甲状腺ペルオキシダーゼを支える12の「橋」 ― ジスルフィド結合と先天性甲状腺機能低下症

執筆：Hirotsugu Suwanai / 諏訪内浩紹

Journal Club of the Suwanai · 甲状腺

甲状腺ホルモンを作る酵素、甲状腺ペルオキシダーゼ（TPO）。その立体構造を支える「橋」が一つ欠けるだけで、酵素は働けなくなるのでしょうか。

2024年、甲状腺学の専門誌Thyroidに、TPOのジスルフィド結合を網羅的に調べた研究が掲載されました。東京医科大学の私たちのグループによる研究で、筆者は共著者（第2著者）として参加しています。原論文を読む ↗

注目：分解を止めても活性が戻らない理由へ ↓

出発点は、一人の患者さんの遺伝子変異

先天性甲状腺機能低下症は、最も頻度の高い先天性の内分泌疾患です。原因の一つが、甲状腺ホルモンの合成に欠かせない酵素TPOの遺伝子変異です。

この研究の背景には、私たちが2020年に報告した症例があります。マススクリーニング導入前に生まれ、生後10か月で先天性甲状腺機能低下症と診断された男性で、52歳で行った遺伝子解析により、TPO遺伝子の新しいホモ接合変異（p.Cys655Phe）が見つかりました。655番目のシステインは、別のシステインとジスルフィド結合（S–S結合）を作り、タンパク質の形を保つ「橋」の役割を担っています。2020年の症例報告 ↗

では、TPOにあるほかのジスルフィド結合も、同じように重要なのでしょうか。これまで、その全体を系統的に調べた研究はありませんでした。

本研究で解析対象としたTPOのジスルフィド結合。出典：Iwasaki et al., Thyroid (2024)。

実験の流れ

研究チームはまず、先天性甲状腺機能低下症で報告のある2つの変異、C655FとC825Rを持つTPOを、培養細胞（HEK293細胞）に発現させました。酵素活性はAmplex Red法で、タンパク質の量はウェスタンブロット法で測定しています。

さらに、タンパク質を分解する装置であるプロテアソームの阻害薬（MG132）を加えた場合の変化や、TPOが本来働く細胞表面にどれだけ運ばれているかも調べました。そのうえで、12か所のジスルフィド結合に関わる24個のシステインすべてについて、一つずつ置き換えた変異体を作り、同じ解析を行いました。原論文・要旨

わかったこと

既知の2変異：活性も量も低下

C655FとC825Rは、正常型と比べて酵素活性もタンパク質量も有意に低下していました。また、細胞表面へ運ばれるTPOの割合も、正常型より少なくなっていました。

24個すべての変異で活性が低下

24個のシステインそれぞれを置き換えた変異体は、すべて酵素活性とタンパク質量が有意に低下しました。つまり、12か所のジスルフィド結合はどれも、TPOが働くために欠かせない「橋」だということになります。一方で、活性の落ち方は結合の位置によって異なっていました。

分解を止めても、活性は戻らない

興味深いのが、プロテアソーム阻害薬の実験です。MG132を加えると、変異型TPOのタンパク質量は正常型と同程度まで回復しました。ところが、酵素活性は回復しませんでした。

これは、変異型TPOが「作られていない」のではなく、正しく折りたたまれずに細胞の品質管理の仕組みで分解されていることを示しています。そして、分解を止めて量を増やしても、形が崩れたタンパク質は酵素として働けません。著者らは、ジスルフィド結合の破綻が、折りたたみの異常（ミスフォールディング）、分解、細胞膜への組み込みの障害につながると結論づけています。

Journal Clubの視点：この研究の意味と限界

臨床的に重要なのは、遺伝子検査の解釈への貢献です。先天性甲状腺機能低下症の遺伝子解析では、病的かどうか判断の難しい「意義不明の変異」がしばしば見つかります。ジスルフィド結合に関わる24か所のシステインについて、置き換わると機能が低下するという実験的な裏づけがあることは、こうした変異の評価に役立つ情報です。

また、分解を止めても活性が戻らないという結果は、治療を考えるうえでも示唆的です。単にタンパク質を安定化させるだけでは不十分で、正しい立体構造を取り戻す必要があることを意味します。

一方で、解析は甲状腺の細胞ではなく、HEK293細胞に過剰発現させた実験系で行われています。Amplex Red法はペルオキシダーゼ活性を測る方法で、ヨウ素の取り込みからホルモン合成までの全過程を再現しているわけではありません。また、実際の患者さんでは正常な遺伝子と変異遺伝子を1本ずつ持つ場合や、異なる2つの変異を持つ場合もあります。こうした状況で、変異の位置による活性の違いが症状の重さとどう対応するのかは、今後の検討課題です。

一つの症例から、酵素全体の理解へ

一人の患者さんで見つかった一つの変異を出発点に、酵素全体の「橋」を一つずつ検証した研究です。臨床の問いを基礎研究で掘り下げ、その答えを再び臨床に返す。内分泌疾患の研究の醍醐味がよく表れた仕事だと感じています。