CTSC

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序論

カテプシンC（CTSC、CatCとも呼称）は、高度に保存された四量体構造を有するリソソーム性システインジペプチジルアミノペプチダーゼである。CTSCの最も重要な生理学的機能は、炎症促進性の顆粒関連セリンプロテアーゼを活性化することである。これらのプロテアーゼは、N末端プロジペプチドを含む不活性なザイモーゲンとして合成される。プロジペプチドは、ザイモーゲンを不活性コンフォメーションに維持し、早期活性化を防止する役割を担う。早期活性化は細胞に対して潜在的に毒性を示し得るためである。セリンプロテアーゼ・ザイモーゲンの活性化は、細胞成熟過程においてCTSCがN末端ジペプチドを切断することにより生じる。CTSCの病的欠損はパピヨン・ルフェーブル症候群と関連する。しかし、免疫防御細胞において活性型セリンプロテアーゼが欠如しているにもかかわらず、患者に顕著な免疫不全は認められない。したがって、骨髄前駆細胞におけるCTSC活性の一過性の薬理学的阻害は、炎症性および免疫学的条件下でセリンプロテアーゼ活性を調節するための潜在的治療戦略となり得る。このことを背景に、多数の製薬企業および学術研究者が多様なCTSC阻害剤の設計・開発を進めており、その一部は現在、非臨床／臨床試験で使用・評価されている。

CTSCの生合成、プロセシングおよび成熟

哺乳類においてCTSCは主として肺、脾臓、腎臓、および骨髄系細胞系譜に発現し、特に好中球、単球、肥満細胞、マクロファージならびにそれらの前駆細胞で高発現する。CTSCは当初、55 kDaの単鎖モノマー性ザイモーゲンとして合成され、「排除（exclusion）ドメイン」（Asp1–Gly119）、プロペプチド（Thr120–His206）、ヘビーチェーン（Leu207–Arg370）およびライトチェーン（Asp371–Leu439）を含む。ヘビーチェーンとライトチェーンはパパイン様構造を形成する。

生合成後、87残基からなるプロペプチドは分子内シャペロンとして機能し、pro-CTSCの二量体へのフォールディングに関与する。他のシステインカテプシンと比較して、pro-CTSCは自己プロセシングにより成熟構造を形成しないことが知られている。バキュロウイルス導入昆虫細胞で発現させたヒトpro-CTSCは、in vitroにおいてCatLおよびCatSによりプロペプチドが除去されることで活性化が開始され得ることが報告されている。これらのプロテアーゼは、in vitroで2段階のプロセシングによりpro-CTSCを処理する。第1段階では排除ドメインが遊離し、36 kDaおよび33 kDaの2種のペプチドが生成される。第2段階では、各ペプチドからヘビーチェーンが遊離する。ヒトCTSCの高分解能X線回折解析により、ライトチェーン、ヘビーチェーンおよび排除ドメインが非共有結合性相互作用により結合していることが示されている。一方、現時点の研究では、マウスにおけるpro-CTSCの活性化にはCatLおよびCatSの関与を必要としないことが示されている。

図1．プロセシング後CTSCモノマーの3次元構造（Korkmaz, B.; et al. 2018）

CTSCの生物学的機能

• 好中球セリンプロテアーゼ（NSP）の成熟

好中球成熟の初期段階において、NSPは不活性ザイモーゲンとして合成される。この構造により、小胞体における早期プロテオリシスが抑制され、細胞毒性の発現を回避できる。CTSCによるNSPの活性化は、酸性の一次顆粒内での細胞内輸送およびパッケージングの過程で生じ、N末端ジペプチドの除去により活性部位が基質に対してアクセス可能となる。CTSC欠損マウス由来好中球ライセートでは、すべてのNSP活性が著明に低下することが報告されており、CTSCがNSP活性化において主要な役割を担うことが示唆される。

• 肥満細胞セリンプロテアーゼの成熟

肥満細胞の分泌顆粒から分泌される主要タンパク質はセリンプロテアーゼであり、アレルゲン特異的IgEやカチオン性ペプチド等への結合を介して細胞外へ放出される。これらのプロテアーゼの一部は、標的治療により阻害されている。プロテアーゼが豊富に存在することは肥満細胞の特徴であり、喘息、鼻炎、蕁麻疹、肥満細胞症、肥満細胞活性化障害など、IgEにより駆動される慢性アレルギー疾患の病態に関与し得る。肥満細胞は、あまり知られていない機序により哺乳類宿主防御にも寄与する。複数の肥満細胞プロテアーゼは、不活性ザイモーゲンからCTSCにより完全または部分的に活性化される。したがって、CTSCの阻害は肥満細胞機能を変化させ得る。

図2．CTSCによるプロキマーゼの活性化（Korkmaz, B.; et al. 2018）