疾患原因ヌクレオチドの生成経路を解明―難病のメカニズム理解につながる(Pathway Generating Disease-causing Nucleotides Revealed)

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2026-07-31 九州大学

九州大学生体防御医学研究所の研究グループは、難病「発達性およびてんかん性脳症35(DEE35)」の原因となる非正規ヌクレオチド「イノシン三リン酸(ITP)」が生体内で生成される経路を世界で初めて解明した。通常、ITPはイノシン三リン酸分解酵素(ITPA)によって分解されるため細胞内にはほとんど存在しないが、ITPA遺伝子の欠損により蓄積し、DEE35を引き起こす。本研究では、正常な代謝中間体であるイノシン一リン酸(IMP)が、グアニル酸キナーゼ1(GUK1)によってイノシン二リン酸(IDP)へリン酸化され、さらに別の酵素によってITPへ変換される経路を明らかにした。さらに、ITPA欠損細胞や疾患モデルマウスでGUK1の働きを抑制するとITPの蓄積が減少し、モデルマウスの寿命も延長した。今回の成果は、ITP生成の分子機構を初めて示すものであり、DEE35の発症機序の理解を大きく前進させるとともに、将来的な治療法開発に向けた新たな分子標的を提供する重要な成果である。

疾患原因ヌクレオチドの生成経路を解明―難病のメカニズム理解につながる(Pathway Generating Disease-causing Nucleotides Revealed)
(参考図)IMP(本来は生体に必要なAMPやGMP合成の中間体)がGUK1により間違ってリン酸化され、更に他の酵素でリン酸化されてITPが生成される。このITPが疾患の原因となる。

<関連情報>

グアニル酸キナーゼ1は、イノシン三リン酸分解酵素を欠損した哺乳類細胞のRNAにイノシンを蓄積させる酵素である Guanylate kinase 1 is an enzyme responsible for inosine accumulation in RNA of mammalian cells deficient in inosine triphosphatase

Daisuke Tsuchimoto, Yuka Takiguchi, and Yusaku Nakabeppu
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:July 30, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2606968123

Abstract

Inosine triphosphate (ITP) is a noncanonical nucleotide. Human cells possess inosine triphosphate pyrophosphatase (ITPA), and ITPA deficiency causes ITP accumulation within cells, leading to the onset of “Developmental and Epileptic Encephalopathy 35.” Two potential pathways for ITP biosynthesis have been proposed: i) oxidative deamination of the adenine base in adenosine triphosphate or ii) a two-step phosphorylation reaction of inosine monophosphate (IMP), an intermediate in the de novo synthesis of purine nucleotides. However, the mechanisms responsible for ITP biosynthesis in mammals remain unclear. In this study, using an Itpa knockout (KO) mouse cell line, we identified guanylate kinase 1 (Guk1) as a responsible gene for inosine accumulation in RNA. In Itpa-KO/Guk1 knockdown (KD) cell lines, Guk1 mRNA expression levels were positively correlated with the amount of inosine in RNA, most of which is incorporated during RNA synthesis in ITPA-deficient cells. The transient expression of human GUK1 in Itpa-KO/Guk1-KD mouse cells significantly increased inosine levels in RNA. Recombinant human GUK1 phosphorylates IMP into inosine diphosphate. Furthermore, in brain-specific Itpa-KO mice, Guk1 haploinsufficiency resulted in a significant reduction in inosine in cortical RNA and an extended lifespan. Thus, our results suggest that GUK1 is probably an enzyme responsible for ITP biosynthesis although the Km of GUK1 for IMP is very high in vitro.

医療・健康
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