asn変異(Y221N; 613111.0008)を乳児後期発症の表現型の診断因子と考えた。F412V変異を持つ患者の障害は、Y221N変異を持つ患者よりも臨床的に重篤であった。

.0002 ガラクトシアリドーシス（成人
CTSA、IVS7DS、A-G、+3
Shimmotoら(1990)は成人ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)の日本人型の基礎としてCTSA遺伝子のスプライス変異を同定した。調査した5人の患者全員がこの突然変異のホモ接合体であった。

.0003 ガラクトシアリドーシス
CTSA, GLN49ARG
ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)の日本人小児において、Shimmotoら(1993)はCTSA遺伝子のエクソン2にAからGへの転移を同定し、gln49からargへの置換(Q49R)を生じた。この変異は、W65R (613111.0004)、S90L (613111.0005)、Y249N (613111.0007)変異と同様に、共通のイントロン7スプライス部位変異(613111.0002)との複合ヘテロ接合で見つかった。

.0004 ガラクトシアリドーシス
CTSA, TRP65ARG
ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)の日本人幼児において、Shimmotoら(1993)はCTSA遺伝子の突然変異の複合ヘテロ接合を発見した：エクソン2のヌクレオチド193におけるTからCへの転移により、trp65からarg(W65R)への置換が起こり、イントロン7のスプライス部位に突然変異がある(613111.0002)。

.0005 ガラクトシアリドーシス
CTSA, SER90LEU
日本人ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者において、Shimmotoら(1993)はCTSA遺伝子のエクソン3のヌクレオチド268と269のTCからCTへの変化によるSER90からLEUへの(S90L)アミノ酸置換を発見した。この変異は、共通のイントロン7スプライス部位変異（613111.0002）と複合ヘテロ接合であった。

.0006 ガラクトシアリドーシス
CTSA, TYR395CYS
Fukuharaら(1992)とShimmotoら(1993)は、ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)において、tyr395からcys(Y395C)へのアミノ酸置換をもたらすCTSA遺伝子の1184A-G転移を同定した。この変異はイントロン7共通スプライス部位変異(613111.0002)との複合ヘテロ接合で同定された。Shimmotoら(1993)は、酵素活性の発現を伴わないホモ接合性のY395C変異は、臨床的に重症のガラクトシアリドーシスに関連していると結論している；少量の正常なスプライスmRNAが産生されるスプライス部位変異と組み合わせると、Y395Cは中程度の重症度の表現型を引き起こす。

.0007 ガラクトシアリドーシス
CTSA, TYR249ASN
イントロン7スプライス部位変異(613111.0002)と同様に、CTSA遺伝子のtyr249-to-asn(Y249N)変異は日本人のガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者に頻度が高い(Fukuhara et al., 1992)。この変異はエクソン8のヌクレオチド746におけるTからAへのトランスバージョンに起因する。この変異は少量のカルボキシペプチダーゼ活性の発現を伴い、酵素活性を発現しないY395C (613111.0006)のような変異と複合ヘテロ接合で存在すると、中間の表現型を引き起こす。

.0008 ガラクトシアリドーシス、乳児後期
CTSA、TYR221ASN
ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)の患者において、Zhouら(1996)はCTSA遺伝子のtyr221-to-asn(Y221N)変異をホモあるいは複合ヘテロ接合状態で同定した。彼らは、この変異とphe412-to-val（F412V; 613111.0001）変異を乳児期後期発症の表現型の診断因子と考え、F412Vを持つ患者はより重篤な臨床症状を示すと指摘した。

.0009 ガラクトシアリドーシス、乳児早期発症
CTSA, VAL104MET
Zhouら(1996)は、早期小児型ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者においてCTSA遺伝子のval104-to-met(V104M)変異を同定した。この変異はタンパク質のリン酸化を阻害する。この患者のリソソームでは酵素活性は検出されなかった。

.0010 ガラクトシアリドーシス、乳児早期
CTSA, LEU208PRO
Zhouら(1996)は、早期小児型ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者のCTSA遺伝子にleu208-to-pro(L208P)変異を同定した。この変異はタンパク質のリン酸化を阻害する。この患者では酵素活性は検出されず、幼児期に死亡した。

.0011 幼児早期ガラクトシアリドーシス
CTSA、Gly411SER
Zhouら(1996)は幼児期発症の早期ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者においてCTSA遺伝子のgly411-to-ser(G411S)変異を同定した。この変異はタンパク質のリン酸化を阻害する。

.0012 ガラクトシアリドーシス, 小児後期
CTSA, MET378THR
Zhouら(1996)は後期小児型ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者においてCTSA遺伝子のmet378-to-ser(M378S)変異を同定した。この点変異はasn結合の新しいグリコシル化部位を生成し、これが利用される。タンパク質のグリコシル化が増加すると、正常タンパク質とは異なる電気泳動移動度の免疫沈降タンパク質が生じた。

.0013 ガラクトシアリドーシス、乳児後期
CTSA、2bp欠失、517TT
ガラクトシアリドーシスの後期乳児型（GSL; 256540）の患者において、Richardら(1998)はCTSA遺伝子に2塩基の欠失517_518delTTとイントロン変異IVS8+9C-G(613111.0015)の複合ヘテロ接合を同定し、CTSA cDNAにスプライシング異常と5塩基の挿入をもたらした。両変異はフレームシフトを引き起こし、切断されたカテプシンAタンパク質の合成をもたらした。このタンパク質は、構造モデリングによって示唆されるように、二量体化、複合体形成、触媒作用ができない。しかしながら、患者の培養皮膚線維芽細胞抽出液の研究から、少量のカテプシンA mRNAは正常にスプライシングされ、野生型タンパク質を産生することが示唆された。このことが、この患者の比較的軽度の表現型に寄与している可能性がある。患者は18歳の女性で、父親と母親はそれぞれポーランド人とイタリア系カナダ人で、健康で非血族であった。生後7ヵ月で軽度の肝脾腫、呼吸閉塞、両側ラメラ白内障、足根部の非典型的な点状石灰化を含む骨の変化がみられた。21ヵ月で歩行を開始し、3歳で補聴器を装着、4.5歳でよい文章を話すようになった。軽度の近視、ラメラ白内障、軽度の角膜混濁、両側黄斑のチェリーレッドスポット、眼窩周囲の色素沈着、網膜動脈の蛇行にもかかわらず、視力は維持されていた。進行性の反射亢進は3歳で初めて認められ、9歳で意図的ミオクローヌスが認められた。12歳の時、CTスキャンで大脳の萎縮が認められた。16歳の脳波検査では、てんかん発作はなかったが、てんかん活動がみられた。

.0014 ガラクトシアリドーシス、乳児後期
CTSA, LYS453GLU
後期乳児ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)の7歳のアラブ人女児において、Takiguchiら(2000)はCTSA遺伝子の1357A-G転移のホモ接合性を同定し、lys453からgluへの置換(K453E)をもたらした。この女児は出生時に粗い顔貌であった。7歳の時に肝脾腫を認め、精神年齢は4歳と推定された。神経学的検査は陰性であった。黄斑の桜色の斑点と空胞化したリンパ球が観察された。骨格調査では、「J」字型の鞍と椎骨の肥厚を含む多発性骨格異形成症の軽度の変化を認めた。ライソゾーム酵素アッセイでは、カテプシンA、β-ガラクトシダーゼ、ノイラミニダーゼ活性の複合欠損が認められた。ノーザンブロット分析では、CTSA mRNAの量は正常であった。研究の結果、前駆体CTSAは合成されたが、成熟型には処理されなかった。さらに、K453E変異はPPCAの二量体界面に位置し、二量体における水素結合形成を減少させ、おそらくPPCA二量体の不安定性をもたらした。

.0015 ガラクトシアリドーシス、乳児後期
CTSA、IVS8DS、C-G、+9
Richardら(1998)による後期小児ガラクトシアリドーシス(GSL; 256540)患者において複合ヘテロ接合状態で発見されたCTSA遺伝子のイントロン変異(IVS8+9C-G)については、613111.0013を参照。

www.omim.org/entry/613111