東大など、日本人に多い非ホジキンリンパ腫の発症メカニズムの一端を解明

日本人に多い非ホジキンリンパ腫の、ユビキチン化を介した発症機構の解明
〜抗がん剤や自己免疫疾患治療薬の創薬の基盤として期待〜


＜発表者＞
　徳永　文稔（群馬大学生体調節研究所　教授）
　西増　弘志（東京大学理学系研究科生物化学専攻　特任助教）
　石谷　隆一郎（東京大学理学系研究科生物化学専攻　准教授）
　濡木　理（東京大学理学系研究科生物化学専攻　教授）


＜発表のポイント＞

　＞どのような成果を出したのか
　脱ユビキチン化酵素Ａ２０が直鎖状ユビキチンに結合することでＮＦ−κＢ経路を制御していることを発見した
　＞新規性（何が新しいのか）
　非ホジキン（Ｂ細胞）リンパ腫の発症機構に、Ａ２０の直鎖状ユビキチン結合が関与するという新たな知見を得た

　＞社会的意義／将来の展望
　抗がん剤や自己免疫疾患治療薬の創薬の基盤として期待される



＜発表概要＞
　非ホジキンリンパ腫は、血液のがんであるＢ細胞リンパ腫のうち日本人に多く見られるタイプの悪性リンパ腫です。今なお治療困難なケースが多く見られます。今回、東京大学大学院理学研究科の濡木理教授と群馬大学生体調節研究所の徳永文稔教授らは、非ホジキンリンパ腫発症メカニズムの一端を解明しました。研究グループが注目したＮＦ−κＢというタンパク質は、細菌やウイルス、紫外線などのストレスに応答して、免疫制御や細胞の生存、がん細胞の接着・浸潤などに関与する多くの遺伝子の発現を調節します。したがって、ＮＦ−κＢの調節異常は多くのがんや、免疫疾患、生活習慣病の発症・進行に密接に関連しています。

　研究グループは、ＮＦ−κＢの関わる一連の反応（ＮＦ−κＢ経路）のブレーキ役として知られているＡ２０タンパク質が、７番目のジンクフィンガー領域（ＺＦ７）を介して直鎖状ユビキチンに結合することでＮＦ−κＢを制御していることを発見しました。さらに、ＺＦ７による直鎖状ユビキチン認識の分子機構をＸ線結晶構造解析によって明らかにしました。その結果、Ａ２０と直鎖状ユビキチンとの間の結合の不全は非ホジキンリンパ腫の発症に関与するという新たな知見が得られ、その発症メカニズムの一端が解明されました。直鎖状ユビキチンを標的とする薬剤が、ＮＦ−κＢ経路を特異的かつ有効に抑制することが期待され、発症メカニズムに基づいた効果的な新薬の開発に繋がります。


＜発表内容＞

・背景
　ＮＦ−κＢは１９８６年にＤａｖｉｄ　Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ（米国の生化学者、１９７５年度ノーベル生理学医学賞受賞者）らによって発見された転写因子（注１）で、炎症応答や免疫制御、細胞の生存、がん細胞の接着・浸潤などに関与する多くの遺伝子の発現を調節します。したがって、ＮＦ−κＢの調節異常は多くのがんや、クローン病、関節リウマチ、乾癬などの慢性炎症性自己免疫疾患、糖尿病など生活習慣病の発症や病状の進行と密接に関連します。ＮＦ−κＢは通常、免疫細胞の細胞質に存在しますが、免疫細胞がストレスに曝されると核内へ移行し、標的遺伝子の発現を誘導します。この過程でユビキチン化などの翻訳後修飾が重要な役割を果たします。

　ユビキチンは真核生物に高度に保存された小球状タンパク質で、Ａｖｒａｍ　Ｈｅｒｓｈｋｏ（イスラエルの生化学者、２００４年度ノーベル化学賞受賞）らによって、不要タンパク質に結合することで、その不要タンパク質を分解へと導く標識分子として発見されました。その後の研究から、ユビキチンは数珠状に連結して７種の分岐鎖状ポリユビキチンを形成し、タンパク質分解のみならず、ＤＮＡ修復やシグナル伝達、細胞内輸送など多彩な生理機能に関与することが明らかになっています。２００６年に岩井と徳永らは、これまでに見出されていた７種の分岐鎖状ユビキチンに加えて、ユビキチンリガーゼ複合体ＬＵＢＡＣ　により生成される直鎖状ユビキチン（注２）がＮＦ−κＢ経路を活性化することを発見しました（図１）。ＬＵＢＡＣは、ＮＦ−κＢの活性化因子であるＩκＢキナーゼ（ＩＫＫ）複合体に直鎖状ユビキチンを結合させることでＩＫＫを活性化し、ＮＦ−κＢ経路を活性化させます。このＬＵＢＡＣによって活性化されたＮＦ−κＢ経路は適切なタイミングで抑制される必要があります。しかしながら、その分子機構は不明でした。


・今回の発見
　ＬＵＢＡＣ活性にブレーキを掛ける候補分子として３つのユビキチン分解酵素（脱ユビキチン化酵素）を調べたところ、脱ユビキチン化酵素Ａ２０がＬＵＢＡＣによるＮＦ−κＢ経路の活性化を強く抑制することを見出しました。しかし予想外なことに、Ａ２０には直鎖状ユビキチンを分解する活性はありませんでした。Ａ２０は脱ユビキチン化酵素部分と７つのジンクフィンガー（注３）からなるタンパク質です。そこで、Ａ２０のどの部分がどのようにしてＮＦ−κＢ経路の抑制に働くか調べたところ、Ａ２０は７番目のジンクフィンガー（ＺＦ７）を介して直鎖状ユビキチンに結合し、ＮＦ−κＢ経路を抑制することがわかりました。さらにＸ線結晶構造解析により、ＺＦ７は直鎖状ユビキチンの２つのユビキチン分子を同時に認識し、直鎖状ユビキチンに特異的に結合することが明らかになりました（図２）。免疫細胞でＮＦ−κＢ経路が活性化されると、ブレーキタンパク質であるＡ２０が生成され、Ａ２０がＩＫＫやＬＵＢＡＣを含むＴＮＦ受容体（注４）複合体に集積してＮＦ−κＢ経路が抑制されます。そこで、直鎖状ユビキチンと結合できないＺＦ７をもつＡ２０変異体を作製し解析したところ、Ａ２０はＺＦ７を介して直鎖状ユビキチンと結合することでＴＮＦ受容体複合体に集積し、ＮＦ−κＢの活性化を抑制することが明らかとなりました（図３）。

　Ａ２０の遺伝子多型は関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、乾癬、糖尿病など多くの病態と関連しています。さらに、ＺＦ７の欠損やアミノ酸変異は、Ｂ細胞リンパ腫（ホジキン・非ホジキンリンパ腫）（注５）を惹起します。そこで、非ホジキンリンパ腫を引き起こすＺＦ７のアミノ酸変異をもつＡ２０変異体を解析したところ、これらの変異体では直鎖状ユビキチンとの結合が弱くなり、免疫細胞への刺激によって引き起こされる、Ａ２０のＴＮＦ受容体複合体への集積も低下していることが判明しました。以上の結果から、ＺＦ７の欠損や変異により直鎖状ユビキチンへの結合力が弱くなると、Ａ２０のＴＮＦ受容体複合体への集積が不全となり、ＮＦ−κＢが活性化された状態が持続することで病態発症につながることが示唆されました（図３）。

・意義
　Ｂ細胞リンパ腫は血液のがん、悪性リンパ腫の一種で、ホジキンリンパ腫と非ホジキンリンパ腫に大別されますが、日本では非ホジキンリンパ腫が多く見られます。治療には４つの薬剤を併用する化学療法（ＣＨＯＰ療法）や分子標的薬リツキシマブ（ヒト化抗ＣＤ２０抗体）が用いられていますが、今なお治療困難なケースが多く見られます。今回の研究から、非ホジキンリンパ腫の発症にはＡ２０のＺＦ７の直鎖状ユビキチンへの結合が関与するという新たな知見が得られ、その発症メカニズムの一端が解明されました。直鎖状ユビキチンはＮＦ−κＢ経路の活性化の足場として重要ですが、ブレーキタンパク質であるＡ２０が集積する足場としても極めて重要であることが、今回初めて明らかになりました。したがって、直鎖状ユビキチンを標的とする薬剤はＮＦ−κＢ経路を特異的かつ有効に抑制すると期待され、抗がん剤や自己免疫疾患治療薬の創薬シーズとして有用と考えられます。


＜発表雑誌＞
　・雑誌名
　　「Ｔｈｅ　ＥＭＢＯ　Ｊｏｕｒｎａｌ」（１０月３日号に掲載予定、８月２８日オンライン版に公開）
　・論文タイトル
　　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｎｅａｒ　ｐｏｌｙｕｂｉｑｕｉｔｉｎ　ｂｙ　Ａ２０　ｚｉｎｃ　ｆｉｎｇｅｒ　７　ｉｓ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ＮＦ−κＢ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ（Ａ２０ジンクフィンガー７による直鎖状ポリユビキチン認識はＮＦ−κＢ制御に関与する）
　・著者
　　徳永文稔１＊†、西増弘志２＊、石谷隆一郎２、後藤栄治１、野口拓也１、三尾和弘３、亀井希代子１、Ａｖｅｒｉｌ　Ｍａ４、岩井一宏５、濡木理２†

　　１．群馬大学生体調節研究所、
　　２．東京大学大学院理学系研究科、
　　３．産業技術総合研究所、
　　４．カリフォルニア大学サンフランシスコ校、
　　５．京都大学大学院医学系研究科
　　＊共同筆頭著者、†責任著者

　・ＤＯＩ番号
　１０．１０３８／ｅｍｂｏｊ．２０１２．２４１

　・アブストラクト
　　ＵＲＬ　http://www.nature.com/emboj/journal/vaop/ncurrent/abs/emboj2012241a.html


＜用語解説＞

注１：転写因子
　遺伝子の特定の制御配列に結合し、その遺伝子の転写を促進するタンパク質。

注２　直鎖状ユビキチン
　近位ユビキチンのＮ末端のメチオニン残基と、遠位ユビキチンのＣ末端のグリシン残基がペプチド結合により直鎖状に連結したユビキチン鎖。一方、近位ユビキチンのリジン残基と遠位ユビキチンのＣ末端のグリシン残基がイソペプチド結合により連結したユビキチン鎖は分岐鎖状ユビキチンとよばれ、７種類存在する。

注３：ジンクフィンガー
　亜鉛（ジンク）イオンを含むタンパク質ドメインの一つで、ＤＮＡ結合やタンパク質結合など多様な生理機能をもつ。亜鉛イオンはシステイン残基やヒスチジン残基と結合し、タンパク質構造の安定化に寄与する。

注４：ＴＮＦ（ｔｕｍｏｒ　ｎｅｃｒｏｓｉｓ　ｆａｃｔｏｒ：腫瘍壊死因子）受容体
　炎症性サイトカインであるＴＮＦ−αに結合し、そのシグナルを細胞内に伝達する受容体で、ＮＦ−κＢ経路や細胞死（アポトーシス）の調節を行う。

注５：Ｂ細胞リンパ腫
　血液のがんである悪性リンパ腫はホジキンリンパ腫と非ホジキンリンパ腫に分類される。１８３２年にＴｈｏｍａｓ　Ｈｏｄｇｋｉｎによって発見された異常な核構造をもつ細胞の出現を特徴とするリンパ腫をホジキンリンパ腫という。非ホジキンリンパ腫は、それ以外のＢ細胞リンパ腫の総称でびまん性大細胞性Ｂ細胞リンパ腫、モルトリンパ腫などいくつかのタイプがある。欧米人はホジキンリンパ腫が多いが日本人は非ホジキンリンパ腫が多く、致死率はホジキンリンパ腫よりも非ホジキンリンパ腫の方が高い。


　※図１〜３は添付の関連資料を参照