日本慶應義塾大學理工學部的古川良明副教授和德田榮一助教等人，與同大學藥學部的三澤日出巳教授和自然科學研究機構分子科學研究所的秋山修志教授等共同開展研究，指出銅鋅離子結合蛋白（銅鋅超氧化物歧化酶）SOD1空間結構異常與肌萎縮性側索硬化症（ALS，簡稱漸凍症）發病有關的。研究認爲，SOD1基因發生突變後，呈異常空間結構的SOD1會在運動神經元中積累，最終引起漸凍症。
雖然目前還不清楚SOD1結構異常是如何觸發的，但SOD1氧化程序中一旦解離出銅離子和鋅離子後，會變成有毒的異常構造。據報告，很多ALS患者存在氧化壓力增加和金屬離子動態異常的情況。所以，本次研究的提案對思考與SOD1有關的ALS發病機理也非常重要。
圖1：本次研究提出的SOD1錯誤摺疊機制
研究背景
SOD1是結合銅離子和鋅離子的金屬蛋白，在將高反應性活性氧超氧化物轉化爲氧分子和過氧化氫方面發揮着重要作用。已知在患難治性神經系統疾病肌萎縮性側索硬化症（ALS）的部分患者活體內，SOD1基因發生突變，錯誤摺疊呈異常空間結構的SOD1會在脊髓的運動神經中積累。另外也在SOD1編碼基因未突變的終極因數不明型散發性ALS患者腦脊髓液中檢測出了高毒性的錯誤摺疊SOD1。也就是說，SOD1的結構異常可能與ALS的發病有關，但具體誘因一直不清楚。
研究内容與成果
研究團隊着眼於ALS患者脊髓及其周圍的腦脊髓液中的氧化壓力標誌物值畸高，且很多生物分子都易被氧化的情況。SOD1產生的過氧化氫發揮了氧化劑的作用，因此研究團隊認爲SOD1可能隨着被氧化而發生了錯誤摺疊。
已知構成蛋白質的氨基酸中，半胱胺酸是最容易被氧化的。SOD1有4個半胱胺酸。在正常結構的SOD1中，Cys57和Cys146兩個會被氧化形成「S-S」雙硫键，有助於空間結構實施穩定。另外Cys6和Cys111兩個半胱胺酸在正常情況下不會被氧化。研究發現，SOD1產生的過氧化氫會使Cys111被氧化成次磺酸狀態（圖1）。結合的銅離子和鋅離子解離後，蛋白質結構會發生巨大變化。通常位於較遠位的Cys6會攻擊Cys111的次磺酸，在Cys6和Cys111之間形成S-S鍵（圖1）。也就是說，隨着氧化壓力增加和銅鋅離子解離，會形成擁有2個S-S鍵的異常SOD1（SOD12xS-S）。
研究發現，SOD12xS-S容易聚集形成不溶性沉澱，將其添加到運動神經元樣培養細胞NSC-34中顯示出了毒性，因此應答其擁有正常的SOD1所不具備的性質。
論文資訊
題目：Oxidative misfolding of Cu/Zn-superoxide dismutase triggered by non-canonical intramolecular disulfide formation
期刊：《Free Radical Biology and Medicine》
DOI編號：10.1016/j.freeradbiomed.2019.12.017
中文：JST客觀日本編輯部編譯
