アルツハイマー病の主要な病理所見の一つである神経原線維変化の出現頻度は,痴呆の重症度と強く相関している。Glycogen synthase kinase-3β(以下GSK-3β)によるタウのリン酸化は神経原線維変化において観察されるらせん状の繊維状構造物(PHF)形成の原因と考えられている。GSK-3βは特に脳内で多く発現されており,加齢あるいはアルツハイマー病発症に伴って発現量が増加することが報告されている。また,統合失調症患者の前頭野におけるGSK-3βmRNAのレベルが健常者と比べて約40%減少しているとする報告もある。このように脳の高次機能に重要な役割を果たしていると考えられるGSK-3βの活性調節については,リン酸化を介した翻訳後修飾を中心に詳細に研究されている。一方,発現調節に関する研究は少ない。そこでアルツハイマー病や統合失調症とGSK-3βの発現調節との関係を明らかにすることを視野に入れ,GSK-3β遺伝子のプロモーター活性の分子メカニズムに関する研究を行った。転写開始点より上流を欠失させた5'欠失変異体,5'UTR欠失変異体及び5'UTR置換変異体をルシフェラーゼ遺伝子発現ベクター(pGL3)に挿入したプラスミドを用いたレポータージーンアッセイを行った。その結果,GSK-3β遺伝子のbasal levelの基本転写に関わるシスエレメントが転写開始点より上流にあり,5'UTRに細胞特異的な転写活性に関わるシスエレメントが存在することが示唆された。以上の結果より,本研究において,GSK-3β遺伝子の発現調節機序を解明する上で重要な知見が得られたと考えている。

Glycogen synthase kinase3β (GSK3β) phosphorylates tau, one of neuronal microtubule associated proteins. In Alzheimer's disease, highly phosphorylated tau that deposition neurons may contribute to neurodegeneration. In some case of schizophrenia patients, mRNA level of GSK3β in brain is lower than control brain (Kozlovskyetal., 2003). These suggest that GSK3β may have an important role in developing these diseases and the regulation of GSK3β gene expression may be associated with them. To understand how the expression of GSK3β gene is regulated in neuron, we used the reporter gene assay system (pGL3vector). DNA fragment containing human GSK3β promoter region was sub cloned into cloning site at upstream of luciferase gene. A set of 5'-deletion mutant of the promoter was generated by PCR based mutagenesis. Each construct was introduced transiently into neuronal cells (SHSY) and nonneuronal cells (COS7 and HEK293). The promoter activity of a deletion mutant (-1540～-436) harboring the SP1 sites, the core promoter region (Lau et al. 1999) and 5'-UTR was the highest among mutants used here. Although Luciferase activity was higher in neural cells than in non-neuronal cells, the mutant (-1540～-436) showed the highest activity in any type of cells. These results indicate existence of the neuron specific trans-acting factor for regulating GSK3β promoter activity. The length of 5'-UTR in human GSK3β gene is unusually long (952bp). To study how the long 5'-UTR contributes to GSK3β expression, we generated deletion mutants lacked a portion of 5'-UTR. Activities of the deletion mutants (+234～+952, +556～+952) were higher than that of wild type. In addition, effect of the region deleted (+234～+952) was studied by comparing 5'-UTR sequences of some other animals. The promoters harboring the 5'-UTR of bovine or swine were more active than of human or rat. Although 5'-UTR may be mainly involved in translation, it is possible that this region regulates GSK3β gene transcription.

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