シスチン輸送とシスチノシン
シスチン病白血球14と線維芽細胞のリソゾーム内に蓄積する44． クロロキンやリソソーム蛋白分解阻害剤は、シスチン減少細胞におけるシスチンの再蓄積を減弱させ、細胞内蛋白分解が過剰シスチンの供給源であることを示している45。 正常細胞およびシスチン沈着細胞のシスチン含量は、シスチンジメチルエステル46またはシステイン-グルタチオン混合ジスルフィド44を負荷することによっても増加する。しかし、シスチンを負荷したシスチン沈着細胞ではリソソームからのシスチン排出が顕著に損なわれる44, 46。 腎性シスチン症遺伝子のヘテロ接合体保有者由来の細胞からのシスチン排出は、野生型細胞と比較して、有意に損なわれていない44。 しかし、リソソーム顆粒におけるシスチン-シスチン対輸送の測定は、ホモ接合体患者では明らかに欠如しており、ヘテロ接合体キャリアでは正常対照細胞の約半分の値である47；したがって、リソソームシスティン輸送の欠陥はシスチン症の原因欠陥となるものである。 CTNS遺伝子は12個のエキソンからなり，シスチノシンと呼ばれる367アミノ酸のタンパク質をコードしている。 シスチノシンは、7つの膜貫通ドメイン、7つのグリコシル化部位を含む128アミノ酸のN末端、および10アミノ酸の細胞質C末端から構成されている。 シスチン症の様々な亜型の患者はすべてCTNS遺伝子に変異があるようである（すなわち、遺伝的異質性を示す証拠は今のところない）。 最も一般的な変異は、エクソン1051,52の上流の5′領域を移動した57kbの欠失であり、北欧系の腎症性シスチン症患者の70％以上がこの変異をホモ接合体として有している52。-Bendavidらは、この大きな欠失に対する蛍光in situハイブリダイゼーションプローブを開発し、ライソゾーム貯蔵障害に対するこの種のものとしては初めてである55。別の推定創始者効果突然変異が、カナダフランス56（アイルランド起源のW138X）とフランスのブルターニュ地方57（エクソン8の末端のスプライスサイト変異）で同定されている。 1つの再発性ミスセンス変異（G339R）が2つの特定の民族集団で確認されている：アーミッシュ・メノナイト系の2つの無関係な家族とユダヤ人・モロッコ系の5つの無関係な家族である58-61 。 若年性または眼部シスチン症の患者は、「より軽度な」突然変異、典型的にはオープンリーディングフレームに破壊を伴わない点突然変異をホモ接合で持つ。あるいは、これらの患者は、軽度な突然変異とより重度の突然変異の複合ヘテロ接合体である17、59。
シスチノシンは広く発現しており、特に膵臓、筋肉、腎臓に豊富に転写されている50。抗シスチノシン抗体による免疫組織化学63、エピトープタグ付き相補DNA（cDNA）による細胞のトランスフェクション64、65により、このタンパク質がリソゾームで発現していることが明らかにされた。 シスチノシンのライソゾーム膜への局在は、C末端尾部にあるチロシンベースのGYDQLライソゾームソーティングモチーフと第5膜間ループにあるYFPQAペンタペプチドの両方が関与していることが予想される63。 YFPQAモチーフは、細胞質尾部の外側に位置するライソゾームソーティングシグナルの珍しい例であるという点でややユニークである64。GYDQLモチーフを欠き、YFPQAモチーフをそのまま持つシスティノシン変異体が依然としてライソゾームに一部局在することから、それ自体でシスティノシンソーティングを救う能力を示すようである65。 シスチン症の変異のうち、シスチノシンのリソソーム標的化に影響を及ぼすものは少数であり、GYDQLモチーフの一次破壊や二次構造へのまだ解明されていない影響によるものである66。
シスチノシンの機能解析では、C末端のGYDQLモチーフを欠いた変異体であるcystinosin-.GYDQLにおいて、タンパク質が細胞膜に移動することを利用した。67 Cystinosin-.GYDQLはこのように、H+駆動のシスティントランスポーターとしてトランスフェクト細胞の細胞膜で機能した。 このトランスポーターはL-シスチンに特異的であり、他のアミノ酸、特にモノスルフィドであるシステインは基質とならない。 シスチノシンは飽和し、シスチンに対するKmは約280μMであり、Michaelis-Menton速度論に従っている67。内向きの輸送は細胞外の酸性pHによりかなり促進される（図14-6）；ニゲリシンの添加によりこの膜貫通H+傾度が崩壊すると輸送が停止し、システィノシンによるH+-シスチン共輸送と一致する。 リソソームのシスチン輸送は、リソソームH+-ATPaseの燃料となるアデノシン三リン酸（ATP）の存在に依存しており、シスチンの流出を促進する（図14-7）。 ほとんどの場合、輸送と臨床表現型は相関しており、腎症性シスチン症に関連する変異による輸送の停止と、本疾患の若年性及び眼球亜型に関連する変異を発現する構築物による仲介機能の残存が確認されている66。 しかし、若年性シスチン症に関連するいくつかの変異はシスチノシン-.GYDQLの文脈で輸送を停止させる。これらの変異はライソゾーム膜に発現する全長シスチノシンにはあまり影響を及ぼさないことを示唆している。一つの可能性として、シスチノシンはこれらの特定の変異型を安定化するライソゾームのタンパク質と相互作用していることが挙げられる。66 66
マウスにおけるシスチノシンの標的欠損は、腎臓を含む複数の臓器にシスチンを蓄積させる70。 しかし、これらのマウスは近位尿細管障害を示さないことから、シスチン結晶の蓄積のみでは疾患の原因とはならないことが示唆された。70 しかし、シスチノシン欠損マウスの眼球異常はシスチン症患者に非常によく似ている。 このため、これらの動物は角膜にシスチン結晶の沈着と網膜に網膜症を示す色素脱失斑を生じる70
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