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大学・研究所にある論文を検索できる 「MAPKシグナルの新たな制御機構の探索と疾患治療への応用:MAPKシグナル活性化因子Protein Kinase Cの時空間的制御機構におけるストレス顆粒の役割と新規抗がん剤シーズACA-28の細胞死誘導機構におけるMAPKホスファターゼの役割に関する研究」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

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MAPKシグナルの新たな制御機構の探索と疾患治療への応用:MAPKシグナル活性化因子Protein Kinase Cの時空間的制御機構におけるストレス顆粒の役割と新規抗がん剤シーズACA-28の細胞死誘導機構におけるMAPKホスファターゼの役割に関する研究

神田 勇輝 近畿大学

2022.02.28

概要

MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)シグナルとは、酵母から高等生物まで幅広く真核生物に保存されたMAPKKK、MAPKK、MAPKの3種類のキナーゼから構成される細胞内情報伝達システムであり、MAPKKKはMAPKKを直接リン酸化し、活性化されたMAPKKはMAPKをリン酸化することで、代謝、増殖、分裂、運動、アポトーシスなど、細胞の様々な機能に関与する。

一方で、遺伝子変異や過度のストレスによりMAPKシグナルの機能制御が破綻すると、がんをはじめとする重篤な疾患の原因となることが報告されている(Karnouband Weinberg.,2008)。MAPKシグナルを標的とした疾患治療の研究は進んでおり、ERKMAPKシグナルのMAPKKKに相当するRAFの阻害薬Tafinlar® (dabrafenib)はBRAF遺伝子変異を有する悪性黒色腫の治療薬として承認され、今日の臨床においてもその高い抗腫瘍効果が得られているがRAFの活性化因子であるRASからMEKへのバイパス経路によりMAPKシグナルが再活性化し、RAF阻害の効果が減弱することが知られている(Dhillon,2016)。よって私は、MAPKシグナルを標的とするがん創薬の戦略として、MAPKシグナルを構成する既知の因子による単なるリン酸化・脱リン酸化に着目するだけでなく、これまでに明らかにされていない、全く新しいMAPKシグナルの制御機構を解明し、複雑なネットワークを形成するMAPKシグナル制御の全体像を俯瞰的に理解することが重要であると考えた。

我々の研究室ではこれまでに、新たなMAPKシグナルの制御機構を解明する目的で、分裂酵母を用いた独自の遺伝学的手法によるMAPKシグナル制御因子の網羅的探索を展開してきた。代表的なものとして、①ヒトPKC-ERKMAPKシグナルと相同な分裂酵母Pck2-Pmk1MAPKシグナルとCa2+/カルモジュリン依存性脱リン酸化酵素であるカルシニューリンのCl-に対する拮抗関係を利用したスクリーニング、②カルシニューリンを阻害する免疫抑制薬FK506の感受性遺伝子群の表現型を回復する因子のスクリーニング、③ERKMAPKシグナルが恒常的に活性化しているがん細胞を想定した、Pck2の過剰発現によるPmk1MAPKシグナルの過剰な活性化を指標としたスクリーニングなどが挙げられる(Sugiuraetal., 1996; Sugiuraetal., 2003;Maetal., 2006; Satohetal., 2009)。これら①〜③の解析から、MAPKホスファターゼであるPmp1に加え、RNA結合タンパク質であるNrd1やRnc1、さらにはRNAヘリカーゼであるDed1などの様々なMAPKシグナルの制御候補因子が同定されて以来、我々の研究室では、これら因子による新たなMAPKシグナル制御機構の探索が精力的に行ってきた(Sugiuraetal., 1998; Sugiuraetal., 2003; Satohetal., 2009)。

その探索の結果、上述した①及び③の実験において、Pmp1の過剰発現細胞がPmk1MAPKの欠損細胞と同様の表現型を示していることに加え、invitro及びinvivoの実験系においてPmk1MAPKを脱リン酸化することから、MAPKホスファターゼがMAPKシグナルを制御する上で重要な役割を果たすことが示唆された(Sugiuraetal., 1998)。

一方で、RNA結合タンパク質であるNrd1やRnc1、及びRNAヘリケースであるDed1が翻訳制御に加えシグナル制御の場としても注目を集めているストレス顆粒(Stressgranules、以下SGs)の形成過程において重要な役割を果たすことや上述した③の実験の指標でもあった過剰発現Pck2がSGs様のドット状局在を示すことを明らかにしてきたことから、SGsがMAPKシグナルを制御する上で重要な役割を果たすことが示唆された(Sugiuraetal., 2012; Satohetal., 2018)。

以上の結果から私は、MAPKホスファターゼやSGsといった魅力的な研究標的に着目した研究を展開することで、MAPKシグナルの新たな制御機構を明らかにするだけでなく、MAPKシグナル制御の俯瞰的な理解につながるのではないかと考えた。

近年、がん治療の新たな治療標的の探索を目的としたMAPKシグナルの制御機構に関する研究は盛んに行われており、例えば、p38MAPKシグナルの「活性化因子」であるRACK1が低酸素条件下において、SGsに取り込まれることで、トポイソメラーゼ阻害剤エトポシドによるp38MAPKシグナルの活性化を介したアポトーシス誘導を抑制することが知られている(Arimotoetal., 2008)。またRACK1以外にも、mTORCやPKCなどのシグナル分子がSGsへ移行することが報告されていることからも、SGsはシグナル伝達の場として重要な役割を果たしている。すなわち、MAPKシグナルの制御機構を理解する上で、SGsによるシグナル分子の空間的制御機構を明らかにすることは重要な研究であると言える(Takahashiand Maeda 2012; Kobayashietal., 2012)。

一方、MAPKホスファターゼをはじめとしたMAPKシグナルの「抑制因子」の遺伝子変異や発現量の変化が、がんの病態と密接に関わることが報告されている(Zuchegnaetal., 2020; Degl’ Innocentietal. ,2013; Luccietal., 2010; Aroraetal., 2012)。MAPKホスファターゼはチロシンホスファターゼ(PTPs)に属するタンパク質脱リン酸化酵素の一つで、MAPKKによりリン酸化されるMAPKのセリン/スレオニンとチロシンの両残基を脱リン酸化することでMAPKの活性を低下させる、MAPKシグナルの代表的な「抑制因子」である。また、MAPKホスファターゼはその触媒領域内に存在するシステイン残基を含む活性中心の働きで、標的タンパク質(MAPK)を脱リン酸化することが知られているが(Barfordetal.,1995)、乳がんやメラノーマをはじめとした様々ながん細胞株において生成される活性酸素種(ROS)によって、MAPKホスファターゼの一つであるDUSP6の活性中心のシステイン残基が酸化され、DUSP6の脱リン酸化酵素としての機能が阻害されることが報告されている(Mc Cubreyetal., 2007; Sethand Rudolph, 2006)。また、DUSP6はDUSP6が標的とするERKMAPKによりリン酸化されることで、DUSP6タンパク質のユビキチン化が誘導され、プロテアソームによりタンパク質分解を受けることも報告されている(Marchettietal., 2005; Chanetal., 2008; Chenetal., 2019)。よって、MAPKホスファターゼによるERKMAPKシグナルの活性調節機構、並びに、MAPKシグナルが活性化しているがん細胞において、MAPKホスファターゼがどのように制御されるのかを理解することは、がんの病態を理解する上で極めて重要であると言える。

そこで本稿では、MAPKシグナル制御因子のがん細胞内における役割や環境が変化した際の分子応答に関して俯瞰的な理解を得るために、MAPKシグナルが機能破綻している細胞において、これまでに論じてきたSGsやMAPKホスファターゼがどのような役割を果たしているかを明らかにしようと試みた。

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