PMP22の機能獲得変異および機能喪失変異によるコレステロールの細胞内転用

Subcellular diversion of cholesterol by gain- and loss-of-function mutations in PMP22.

• Ye Zhou
• David Borchelt
• Jodi C Bauson
• Sergio Fazio
• Joshua R Miles
• Hagai Tavori
• Lucia Notterpek

抄録

末梢ミエリンタンパク質22（PMP22）遺伝子の異常（重複、欠失、点突然変異を含む）は、1型シャルコー・マリー・トゥース（CMT）疾患の主要な原因となっている。PMP22の完全な欠失はシュワン細胞のコレステロール代謝を変化させ、これがミエリン化不全に寄与している可能性が高い。ここでは、PMP22が関与する神経障害の異なるモデルを用いて、コレステロールの細胞内輸送を調べた。Leu16Pro変異を持つTrmbler J（TrJ）マウスのシュワン細胞では、コレステロールはTrJ-PMP22とともにゴルジ体に保持され、それに伴って細胞膜レベルも低下していた。遺伝子重複によるCMT1AをモデルとしたPMP22の過剰発現は、コレステロールのリソソームへの隔離を誘発し、ATP結合カセットトランスポーター依存性のコレステロールの流出を減少させた。逆に、U18666A処理によるコレステロールのリソソソームターゲティングは、リソソームにおける野生型(WT)-PMP22レベルを増加させた。ヒト PMP22 のコレステロール認識モチーフ（CRAC ドメイン）の変異誘発は、細胞質コレステロールの増加、膜関連コレステロールの減少とともに、ER およびゴルジ体コンパートメントにおける PMP22 のレベルの増加をもたらした。重要なことは、PMP22欠損シュワン細胞で観察されたコレステロールの輸送障害は、CRAC変異体PMP22ではなくWT細胞でも改善されたことである。また、ヘテロ接合体のPMP22欠損マウスから得られた後根神経節摘出物の骨髄化欠損がコレステロール補給により改善されることも観察された。以上の結果から、PMP22はコレステロール代謝に重要な役割を果たしており、このメカニズムがPMP22関連の遺伝性神経障害の一因である可能性が示唆された。今回の結果は、PMP22の発現変化がコレステロール代謝にどのように影響するかを理解するための基礎となるものである。

Abnormalities of the peripheral myelin protein 22 (PMP22) gene, including duplication, deletion and point mutations are a major culprit in Type 1 Charcot-Marie-Tooth (CMT) diseases. The complete absence of PMP22 alters cholesterol metabolism in Schwann cells, which likely contributes to myelination deficits. Here, we examined the subcellular trafficking of cholesterol in distinct models of PMP22-linked neuropathies. In Schwann cells from homozygous Trembler J (TrJ) mice carrying a Leu16Pro mutation, cholesterol was retained with TrJ-PMP22 in the Golgi, alongside a corresponding reduction in its plasma membrane level. PMP22 overexpression, which models CMT1A caused by gene duplication, triggered cholesterol sequestration to lysosomes, and reduced ATP-binding cassette transporter-dependent cholesterol efflux. Conversely, lysosomal targeting of cholesterol by U18666A treatment increased wild type (WT)-PMP22 levels in lysosomes. Mutagenesis of a cholesterol recognition motif, or CRAC domain, in human PMP22 lead to increased levels of PMP22 in the ER and Golgi compartments, along with higher cytosolic, and lower membrane-associated cholesterol. Importantly, cholesterol trafficking defects observed in PMP22-deficient Schwann cells were rescued by WT but not CRAC-mutant-PMP22. We also observed that myelination deficits in dorsal root ganglia explants from heterozygous PMP22-deficient mice were improved by cholesterol supplementation. Collectively, these findings indicate that PMP22 is critical in cholesterol metabolism, and this mechanism is likely a contributing factor in PMP22-linked hereditary neuropathies. Our results provide a basis for understanding how altered expression of PMP22 impacts cholesterol metabolism.

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