がん抑制遺伝子ｐ５３の新しい制御機構を発見

＜研究の背景と経緯＞

　がん抑制遺伝子ｐ５３は細胞の生死を制御する多数の情報を統合しています。ｐ５３は細胞内情報の極めて複雑なネットワークの集積点に位置し、がん遺伝子の異常活性化やＤＮＡ損傷、酸化ストレスなどの異なった入力情報に応答して、ＤＮＡ修復や細胞増殖停止、老化、アポトーシスなどの適切な出力プログラムを開始します。特に、細胞ががん化するとｐ５３によるアポトーシスが起こり、がん細胞は死滅します。
　ｐ５３はクロマチンに結合する転写活性化因子です。ｐ５３による転写活性化^注６）は、その大部分がｐ５３の発現量と翻訳後修飾^注７）によって制御されていると信じられてきました。しかし最近になって、染色体の立体構造を変化させるいくつかのたんぱく質がｐ５３と結合することによってｐ５３の転写活性を調節していることが明らかとなってきました。これらの知見は、染色体の立体構造がｐ５３の転写活性に影響する可能性を示唆しますが、染色体構造が変化する仕組みと、それによってどのような結果が起こるのか、そしてそれらが生物にとってどのように大切なのかについてはほとんど不明のままでした。

＜研究の内容＞

　本研究チームは、ＣＨＤ８を培養細胞に強制的に発現させると、ｐ５３によるアポトーシスが起こらないという現象を発見しました。逆に、ＣＨＤ８を減少させると、ｐ５３によるアポトーシスが増加しました。ＣＨＤ８はｐ５３に結合しますが、さらにヒストンＨ１とも同時に結合することが判明しました。つまりＣＨＤ８の存在下では、ｐ５３-ＣＨＤ８-ヒストンＨ１という三量体がｐ５３の標的遺伝子上に形成されるのです。このヒストンＨ１の呼び込みは、クロマチンを凝縮させ、ｐ５３の転写活性化能を強く抑制します（図１）。
　この三量体形成ができないと、ｐ５３が必要以上に活性化され、強いアポトーシスが起こります。例えば、ＣＨＤ８遺伝子を人工的に破壊したマウス（ＣＨＤ８ノックアウトマウス）では、胎仔は胚発生初期に広汎なアポトーシスを起こして死亡しますが、ｐ５３を同時に欠損させるとこの胚発生停止は著明に改善されます（図２）。
　このように、本研究はＣＨＤ８による新たなｐ５３制御のメカニズムを解明しました（図３）。今までｐ５３については、ｐ５３たんぱく質の翻訳後修飾による制御がその研究のほとんどを占めていましたが、ＣＨＤ８-ヒストンＨ１による強力な抑制は、最終的にｐ５３が活性化するような修飾状態でもその活性をなくしてしまう新しいタイプの制御であり、アポトーシスに対する“最終抑制機構”と言えます。
　胚発生早期において、細胞は高速に増殖します。そのためｐ５３はこの時期に容易に活性化し、結果としてアポトーシスが誘導される危険を伴います。ＣＨＤ８の発現量は胚発生初期から中期にかけて非常に高く、それ以降は発現量が激減します。またＣＨＤ８ノックアウトマウスが胚発生初期にｐ５３依存的なアポトーシスを起こして死亡することは、ＣＨＤ８の生物学的役割が胚発生初期において有害なアポトーシスを抑制することであるというモデルを支持します（図４）。一方、アポトーシスは器官形成に重要で、これは主にＣＨＤ８の発現レベルが低下する胚発生中期から後期にかけて起こります。このように、ＣＨＤ８は胚発生段階特異的にアポトーシス誘導の境界線を制御しているものと考えられます。

＜今後の展開＞

　今回ＣＨＤ８による“抗ｐ５３最終抑制機構”が胚発生段階で必須であることが判明しましたが、ｐ５３の重要な機能として、アポトーシス制御による「抗がん作用」が挙げられます。ＣＨＤ８はｐ５３による抗がん経路に重要な役割を果たしていることが予想され、特にＣＨＤ８が異常に高まると発がんにつながることが予想されます。つまりＣＨＤ８機能を阻害するような物質の探索により、新たな抗がん剤の開発が期待できます。

＜参考図＞

図１　ＣＨＤ８の機能モデル

　ＣＨＤ８はｐ５３と結合し、ヒストンＨ１を呼び込むことによって染色体構造を変化させ、ｐ５３の転写活性を抑制します。それによってアポトーシスを抑制し、細胞を生存へと向かわせることが可能になります。

図２　ＣＨＤ８とｐ５３を共に欠損させたマウスの表現型

　胚発生３．５日目のマウス胎仔（胚盤胞）を採取し、６日間培養後の形態を示します。ＣＨＤ８のみを欠損させた胚盤胞はアポトーシスを起こして消失しますが、ＣＨＤ８とｐ５３を共に欠損させた胚盤胞は正常の胚盤胞と同様に生存しているように見えます。

図３　ｐ５３を制御するメカニズム

　ｐ５３たんぱく質が翻訳後修飾を受けるとＤＮＡに結合して転写が開始され、アポトーシスが引き起こされます。しかしＣＨＤ８とヒストンＨ１（ＨＨ１）がそこへ結合すると、ｐ５３の活性は抑制され、細胞は生存へ向かいます。このように、今までｐ５３の活性化はｐ５３たんぱく質の翻訳後修飾によって主に制御されていると考えられてきましたが、今回の研究で、それ以後のレベルでもＣＨＤ８／ＨＨ１複合体によって制御されていることが明らかとなりました。

図４　ＣＨＤ８機能の生物学的役割

　ＣＨＤ８の発現が高い胚発生早期にはｐ５３機能は抑制されており、中期以降ＣＨＤ８の発現が低下するとアポトーシスが誘導され、器官形成が起こります。ＣＨＤ８／ヒストンＨ１複合体はｐ５３機能を抑制することにより、胚発生初期における高速な細胞増殖によって誘導される有害なアポトーシスを防ぐために機能しています。

＜用語解説＞

注１）がん抑制遺伝子
　がん抑制遺伝子は細胞の増殖速度を正しく調節するのに必要です。ちょうど車のブレーキがそのスピードを制御するように、がん抑制遺伝子は細胞増殖サイクルのブレーキとして働きます。これらの遺伝子が正常に機能できないと、細胞増殖は制御不能となり、がん化が起こると考えられています。

注２）アポトーシス
　軽度の細胞傷害はしばしば修復可能ですが、広汎な細胞傷害は発がんの危険があります。このように修復不可能な傷害の場合、細胞はアポトーシスと呼ばれる自爆プログラムによって自分自身を殺し、がん化を防ぎます。

注３）クロマチン
　クロマチンとは、真核細胞内に存在するＤＮＡとたんぱく質の複合体のことを表し、ヒストンというたんぱく質にＤＮＡが巻きついたものが、さらに高度に折り畳まれ、繊維状になって核内に収納されています。

注４）ヒストン
　ヒストンはクロマチンを形成する主要なたんぱく質であり、ＤＮＡを巻き付けてコンパクトに核内に収納する役目を担うと同時に、いろいろな遺伝子の発現制御に関わることが知られています。ヒストンはコアヒストン（ヒストンＨ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３、Ｈ４から構成される）とリンカーヒストン（ヒストンＨ１）に分類されます。最近、特にコアヒストンの役割が遺伝子発現制御との関係で注目されていますが、リンカーヒストンであるＨ１の役割は今まであまりわかっていませんでした。

注５）胚発生
　受精卵が成体になるまでの胚発生過程では、あらかじめ決まった時期、決まった場所で細胞死（アポトーシス）が起こり、それによって器官が形成されます。例えば、胚発生期にオタマジャクシの尻尾がなくなってカエルに変態したり、指の間の水かきがなくなって指が形成されたりする過程もアポトーシスによるものです。

注６）転写活性化
　種々の細胞ストレスに応答して、がん抑制たんぱく質ｐ５３は細胞の生死に関わる多数の遺伝子領域に結合します。これらの遺伝子は転写と呼ばれる過程で発現誘導され、活性化することによって、細胞の運命が決定されます。

注７）翻訳後修飾
　ｐ５３たんぱく質は、リン酸化、アセチル化、ユビキチン化などのさまざまな化学的な修飾を受けることによって、その安定性や転写活性が調節されていることが分かっています。

＜論文名＞

“CHD8 suppresses p53-mediated apoptosis through histone H1 recruitment during early embryogenesis”
（ＣＨＤ８は初期発生においてヒストンＨ１のリクルートを介してｐ５３依存的なアポトーシスを抑制する）
doi: 10.1038/ncb1831

＜お問い合わせ先＞

＜研究内容に関すること＞

中山 敬一（ナカヤマ ケイイチ）
九州大学 生体防御医学研究所　分子発現制御学分野
〒812-8582福岡市東区馬出３－１－１
Tel：092-642-6815　Fax：092-642-6819
E-mail：

＜ＪＳＴの事業に関すること＞

金子 博之　(カネコ ヒロユキ)
科学技術振興機構 戦略的創造事業本部 研究領域総合運営部
〒102-0075 東京都千代田区三番町５ 三番町ビル
Tel：03-3512-3531　Fax：03-3222-2066
E-mail：