東京大學研究生院藥學系研究科的富田泰輔教授、堀由起子講師和邱詠玟研究生等人，與新潟大學腦研究所的池內健教授等人組成的研究團隊，在利用創新技術調查腦功能網絡全貌項目「阿爾茨海默病的Aβ誘導性tau凝集病態傳播與神經迴路變化機制調查」（JP20dm0207073）的支援下，通過採用CRISPR/Cas9系統的全基因組篩查，查出了與產生Aβ有關的新分子，並由此確定鈣整合素結合蛋白1（Calcium
and Integrin-Binding Protein 1：CIB1）是對Aβ的產生有負調控作用的新分子，同時還明確了調控Aβ的機制（圖1）。另外研究團隊還發現，早期阿爾茨海默病（AD）患者死亡後大腦中的CIB1表達量出現了下降。
圖1：CIB1調控Aβ產生的機制
研究發現，CIB1將γ分泌酶留在了細胞表面膜上（左圖）。在以往的研究中人們已經知道，γ分泌酶的亞細胞定位會影響其裂解活性。也就是說，CIB1的表達量減少時，細胞表面上的γ分泌酶表達量會下降，Aβ就會出現增加（右圖）。
在當今的老齡化社會，占老年痴呆症大部分病例的阿爾茨海默病（AD）已成為嚴重的社會問題，但目前尚未完全明確其發病機理，也沒有確立根治方法。AD早期表現出的病理學特徵是，β-澱粉樣蛋白肽（Aβ）在大腦中的聚集和積累。此前實施的大量遺傳學研究表明，Aβ的聚集和積累會在神經細胞內引起tau的聚集和積累，從而引起神經變性。因此，了解Aβ的具體產生機制被認為有助於查清AD發病的早期過程。
Aβ是澱粉樣前體蛋白（APP）被β分泌酶和γ分泌酶分兩階段裂解而產生的。其中γ分泌酶的裂解根據其裂解位點的不同會為Aβ的C末端帶來多樣性，並參與跟AD發病有關的高聚集性Aβ分子的產生，因此γ分泌酶的活性調控被認為是治療AD的重要靶標。不過，關於其裂解調控機制一直存在很多不明之處。
此次研究團隊為確定與Aβ產生有關的新分子，利用近年來開發的基因編輯技術CRISPR/Cas9系統，實施了全基因組篩查。由此成功確定鈣整合素結合蛋白1（Calcium and Integrin-Binding Protein 1：CIB1）是對Aβ產生有負調控作用的新分子。敲低或敲除CIB1減少蛋白質含量，Aβ的產生量出現了增加。
關於其機制，研究團隊通過免疫共沉澱實驗發現CIB1與γ分泌酶存在相互作用。另外還發現，CIB1不會影響γ分泌酶的總量，但會影響γ分泌酶在細胞表面膜的存在量。這表明，CIB1在生理條件下會與γ分泌酶相互作用，將γ分泌酶留在細胞膜上（圖1左）。另一方面，研究認為，當CIB1的表達量減少時，這個功能會消失，γ分泌酶的內化增強（圖1右）。此前的研究發現，γ分泌酶的亞細胞定位會影響其裂解活性。也就是說，CIB1通過改變γ分泌酶的亞細胞定位來調控Aβ的產生。
為研究CIB1在AD發病過程中的作用，研究團隊解析了人類AD患者死亡後的腦樣本單細胞RNA測序數據。解析結果發現，在早期AD階段的神經細胞中，CIB1的表達量減少。這些結果表明，神經細胞中的CIB1表達量減少可能會增加Aβ的產生量，並加速AD的發病進程。
此次研究成功確定了與Aβ產生有關的新分子，並明確了部分產生調控機制，是一項極為有意義的成果。另外研究還發現，在AD發病的早期階段，CIB1的表達變化會改變γ分泌酶的亞細胞定位，增加Aβ的產生，從而加速AD的發病進程。今後有望以CIB1為靶標制定新的AD治療和預防戰略，以及開發早期診斷法。
論文信息
題目：Identification of calcium and integrin-binding protein 1 as a novel regulator of production of Amyloid β peptide using CRISPR/Cas9-based screening system
期刊：《The FASEB Journal》
DOI：10.1096/fj.201902966RR
