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ガン抑制タンパク質TSC2のメチル化による新規な制御機能の解析

玄 成秀 東京農業大学

2021.09.22

概要

ヒトは外部環境に適応しなければならず、体内環境においても、個々の細胞レベルにおいても同様である。本制御は、刺激となる生化学的情報（シグナル）を発端とする刺激の連鎖を誘導することで次々と情報が伝達される。これらの定まった経路のことをシグナル伝達といい、シグナルタンパク質が標的器官への刺激の媒介を担っている。シグナルタンパク質の活性は、リン酸化、メチル化、アセチル化などの翻訳後修飾によって制御される。そのため、タンパク質の翻訳後修飾の不全は、細胞内のシグナル伝達の不全を引き起こし、疾病に関与することが多い。本研究では、タンパク質修飾によって機能が大きく変動することが報告されている結節性硬化症の原因タンパク質TSC2に着目し、翻訳後修飾によるシグナル調節メカニズムの検証し、新たなシグナル伝達機構の解明を試みた。

結節性硬化症（TSC：tuberous sclerosis complex）は、脳・腎臓・肺・皮膚・心臓などの臓器に発生する良性腫瘍を特徴とする常染色体優性疾患である。その原因として、腫瘍抑制遺伝子TSC2およびTSC1が同定されている。多くのTSC患者は、TSC2の遺伝子変異およびタンパク質欠損によりTSC2が不活性化し、過剰な細胞分裂および細胞増殖が促進することで組織の腫瘍化を引き起こす。これまでの研究で、TSC2タンパク質は、インスリン・エネルギー代謝・酸化ストレス・成長因子によって制御・不活性化されることが報告されているものの、不明な点が多い。

TSC2は、C末端にGAP（GTPase activating protein）ドメインを持ち、TSC1やTBC1D7と複合体を形成する。そして、この複合体が安定的にリソソームに局在し、TSC2のGAP活性により下流の低分子量Gタンパク質Rheb（GTP-binding protein Rheb）を制御する。Rhebはさらにタンパク質生合成を司るmTORC1（mechanistic target of rapamycin complex 1）を制御することから、TSC2はタンパク質の生合成を負に制御する因子として機能している。一方で、インスリンにより活性化したタンパク質キナーゼであるAkt（serine/threonine kinase protein kinase B）は、TSC2のT1462を含む複数のRxRxxS/T（R;アルギニン、S;セリン、T;スレオニン、x;任意のアミノ酸）モチーフを認識し、リン酸化修飾を行う。興味深いことに、アルギニンメチル基転移酵素PRMTsは、AKT認識モチーフ中のアルギニン残基をメチル化することが報告されている。そのため、TSC2がメチル化を受ける可能性があるが、その報告は未だないのが現状である。

PRMTsは、SAM（S-adenosylmethionine）からアルギニン残基のグアニジノ窒素原子へのメチル基の付加を触媒する酵素である。哺乳類では、10種類存在し、主要なものではヒストンH4のメチル化などで知られるPRMT1がある。PRMT1は、生体内にユビキタスに発現し、標的タンパク質中のGAR（グリシン-アルギニンリッチ）モチーフを特異的に認識する。さらに、PRMT1は、転写・DNA修復・転写調節などの様々な細胞プロセスを制御し、癌や代謝障害などの疾患にも関与する。

このような背景を踏まえて、本研究は、TSC2の新規翻訳後修飾として未だ報告のないTSC2メチル化に着目し、「TSC2の新規メチル化修飾ならびにその機能の解析」を解析した。

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