Furin

The Ubiquitous Convertases Furin, PC7 and SKI-1/S1P

膜タンパク質であるフリンは、最初約104kDaの前駆体として生成し、速やかに活性型約98kDaに変換されます。 この自己触媒的な切断は、成熟したfurin分子がERからTGNや細胞表面に出てくるための必要条件である。 FurinとPC5/6は、多くの基質に対するin vitroでの開裂選択性と、α1-PDXやそのプロッセシングなどの特定の修飾セルピン阻害剤に対する感受性の部分的な冗長性を示すようだ（Fig.6）。 フリン様コンバーターゼによって処理される様々なタイプの構成的分泌タンパク質を表1に例示する。 中枢神経系では、神経栄養因子であるプロ神経成長因子（NGF）や脳由来神経栄養因子（BDNF）、神経細胞の接着やキューイングタンパク質であるL1-CAMやセマフォリンなど、多くの成長因子のプロセッシングをフリンが担っている。

マウスのフリン遺伝子（Fur）の不活性化は、血行不全と心臓の腹腔閉鎖不全により胚10.5-11日目（E10.5-E11）に死亡する致死的なものである。 変異体胚は、内皮細胞前駆体が存在するにもかかわらず、大血管を発達させることができなかった。 トランスフォーミング成長因子β1は、効率的にフリンによって処理されることが示されており、その遺伝子の不活性化は、フリンヌル胚と同様の表現型を生じる。 Mx1-cre遺伝子からのCre発現に依存してエクソン2を欠失させた肝臓でのコンディショナルノックアウトにより、ほとんど表現型のない生存可能なFurflox/flox Tg(Mx1-cre)マウスを得た。 また、PC7欠損マウスでは、他のPC欠損マウスと異なり、安静時での異常な表現型は認められなかった。 これは、PC7の発現がfurinの発現と広範囲に重なっているためと考えられる。 PC7とfurinはPDGF-AA、PDGF-BB、血管内皮増殖因子C、骨形成タンパク質など、同じ基質を処理することが多くの報告から示されている。 あるいは、最も保存された変換酵素であるPC7が、必須ではない基質の処理に関与している可能性もある。 しかし、PC7 KOマウスの注意深い分析により、過剰なドーパミンと、扁桃体と海馬におけるBDNFへのproBDNF活性化の部分的な喪失に関連した行動異常が明らかにされた。 このことは、PC7が、ある種の認知能力の調節において、部分的にpro-BDNFの処理を介して、生体内で役割を担っていることを裏付けています。 ヒトGWASと生化学的研究により、PC7は膜結合型トランスフェリン受容体の可溶性循環型へのシェダーゼであることが明らかになり、鉄代謝におけるPC7の役割が強調された。

SKI-1/S1P は脂質代謝とコレステロールの恒常性の調節における重要な酵素で、転写因子ステロール調節要素結合タンパク質 (SREBP-1 と SREBP-2) を切断する。 SREBP-1およびSREBP-2は、短いER内腔ループで隔てられた2つの膜貫通型ドメインを持ち、N末端とC末端の細胞質ドメインから成る前駆体として合成される。 これらの前駆体は、SREBP cleavage-activating protein (SCAP) とインスリン誘導遺伝子 (Insig) に依存した方法で切断される。 細胞内のコレステロールレベルが高いとき、インスリン制御タンパク質Insig-1および/またはInsig-2は、SCAP-SREBP複合体をERに結合し、保持する。 細胞がステロールを失うと、Insigは分離し、SREBP-SCAP複合体のゴルジ装置への輸送を可能にする。 そこでは、R-X-V-L↓の配列のSKI-1/S1Pから始まる2段階のタンパク質分解過程（Fig. 2）、そして部位2プロテアーゼ（S2P）の2段階のプロテアーゼにより、SREBPの細胞質側のN末端が細胞膜から遊離し、核（nSREBP）へ移行し、コレステロールや不飽和脂肪酸の生合成や取り込みに必要なタンパク質や酵素、低密度リポタンパク質受容体（LDLR）をコードする35以上のmRNAの転写を活性化すると考えられています。

SREBPと同様にERアンカー型のII型膜結合型転写因子ATF6は、アンフォールドタンパク質反応に大きな役割を担っています。 正常な状態では、シャペロンBIPによってER内に保持され、N-末端のDNA結合ドメインは細胞質側に、COOH末端はER内腔に位置している。 ER内に不適切に折りたたまれたタンパク質が蓄積すると、カルシウム欠乏（タプシガルギン）やN-グリコシル化阻害（ツニカマイシン）により誘発されるERストレス応答により、BIPがproATF6から切り離され、その結果、proATF6はER内に保持される。 後者は次にSCAP非依存的にゴルジ体へ移動し、そこでまずSKI-1によって切断され、次にS2Pによって切断される。

他のタイプII膜結合型基質には、少なくとも6つのCREB様塩基性ロイシンジッパー転写因子がある。 SKI-1/S1P SKI-1/S1Pは、GlcNAc-1-phosphotransferaseのα/β-subunit前駆体（多くのヒドロラーゼをリソソームに分類するために重要な複合体）を活性化する能力を通じて、リソソームの生合成において重要な機能を果たすこともある。 BDNFは可溶性の基質であり、そのプロセシングの研究がSKI-1の最初のクローニングにつながった。 SKI-1/S1Pの遺伝子を欠損させると、細胞分裂の最も早い段階（1～2細胞期）で胚が死亡し、胚盤胞が形成されないことから、SKI-1/S1Pの果たす役割が重要であることが明らかとなった。 肝臓の組織特異的ノックアウトマウスを用いると、循環総コレステロール値が50％減少し、コレステロールの合成と取り込みを制御する重要な役割を担っていることが強調された。 軟骨細胞に特異的にSKI-1/S1Pの発現を抑制すると（3.6 Col1-Cre）、下肢の重度の麻痺、巻き尾の短縮、腰椎の余剰が生じた。 一方、骨細胞でSKI-1/S1Pをサイレンシングすると、ヒラメ筋の再生が促進され、年齢とともにサイズと収縮筋力が増大することから、骨と筋肉のクロストークが解明された。 中枢神経系におけるこの酵素の重要性は、SKI-1/S1Pとfurinによるrepulsive guidance molecule（RGMa）のプロセシングの研究から明らかになり、軸索伸長に関与すること、RGMa切断がネオジェニンを介した伸長阻害に必須であることが明らかになった。 SKI-1/S1P遺伝子（MBTPS1）には多型が見られず、これまでのところ既知の病態と遺伝的に関連する一塩基多型の変異は確認されていないことから、表現型が現れる前にその活性を80％以上除去する必要があり、その完全機能喪失に伴う致死性が強調されていると考えられる＜6153＞。