神経変性疾患では、特定のタンパク質が本来の構造から崩れ、オリゴマー化や凝集が進むことが知られています。このような異常構造を認識する抗体は、タンパク質の状態を調べる重要なツールであり、診断や治療への応用も期待されています。私たちが研究対象としているSOD1変異による筋萎縮性側索硬化症（ALS）でも、異常なSOD1を認識するとされる抗体が数多く報告されていますが、それらがどのような構造を認識しているのかは十分に分かっていませんでした。そこで本研究では、ALSに類似した疾患である犬の変性性脊髄症（DM）に着目し、変異型SOD1に特異的に結合する抗体19A9とSOD1の複合体構造をクライオ電子顕微鏡で解析しました。その結果、抗体がSOD1のどの部分にどのように結合するのかを分子レベルで明らかにし、19A9は通常の二量体ではなく、単量体化した異常なSOD1を選択的に認識することを示しました。さらに、この抗体を用いた解析により、DMを発症した犬の運動ニューロンに単量体SOD1が存在することが示されました。本研究は、抗体が認識するタンパク質の異常構造を構造解析によって直接明らかにした点に特徴があります。これらの成果は博士課程2年の篠君を中心に得られたものであり、本研究室におけるクライオ電顕を用いた初めての成果です。詳しくはこちらをご覧ください。
In neurodegenerative diseases, specific proteins lose their native structure and form oligomers and aggregates. Antibodies that recognize these abnormal conformations are valuable tools for studying protein states and have potential applications in diagnosis and therapy. In amyotrophic lateral sclerosis (ALS) caused by SOD1 mutations, many antibodies have been reported to detect abnormal SOD1, but the structures they recognize have remained unclear. In this study, we focused on canine degenerative myelopathy (DM), an ALS-like disease, and determined the structure of mutant SOD1 bound to a monoclonal antibody, 19A9, using cryo-electron microscopy. We revealed how the antibody binds SOD1 at the molecular level and found that 19A9 selectively recognizes an abnormal monomeric form rather than the native dimer. Using this antibody, we also detected monomeric SOD1 in motor neurons of DM-affected dogs. This study highlights how structural analysis can directly define the abnormal protein conformations recognized by antibodies. These results were mainly obtained by Mr. Shino, a second-year PhD student, and represent our laboratory’s first cryo-EM study. For more details, please see here.
