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- 細胞の生死を制御する -


ようこそ、アポトーシスの世界へ.
図： アポトーシスを起こす細胞
 

ミシガン大学 医学部病理学  猪原直弘
計画細胞死・アポトーシスに関する日本初(1997)のホームページ 本項目はNetscape 3.0以上と1024x768以上のモニタを用いてご覧になられることを推奨します。ブラウザのウィンドウサイズが小さいと図が乱れます。 本項は宗教論でも哲学論でもありませんで、その手の方は勘弁してください。本ホームページは分野の発展するたびに付け加えてますので永久に工事中です。 以前掲載していただいた専門誌：細胞工学、日経BPムック、日経バイオ、実験医学
ニュース

Nod2欠損マウスを利用して腸でのNod2の役割などを調べた論文がScience に出ました。今後のクローン病の研究に大いに役立つものと思われます(2/4)・・・同時に奇妙な論文もいっしょに出ました（こちらは追試の広 場）

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 The current interest of my lab is molecular signaling of innate immunity mediated by Nod proteins. I am looking for a motivated candidate to join my lab and study the functions of signaling molecules in the immune system. This research project includes functional analysis of genetically altered mice in disease models and in vitro assays. The candidate should have a PhD or MD with experience in molecular or cellular immunology documented by a strong publication record. Information for the scientific topics of our field is available in our recent review in Inohara & Nunez (2003) Nature Review of Immunology 3, 371-382. More information for our publications is also available at http://www-personal.umich.edu/~ino/myself.html

Naohiro Inohara

Department of Pathology, University of Michigan
Contact information: ino@umich.edu


 
 
 
目次
 

 
 
 
 
 
 
死はどこから来たか -生命の進化と死-

 
 
 
死もまた生に必要 -計画細胞死-

 
 
 
細胞の自殺には共通性がある。

 
 
 
 
計画細胞死を制御する者たち
個体全体の統合性にとって計画細胞死はたいへん大切なので計画細胞死を調節する遺 伝子や因子には細胞の増殖とも関連するものもあります。一方で計画細胞死を専ら制御する遺伝子もいます。

例えば、Bcl-2とそ の仲間です（表）。はじめ、タンパク質の一種Bcl-2を作る遺伝子bcl-2は 濾胞性リンパ腫の原因遺伝子として見つかったのですが、その後その仲間が報告されてBcl-2ファミリーというタンパク質群からなることがわかり ました。Bcl-2ファミリーのうち、Bcl-2やBcl-xLな どはアポトーシスを抑制します。Hrk(Harakiri), Mtd, Bax, Bakなどは細胞死を引き起こします(後述)。人工的にBcl-xL遺伝子を培養細胞に入れてやると培養細胞のアポトーシスは抑制されます。逆にHrk遺 伝子を入れてやると細胞死は促進されます。こうして細胞の生死を制御できます。実際の人体では遺伝子を出し入れしているわけではなく、遺伝子やその産物で あるタンパク質の働きが制御されています。いつスイッチオンになりオフになるかで生死を制御しているわけです。Bcl-xは脳で特に多く含まれています が、同 遺伝子を破壊したねずみは大量の神経細胞が死に、胎児の段階で死亡します(Bcl-2ファミリーの働きの詳細については後述しています)。

このようにアポトーシスを制御するタンパク質を大量に作ったり、逆にその遺伝子を破壊してその影響を調べることで、アポトーシスを調節するメカ ニズムがだんだんと明らかになってきました。
 
 

表 Bcl -2ファミリー　 

哺乳類のもののみをあげた。この他、線虫Ced-9,Egl-1、 ゼノパスはxR1、xRII、 ウズラはNR-13、 ウィルスはBHRF1,LMW5-HL,ORF16,vBcl-2な どをもつ。遺伝子の配列が決定されていないものはcDNAの配列をリンクさせた。独自の判断でBRAG1とBNIP3/BNIP3Lは 加えていない。BH3サブファミリーには膜結合部位のある強力なもの(1)と膜結合部位のないもの(2)がある。
遺伝子名 その産物　　 

（タンパク質）

 機能 その他
bcl-2 Bcl-2α 抑 制 濾 胞性リンパ腫の病因遺伝子
bcl-x Bcl-xL

Bcl-xS

Bcl-xβ

 抑 制

促 進

促 進/抑 制

 おおよそどこでも発現しているが、脳に特に多い。
立 体構造 (RasMolで 閲覧)
mcl1 Mcl-1 抑 制 マ クロファージ誘導遺伝子
A1(bfl1) A1(Bfl-1) 抑 制 GM -CSF誘導遺伝子
bcl-w Bcl-w 抑 制 精 子形成に重要
bax Baxα 促 進/抑 制 細胞の種類によって細胞死の抑制vs促進が変わるという
bak bak 促進 /抑制 Bcl -xLとの結合像 (RasMolで 閲覧)。シグナルの種類によって細胞死の抑制vs促進が変わるという
bok/mtd Bok/Mtd 促 進 成体では卵巣に多い
diva Diva/Boo 促 進/抑 制 成体では生殖系に多い
bcl-g
Bcl-Gs/Bra
Bcl-GL
促 進
成体では精巣に多い
bcl-rambo
Bcl-Rambo
促 進
bpr
BCL2L12

harakiri Hrk/DP5 促 進 単BH3サブファミリー。誘導遺伝子
bik/nbk/blk Bik/Nbk/Blk 促 進 単BH3サブファミリー
bad
 Bad 促 進 単BH3サブファミリー。Akt/PKCa/PAK1によってリン酸化されると無力化
bid Bid 促 進 細胞外からの細胞死誘導経路の補強
立体構造(1,2)
bim Bim/Bod L,M,S 促 進 単BH3サブファミリー。日 頃細胞骨格タンパク質に結合しているがIL3除去で細胞骨格から遊離して作用。
bmf
Bmf
促 進
 単BH3サブファミリー。日 頃細胞骨格タンパク質に結合しているが細胞同士の結合がむりやり離されると細胞骨格から遊離して作用。
noxa/apr
Noxa/APR
促 進
単BH3サブファミリー。誘導遺伝子
bbc3
Puma/Bbc3 α,β,γ,δ
促進
単BH3サブファミリー。誘導遺伝子。p53による細胞死に関与

 
 
人も虫も死ぬのはいっしょ

 
 
 
殺し屋の姿 －カ スパーゼとその調節タンパク質の構造－

 
 
 
死ぬきっかけは何？ - カスパーゼ活性化タンパク質の調節機構(共通部分について)-

 
 
 
死ぬのと殺されるのは違う - カスパーゼ８と９-

 
 
レイドース失われたアーク(ARC) アポトーシス最期の聖戦 -死の受容体による細胞死の調節-

 
 
 
賛成の反対なのだ- Bcl-2とハラキリ -

 
A B
ハラキリ遺伝子を入れたもの(アポトーシスを起こしている) 対照(正常な細胞)
図 A, ハラキリ組み換え遺伝子を培養細胞に入れて一日後アクリジンオレンジエチジウムブロミドで染めたもの。核は凝縮し、明るく光っている。B, 正常な培養細胞を同様に染めたもの。上の写真のようなアポトーシスをおこした細胞は認められない。


ハラキリがBcl-2,Bcl-xLにBH3領域で結合している示す図
図 A, 実験に用いたタンパク質。抗体で検出できるようにHrkにFlagタグをつけた。下はBH3を削ったミュータント。B,Hrkと結合した Bcl-2, Bcl-xLを抗体で検出した。C,Bcl-2に結合したHrkを抗体で検出した。D,細胞抽出物中のHrk, Bcl-2, Bcl-xLを検出した(対照実験)。各パネル上部の"-, Hrk, ΔBH3, Bcl-2, Bcl-xL"は対照プラスミド、Flag-Hrk, Flag-HrkΔBH3, Bcl-2, Bcl-xLを作るプラスミドを導入した細胞からの抽出物を使ったことを示している。

 
 
Bcl-2ファミリーの生理的役割
 
次にBcl-2ファミリーの生理的な役割について述べます。

下流の因子であるApaf-1,Caspase-9,下位カスパーゼといった基幹となる因子がだいたいどこでもいつでもあるのに対して、Bcl -2ファミリータンパク質の量や活性は様々なシグナルによって調節されています。別の言い方をすると、恒常的に存在する下流の因子であるApaf-1, Caspase-9,下位カスパーゼといった基幹部分と上流の細胞の生死を決定するシグナルとを結びつける役割を果たしていると言えます。個別のBcl- 2ファミリータンパク質の量や活性を調節する因子はそれぞれ異なっており、この多様性ゆえに生命は細胞の生死を肌理細かく調節することができるのです。

現在までにbcl-2,bcl-x,bcl-w,A1,bax,bak,bad,bim,bid,mcl1を 欠くマウスが作られて、発生段階における役割を中心に解析されています。bcl-xとmcl1欠 損マウスが胚発生段階で致死となる他は、仔ホモ接合体マウスが得られます。bcl-2の 欠損マウスは成熟TおよびBリンパ球、発生段階での腎細胞やメラノサイトなどのアポトーシスが増進することから、Bcl-2はこれらの細胞の生存に重要で あると考えられます。bcl-x欠損マウスでは神経系や造血系などの細胞でアポトーシスが増進していました。bcl-x欠 損キメラマウスでは未熟BおよびTリンパ球が半減しますが、bim欠 損マウスは未熟BおよびTリンパ球の蓄積しますので、両遺伝子が未熟リンパ球の生存に対して拮抗的に働いているようです。実際Bcl-2を余分に 作るマウスやBimを欠いたマウスでは、本来ならなくなる自 分自身を攻撃するリンパ球が死なず、自己免疫疾患を起こしてしまいます。bak,baxは生理的な役割がオーバーラップしており、両遺伝子を共に 欠くとき、様々な異常が生じます。Apaf-1の ないマウスのように指の間の細胞がアポトーシスを起さないので、水かきをもったネズミになってしまいます。p53依存性、ERストレスや成長因子除去によ るアポトーシスもなくなり、bax,bakがこれらのアポトーシスに重要であることがわかりました。以前、述べたように p53は遺伝子の傷ついた細胞でアポトーシスをおこして、癌になるのを防いでいますが、実際、baxを欠くマウスでは癌 になりやすくなり、MMP+大腸アデノカルシノーマで実に半 分はBax遺伝子が壊れています。ただ、神経ではbaxとbakの両方を欠いても細胞死が若干抑制されますが、 caspase-9やApaf-1ほど劇的ではないので、神経などで重要な役割を果たしているアポトーシス誘導因子がいるみたいです。

Bcl-2ファミリータンパク質を欠くマウスを調べてみると、アポトーシスが予想外に精子や卵子を作るのに重要な 役割を果たしていることがわかりました。精子形成の過程では精原細胞の多くがア ポトーシスを起こします。この時期にどうしてアポトーシスが必要なのかよくわかりませんが、正常な精子を作るのに必須の役割を果たしています。bcl-w欠 損マウスでは精巣における精原細胞のアポトーシスが促進されていて、bcl-wは精子形成のごく初期の過程でのアポトーシス抑制に 重要な役割を果たしていると考えられます。また、アポトーシスを起こす時期の精原細胞ではBaxの 強い発現が認められ、bax欠 損マウスは正常な精子ができません。Divaは さらに後期の精母細胞において特異的に発現していますが、この生理的役割もまだわかっていません。一方、卵巣でもアポトーシスは卵子を作るのに大切です。 卵母細胞のうち、排卵されるのはごく一部であり、ほとんどは周りの顆粒膜細胞とともにアポトーシスを起こします。卵巣顆粒膜細胞ではBax、Bok(別 名Mtd)、Diva(別 名Boo) が強く発現しています。bax欠 損マウスでは本来死滅すべき濾胞細胞のアポトーシスが抑制されていますので、濾胞細胞の細胞死の調節にこれらのアポトーシス促進性Bcl-2ファ ミリーが関わっているらしいです。まだまだ調なければならないことが多そうです。
 

Bcl-2ファミリータンパク質の活性調節にはいくつかの方法があります。

第一の調節機構は量的な調節です。

タンパク質の量を決める重要な段階の一つは、遺伝子DNAからmRNAができる過程(転写といいます)です。血球系細胞は他の細胞から与えられるインターロイキンなどの生存因子 がなければアポトーシスを起こします。この生存因子の制御する転写調節因子によってアポトーシスを抑えるBcl-2ファミリータンパク質の量は調節されて います。bcl-2はIL-2,-4お よび-7な ど、bcl-xはIL-3,エ リスロポイエチンなど、mcl1とa1はGM-CSFな どによってmRNAの量があがります。bcl-xの場合、これらのシグナル分子は転写調節因子STAT ファミリーによって調節されています。実際、STAT5 を欠いたマウスではbcl-xの発現がなくなり、アポトーシスが起きます。

また、Bcl-2とその仲間がアポトーシスを調節している場所は、その種類で異なっています。こうしたBcl-2ファミリーの持ち場分担ができ る１つの理由は、Bcl-2ファミリーが、その働く組織や時期にだけ存在するように転写調節されているためです。bcl-2の場合、成熟T リンパ球で重要な役割を果たす転写調節因子NF-AT4に よって、bcl-xはさらに造血に重要な転写調節因子GATA-1に より転写調節を受けています。

A1の発現は炎症系のサイトカインやバクテリアリポ多糖(LPS)でも誘導されますが、これは転写調節因子NF-kB(調 節機構は後述)の活性化によるものです。NF-kBの活性化はときにアポトーシスを抑制しますが、A1の研究者はこの効果がA1によるものであると考えて います。
 
 

単BH3タンパク質の中にも転写がその活性調節に重要な役割を果たしているものがあります。

モデル系として使われてきた線虫では、体ができる途中でアポトーシスがおきますが、抗アポトーシスBcl-2ファミリータンパク質であるCED9が 恒常的に発現しているのに対して、単BH3タンパク質Egl-1が 組織・時期・性 特異的に発現してアポトーシスを誘導します。
ヒトの単BH3タンパク質ハラキリ(Hrk) やBimは、 アポトーシス抑制性Bcl-2ファミリータンパク質と全く反対の挙動を示します。つまり生 存因子の除去すると誘導される遺伝子です。
 

表 Bcl -2ファミリーの調節
注意！以下の生理的な役割・調節因子に関する報告には報告間で結果の一致 しない点が多く、１００％信じられないものもあります
。(1) BlkはマウスBikオーソログの名前。最新の詳細情報はこちら。
遺伝子名 機能 転写調節 上流調節因子 考えられる生理的役割
bcl-2 抑 制 Aiolos, Myb, Brn-3a, p53, Bcl-6, NFAT4, PAX8, RAR/RXR, WT1, PU.1, Pi1, STAT3, CREB, GATA-1, SP1/ER ILs, G-CSF(-), EGF, TGF(反 対),IGF-I, 女 性ホルモン, NGF リンパ球やメラノサイトなどの成熟に伴う細胞死抑制。生存因子依存的な未熟細胞の細胞死抑制？
bcl-x 抑 制 GATA-1, Ets2, NF-kB, Bcl-6, STAT3, STAT5A&B Epo, IL3, CD40, EGF, GM-CSF(反 対), TGF, 女 性ホルモン, 神経系や造血系などの成熟に伴う細胞死抑制。生存因子依存性細胞死抑制
mcl-1 抑 制 SRF/Elk-1, CREB GM-CSF, DNA 傷害, IL3, gonadotropins マクロファージ系の成熟に伴う細胞死抑制
A1/bfl-1 抑 制 NF-kB, STATs GM-CSF, LPS, CD40 マクロファージ系の成熟に伴う細胞死抑制。NF-kB活性化によるアポトーシス抑制？
bcl-w 抑 制     雄性生殖細胞の成熟に伴う細胞死抑制
bax 促 進/抑 制 p53(反 対) G-CSF, IL1 p53応答性細胞死。細胞死増強。生殖細胞の細胞死による選択
bak 促進 /抑制 p53   p53応答性細胞死。細胞死増強。
bok/mtd 促 進     生殖細胞系のアポトーシス調節？
diva/boo 促 進/抑 制     生殖細胞系のアポトーシス調節？NF-kB活性化によるアポトーシス抑制?
harakiri 促 進   NGF/IL3除 去,β アミロイド 神経、造血系統の未熟・異常細胞のアポトーシス誘導？
bik/nbk/blk(1) 促 進     ？
bcl-Rambo
促 進

？
bcl-g
促 進

精巣でのアポトーシス調節？
bad
 促 進   成長因子,女 性ホルモン 造血系の未熟細胞のアポトーシス誘導補完？
bid 促 進   Caspase-8 Death Receptor系による細胞死誘導の補完
bim 促 進   ILs 造血系統の未熟細胞の生存因子依存性アポトーシス誘導。自己免疫リンパ球の除去
bmf
促進

細胞接着がなくなったときの細胞死誘導
noxa/apr
促 進
p53
  
障害時のアポトーシス誘導？
puma/bbc3
促進
p53
障害時のアポトーシス誘導
EGL1(線 虫)
促進
ces-1,-2,tra-1a
   HSNニューロンの除去など

 
 
第二の調節機構は修飾によるものです。
 

単BH3タンパク質Bidは 細胞外からのアポトーシス誘導を補完・増強する役割を果たしていますが、細胞外からのシグナルによって活性化されたCaspase-8はBidを切断し、 活性化します(前述)。また、単BH3タンパク質Badは 日頃リン酸化を受けており、生存因子の除去によってリン酸化されなくなると、Bcl-xLに結合できるようになり、アポトーシスを促進でき るようになります。Bimは通常細胞骨格タンパク質に結合していますが、生存因子が除去されるとこ れから離れてアポトーシスを誘導します。これは細胞骨格タンパク質の修飾によるものと推定されています。同様の調節機構が、細胞接着阻害による細 胞死(アノイキス)誘導に関与することが示唆されているBmfに ついてもいえます。ただ、bad,bidい づれの遺伝子を欠いてもマウスは見た目正常に大きくなりますので、これらの因子が生理的にどんな役割を果たしているのか、は今後の解析で明らかになること でしょう。

修飾による調節を受けるBcl-2ファミリータンパク質はHrkやBcl-xLのようにりっぱな膜結合部位を持っておらず、アポトーシス誘導シ グナルがない状態では通常細胞質に存在します。一旦活性化されるとミトコンドリアに移動し、機能できます。この点では以下の第三のグループのBaxや Bakとよく似ています。また、概してこれらのタンパク質は、頭(N末端側)に調節領域を、中央にBH3ドメインを、しっぽ(C末端)に膜相互作用領域を もつという点でも第三のグループと類似します。
 

第三の調節機構は立体構造変化によるものです。

Bax,Bakなどは分子内構造変化が重要です。rat Bcl-xLの結晶化の際に論じたことですが、いづれもBH1からBH4まで4つの保存された領域を持ちます。特に BH4とその下流に続く領域がアポトーシスを抑制するか促進するかにたいへん重要な役割を持っています。Bcl -xLの構造を良く見てみると自身のBH3はBH4によってブロックされ、、他のBcl-2ファミリーと結合できないようになっています。その結 合はイオン性結合と疎水性相互作用に大いに依存しており、こ れらの結合はBaxやBakの構造上にも認められます(下図)。したがってこれらの因子も、もしもBH3がBH4で完全にブロックされているなら アポトーシス抑制性のBcl-2ファミリーと相互作用できず、むしろBcl-2同様にアポトーシスを抑制することができる可能性があります。実際、 Bax,Bakはアポトーシスを促進するという報告がある一方で、あ る種のシグナルや細 胞ではアポトーシスを抑制することができます。しかし、一旦、アポトーシスを誘発するシグナルを受けるとBaxやBak のBH4領域の構造が変化します。逆にBcl-2,Bcl-xLでも過 剰に発現させたり、BH4を除いたり、その下流の領域をリ ン酸化したり、カ スパーゼで切断するとアポトーシス抑制機能が落ちたり、アポトーシスを促進するようになります。このようにBH4とそれに続くフレキシブル な領域はBcl-2ファミリー間の相互作用の調節に重要であり、それによりアポトーシス抑制・促進のスイッチングの役割を果たしているものと推定 されます。Baxの構造が決定さ れて、さらにどれだけドメインが動きやすいかがわかると(NH-NOE)、BaxのBH4の重要性がより明確になってきました。
また、以前BH3しかもたないと考えられていたBidも Bcl-xLとよ く似たドメイン構造を持つことがわかりました。つまりBidのBH3ドメインはBH4ドメインに対応するαヘリックスの疎水面によってブ ロックされており、その下流でCaspase 8で切断されることによりBcl -xLとより強く結合できるようになったり、ミ トコンドリアへ結合できるようになります。
Bcl-xLやBidなどのBcl-2ファミリーには、BH3領域の下流、ちょうどタンパク質の中心部に疎水的な、つまり膜やタンパク質の疎水面に結合し やすいようなαヘリックスがあって、BH4/BH3(と似た)領域に構造変化を起こした場合、膜 やタンパク質に疎水面を介して接触できる領域があって、その重 要性が示唆されていますが、今のところ、生理的な意味合いを示す決定的なデータは報告されていません。同様に、BaxにおいてもBH3ドメインが 露出するためには、つまり多量体化するには、たいへん大きな構造変化を伴い、こうした変化が起きたときにはBaxタンパク質の疎水部の配置が大きく変わる ものと考えられます。もともと中央部にある疎水部がまだ個々のBaxの中央にとどまるのか、それとも膜のような疎水的なものへと組みこまれていくのか、今 後の研究のまたれるところです。
 
 
 

BH4の構造と機能 A)多量体化ドメインBH3とその調節ドメインBH4のアミノ酸配列。Bcl-xLのBH3のD95とBH4のK16を矢印で示した。B) Bcl-xLのD95にK16とY15が結合している様子。
A
B

 
 
唐突に閑談 -Bcl-xLの結晶化用大量精製の舞台裏-
ラットBcl-xLの立体構造

Bcl -xLの結晶化用大量精製の舞台裏 

実は私、一度も大腸菌大量培養装置(ファーメンタ)を使ったことがないんです。そんなもんで、２リットルの普通のフラスコ１０数本 ゆすって１０リットル単位で大腸菌を集めました。１０本もゆすれる恒温シェイカーが当初なかったので、室温で揺すりました。でも夏だったんでシェイカーの モーターで部屋がムンムン、35-37℃という至適条件となりました。連続遠心ローターも使ったことがないので400mlずつせこせこと遠心沈殿させまし た。そのうち、大学を移ったところ、精製用HPLCがありませんでした。そこで、アミノ酸分析用のHPLCを改造しました。幸い、アミノ酸分析用オートサ ンプラーがあったので、ゲルろ過カラムの容量の小ささを回数でカバーしました。ゲルろ過は２日がかりで10-15回(１回アプライ量おおよそ2mg)繰り 返しました。このタンパク質はどうも凍結融解でダメになるようなので当初３日ほど睡眠時間０－３時間程度での調製となりました。

なお、ショウジョウバエにおいてはRpr(reaper)ファミリーが単BH3タンパク質と同様の働きを担ってい ます。RprはEgl1,Hrkタイプで、細胞死誘導因子により誘導されます。これに対してHidはBimタイプで、だいた いいつも発現しており、細胞死誘導因子により、ミトコンドリアへ移動します。

 
 
 
 
生 死を賭けたぎりぎりの選択 -ユビキチン化とIAPの機能

 
Bcl-2と同じぐらい昔に見つかって長い間アポトーシス調節の機構のわからなかった因子があります。IAP(アポトーシス阻害タンパク質の略)で す。IAPははじめバキュロウィルスという昆虫のウィルスの一種で発見され、その後、細胞もよく似たタンパク質をもつこと、ユ ビキチン化と密接な関係にあることがわかりました。

ユビキチンは特定のタンパク質を壊すのに使われます。

「このタンパク質、壊しといてね」

E3と呼ばれる因 子は壊すべきタンパク質を見分けて、E2と 呼ばれる因子が壊されるタンパク質にユビキチンという名のラベルを貼ります(ユビキチン化といいます)。ユビキチンのついたタンパク質はプロテアソームと呼ばれるタンパク質分解装置 によって壊されます。
 
 
 
 

一覧表
IAPの詳細な一覧 研究者向け。BIRの項目を見てください Ａ
TRAFの詳細な一覧 研究者向け。TRAFの項目を見てください Ａ
RINGタンパク質の詳細な一覧 研究者向け Ａ

IAP はアポトーシスに強く影響を与えるE3の一種で、BIRと呼ばれる様々なタンパク質に結合するドメインとZn フィンガードメインの一種RINGド メインからなります。ヒトの場合、XIAP(別名ILP,MIHA),cIAP1(別名IAP2,MIHB,API1),cIAP2(別 名IAP1,MIHC,API2)などが存在します。こうした典型的なIAP他、RINGを持たないBIRタンパク質であるsurvivin,NIAP やBRUCE(別名apollon)をもち、広義にはこれらBIRタンパク質もIAPと呼ばれています。最近、DIABLO(別 名SMAC) と呼ばれるタンパク質に結合したXIAPのBIRの三 次構造が決定され、BIRは４アミノ酸残基のみ,しかもプロセシングされたタンパク質の頭(N末端)のみを認識することが明らかになりました。 RINGドメインはタンパク質に結合するドメインの一種で、IAPの他、細胞伝達物質(PDGFなど)の受容体の機能を抑えるc-CBL、 IκBのユビキチン化で始まるNF-κB活性化に関与するTRAF、p53の調節因子Mdm2な どに存在します。これらの因子はIAPのBIRと同様に比較的短い配列を認識する他のタンパク質結合ドメインを持ちます。RINGは結合相 手であるE2とこれらのドメインの結合した基質の橋渡しをするものと考えられます。IAPファミリーの一つBRUCE(別 名apollon) ではRINGがない変わりにE2と同じ構造をもっています。
 

c-CBLがリン酸化された活性化されたタンパク質を基質にするのに対して、IAPはプロセシングされたタンパク質のみをBIR で認識して基質にします。つまり、c-CBLがリン酸化によって活性化されるような情報伝達系を抑えるのに対して、IAPはプロセシングで活性化されるよ うな情報伝達系に対して抑制的に働くわけです。プロセシングで活性化されるといえば・・・そう、caspaseです。caspase-3,7(ショ ウジョウバエではDRONC) はプロセシングされることでIAPに結合できるN末端配列ができます。これを認識してIAPが結合し、ユビキチン化を起こします。
 

さらに上流の因子も基質である可能性があります。また、単BH3タンパク質の一種でやはりプロセシングによって活性が調節されているBidも ユビキチン化を受けていることが知られています。ショウジョウバエDIAP1,2ではrpr ファミリーにも結合します。IAPは細胞の運命を決めるぎりぎりのところで働いているのです。このIAPや他のユビキチン化系によるアポ トーシス調節の生理的な意義ははっきりしませんが、「生と死の閾値」・・・即ち、どの程度までカスパーゼが活性化されると細胞が死ぬかといったことと関連 していると考える人もいます。この場合、IAPの作用点はアポトーシス誘導経路のもっとも下流にあたるのだけれども細胞の運命を変えるようなきっかけを与 えるのではなく、死にやすい、とか、死ににくい、といった環境づつりといったところでしょうか。cIAP1とcIAP2は炎 症系の転写調節因子であるNF -κB(後述)の活性化によって大量に誘導されるタンパク質であり(一 次元電気泳動で見えるぐらい！)、NF-κB活性化時には細胞が死ににくいという現象と関係している可能性が指摘されています。

なお、全てのBIRタンパク質の基質がアポトーシス調節因子だけかというと・・・必ずしもそうではないようです。というのは線虫のBIR タンパク質は細胞質分裂に関与することから、細胞質分裂に関与する因子を認識すると考えられるからです。動物のIAP同様にBIRをもつタンパク 質は酵 母にも存在し、細 胞分裂に重要な働きを果たしています。線虫でも同様です。高等動物においてもBIRタンパク質の一種survivinが同 様の機能を果たしているらしいことが明らかになっています。このことから、BIRの結合相手は必ずしもアポトーシス調節因子でない可能性も残って います。実際、c-IAP1,2はTRAF の結合因子として発見された経緯があります。今後、IAPの基質のうち、もっとも重要なのはどれなのか徐々に明らかになることでしょう。
 


 
リンク
関連項目 関連リンクの説明 推奨
カ スパーゼ3/XIAP(BIR)複合体の構造 カ スパーゼ3,7と結合したXIAPのBIRドメインの構造が決定されている。RINGもいれてほしい！ ＡＡ
Diablo に結合したBIRの構造 XIAPがどのようにペプチドを認識するかはっきりと示した最初のもの ＡＡ
cIAP1 のBIRの構造 ちなみにcIAP1は本当に生理的条件下でカスパーゼ活性を抑制する? Ａ
Survivin の構造 ちなみにsurvivinは本当に生理的条件下でアポトーシスを抑制する? Ａ
総説 RINGとユビキチン化に関する優れた総説 ＡＡＡ
なお、ユビキチンによる標識はタンパク質の分解だけに使われるのではなく、そのタンパク質の機能を調節するために使われることが あります。たとえば、転写や膜小胞の仕分け(ソーティング)などでは、その中心的な役割を果たすタンパク質がユビキチン化されることで調節されています。 ユビキチンにはSUMO,ISG15といったタンパク質の仲間があり、同様に調節的な役割を果たしています。ですから、ユビ キチン化は IAPにようにアポトーシスの実行分子の分解を促進することによりアポトーシスを阻害するだけではなく、こうした調節的な役割を介してアポトーシスに影響 を与えることもあります。

アポトーシスの中心的な転写調節因子であるp53はmdm2などのE3によってユビキチン化され、調節されています。

遺伝子が傷ついたとき、p53自身の合成が更新するとともにユビキチン依存性の分解が抑制されます。また、ウィルスに感染するとp53が働い て、ウィルスが増えないように細胞を増えなくしたり、アポトーシスをおこすようにします。Ｅ３がユビキチンをターゲットにつけることによってその分解のた めの標識や分解や働きを制御するのに対して、逆にユビキチンをはずすものもあります。USPで す。E3と同じように、USPもユビキチン化された、しかも特定のターゲットを認識するためのドメインを持ちます。たとえ ば、E3であると考えられるTRAFがMATHと呼ばれるドメインを持ちますが、USP7(HAUSP)もMATHを持っており、ユビキチン化されたp53 からユビキチンを除きます。これに対していくつかのウィルスは逆にUSP7 に結合するタンパク質を持っており、うまく自分の増殖に役立てています。
 

E3やUBPの中にはE3をターゲットにするものもいくつか知られています。TRAFはCYLD というUBPでユビキチン化をはずされますし、ショウジョウバエのDIAP1はMorgueと 呼ばれるE3でユビキチン化されます。ユビキチン化は情報伝達系の代表的なタグであるリン酸化と同様に、ユビキチン化カスケードともいえる べき複雑できめの細かい情報伝達系を構築しているのです。
 
 
 


 
自己の遺伝子を壊すというマゾイスティック な瞬間 -DFFとCIDE-

 
 
 
再び問う　死はどこからきたか　 -Apaf-1/Ced-4の仲間たちとミトコンドリアという名の侵入者-
クローン病の予防・治療への提言(骨 髄移植における注意および納豆汁の薦め(?))
今世紀最初の年、私どもはNod2がクローン病の 病因遺伝子らしいことをつ きとめました。クローン病 は小腸や大腸などで繰り返し炎症をおこす病気です。一旦良くなったり悪くなったりします。炎症を繰り返した結果、潰瘍ができます。多くの患者さん (日本全国で約1万4千人、全米50万人)がいらっしゃるにもかかわらず、その病因は不明でした。潰瘍は炎症を繰り返すことで悪化しますので、免疫系の異 常が考えられていました。ただ、この病気が遺伝によっておこるのか、それとも環境によっておこるのか、はっきりわからないところがあり、それが研究を遅ら せました。クローン病はし ばしば細菌との関わりあいが疑われ、炎症を起こす原因の一つである細菌に対する応答性がおかしくなっている可能性がありました。
 

遺伝子の場所(遺伝子座)を調べたところ、Nod2とク ローン病のものとぴったり一致しました。そこで、患者さんのNod2の構造を調べてみると、LRR 部分などに欠損が見つかりました。LRR はNod1やNod2が細菌の成分に応答するために重要で、この領域がないともはや細菌成分に応答できません。驚いたことに正常な人にも同じ遺伝 子欠損を持つ人がい ます。このことはクローン病は予防できること・見た目正常な人でも発症しうる可能性を示唆するものです。

どうして一部の人だけクローン病になるのでしょうか。

患者さんのもつ変異Nod2を調べてみると細 菌成分に応答できなくなっています。別のいいかたをすると遺伝的素因があっても特定の細菌に触れる機会がなければ免疫は健常人と変わらないことに なります。かといって予防として菌を全部殺してずっと無菌状態を保つことはむずかしいです。また、腸内細菌は人体に多くのメリットを与えてくれますので、 腸内細菌がいないと逆に他の病気にかかりやすくなってしまいます。そこで腸の調子(マイクロフローラ)をととのえることが重要であると考え られます。

クローン病の予防にはとりあえず以下が重要だと思われます。これらのうちいくつかは炎症の沈静化に有効と考えられていましたが、初発予防にも有 効と予想されます。

1. マイクロフローラを変えるような食事内容をしないこと。
2. 旅行等の時、食べ物・飲み物が急に変わらないようにすること
3. 感染症治療や骨髄移植などのときにマイクロフローラに十分に注意すること。とくに抗生物質投与後。
4. Nod2はモノサイトで機能していると考えられることから免疫系を大きく変えるものに注意する。たとえば、ストレスとか疲れなど。

また、クローン病をご存知の方はお気づきかと思いますが、遺伝子だけではなく食事療法など今まで有効といわれていた対処療法の標的である環境要 因がNod2とその下流に密接に関連していることがわかります。いや、Nod2系の働きで全て説明できるといっても過言でないかもしれません。従って、今 後は食事療法他を組みたてる上でNod2への影響を考えれば、極めて有効に働くと考えられます。
最後に、発症以前に自分のNod2の遺伝子配列を知っておくこと、もしも機能異常が予想されるなら上記に特に注意することが重要だと思います。自分の Nod2が細菌成分に応答できないか、つまりどんなマイクロフローラや食事がよくないかを把握していたほうがいいと思います。もちろん、調べられる範囲に は限りがあります。例え変異がみつからなくてもNod2遺伝子が機能していない可能性がありますので、ご家族にクローン病をお持ちの方は上記に注意すべき でしょう。4については逆に症状の重い患者さんに吉報でもあります。Nod2 は主に血液の免疫細胞であるモノサイト・マクロファージ系で 働いているようですので

正常なモノサイトを導入することで病気が根本から100%治る可能性がある

からです。症例が少ないですが、実際、骨 髄移植でクローン病が治ったとの報告があるからです。免疫型がぴったり合うドナーさえあれば重度の患者さんの場合、治療法の一つとして十分考えら れます。炎症の研究者のみなさん、モデルマウスなどでデータを集めてください！きっと患者さん助かりますよ。
逆に、nod2の変異を持ったドナーから骨髄移植を受ける場合、クローン病を発症する可能性が考えられることを先ほどの抗生物質の使用後の 注意とともに警告しておきます。現在、無検査の状態ですが、移植を行う方は今後の研究の進展をぜひ見守ってもらいたいです。

もちろん、まだ、解決していない主要な現象も多くあります。Nod2は血液細胞で発現しているほか、腸ではPaneth細 胞と呼ばれる腸での免疫に大切と考えられいる表皮細胞で発 現しています。クローン病の患者さんやNod2を人為的になくしたマウスでは細菌を殺すための物質(抗菌物質)のひとつであるディフェンシンがでにくくなり、病原細菌であるリステリアに対する免 疫が弱くなります。ですので、こうした腸における免疫の低下もクローン病にかかわっているのかもしれません。現在、ヨーロッパをはじめ、上でお話 しした骨髄幹細胞移植を使ってクローン病がどう治るか、どう伝わるかといった大 規模な研究がなされています。今後の進展に注目したいところです。

Nod1やNod2のLRR領域が完全になくなると細菌成分に対する応答性がなくなり、い つも活性化された状態になります。これは、クローン病の患者さんから得たモノサイト・マクロファージは、腸内細菌の細菌成分で刺激した健康な人か らのものと同じぐらいす でに活性化されている、という現象をある程度、説明できるものでした。ところが、実際に患 者さんから得られた配列はLRR領域の一部のみを欠いており、細菌成分応答性は失うものの決していつも活 性化されっぱなしの状態にはなっていませんでした。むしろ、免疫応答をおこせないというかんじです。ですから、炎症に関わると思われるNod2遺 伝子が働かなくて炎症を起こすという現象は、一見矛盾しているように見えます。Nod2の下流ではIKKβという炎症反応に重要な因子が働いています。と ころが、体の一部だけIKKβを作らないマウスでは、なんと逆 に炎症を起こします。こうした一見矛盾した現象がどうしておきるのか、詳しく調べる必要がありそうです。

また、Nod2の異常が見つかったのではクローン病患者さん全員ではありません(数 %～50%以下)。詳しく調べることでさらに別の欠損が見つかるはずですので、今後割合は増えるものの、家族の方からの遺伝を調べて、明らかに Nod2以外の遺伝子が原因と考えられる方もいらっしゃいます。詳しく調べてみると「クローン病」とごっちゃに診断された患者さんのうち、回 腸部分の炎症が認められる方だけでNod2の異常が見つかっています。このことは症状はおなかの炎症なのですが、糖尿病の場合といっしょでもっと 細かく分類できること、それに見合った治療が可能なことを意味しています。今後、みんなで話し合って新しいネーミングをつける必要があります。

私 たちは最近、Nod1とNod2が細菌の違う成分を調べていることを見つけました。Nod2は多くの種類の細菌に認められる構造(ペ プチドグリカンのMDPという構造)を認識します。これに対してNod1は一部の細菌にしかない成分(DAP 型ペプチドグリカン)を認識していました。乳酸菌の中にはNod1の認識できるもの(DAP型)とできないもの(非DAP型)がいます。DAP型 のものは以前からクローン病の症状を緩和するものとして利用されてきたものです。私たちはさらに進めて、このNod1の認識する成分に当たるものだけを合 成しました。Nod2が働かないクローン病の患者に対して、Nod1を刺激することでクローン病を予防することができるかもしれません。

クローン病の根本予防薬になりうる原型試薬として大いに期待しています。

我々は納豆の細菌(バチラス菌)の中に同 成分を見出しており、今後クローン病における納豆汁の有効性も検討したいと考えています。
 
 
リンク先 内容 誰の
医 療講座 「クローン病・潰瘍性大腸炎について」 クローン病やIBDとは何かわかりやすい リ ウマチ反応陰性脊椎関節炎ホームページ AAA
Crohn's Disease Resource Center All staffs of CD healingwell.com A
クローン 病について思うこと ポストゲノム研究のあり方についての私見 私のいいたい放題 A
ク ローン病とは なにがクローン病なのかの定義がきちんとわかる 特 定疾患治療研究事業 A
クローン病 病変部(内視)等 たいへんわかりやすい解説付。イラストもいい。 丹羽病院 AAA
他の大腸関連の病気といっしょに理解 腸が回るアニメつき・・・ 大腸.COM AA
最近、クローン病と同様に炎症系疾患に分けられるブラウ (Blau)病(まれな家族性の肉芽種性関節炎)の患者さんのNod2遺伝子も健 常人のものと異なることがわかりました。ただ、その差はクローン病のそれと異なって、細菌のセンサーとして働くと考えられるLRR の部分ではなく基幹部分のNODにあり、細 菌との相互作用とは関係なく炎症を引き起こす情報伝達経路を活性化します。また、この遺伝子の差は明らかな欠損といったものではなく、今後、この 差が本当に病気と関連しているのか、さらに詳しく調べる必要があります。

注:私どもは研究を専らに行うもので、治療を直接行ったり、治療施設をご紹介するものでは ありません。病院・お医者様に関するお問い合わせはご遠慮ください。


 
 
CIPER！ - Bcl-10 両刃の剣: 生体防御とMALTリンパ腫 -
CARD(前述)をもつタンパク質が免疫と密接な関係にあるもうひとつの情報伝 達系を紹介します。

Bcl10(別 名CIPER/Bcl10/mE10/cCARMEN/CLAP/c-E10) を中心とする系です。

植物の場合、病原に細胞が感染すると計画細胞死(過敏感反応)が誘導され、これにより病原が他の細胞へ広がるのを防いでいます。その中心がＲタ ンパク質で、そのために植物は多数のＲタンパク質をもち、さらにいろんな病原体に対応するためにLRRの異なるRタンパク質をもつ種を作っています(前述)。

動物ではどうでしょう。動物は植物と違い動くことができます。リンパ球はごそごそと患部までやってくることができます。感染して ヤラれた細胞の計画細胞死に加えて、リンパ球といった免疫系の細胞などが病原や感染した細胞をいろんな方法で攻撃することができます。また、病原が何なの かを調べる段階も二段構えになっています。第一段階として植物のRタンパク質に対応するNodやTLRがまずしらべて、マクロファージ系などを活性化する ものと考えられます。第二段階として、マクロファージによって殺されて分解された病原の一部はリンパ球にある免疫 グロブリンの仲間によって調べられます(前に述べたCIITAが調節しているMHCはこの病原提示を助けます)。

リンパ球には免疫グロブリンの仲間が中心となったT 細胞受容体(TCR)複合体やB細胞受容体(BCR)があって、こうして提示された病原の一部を認識すると次の免疫反応を 誘導する情報伝達物質を合成します。この情報伝達物質の合成にはNF-kB活性化が必要です。本題とはずれますので詳細は飛ばしますが、TCRは細胞の中 へのCa2+イオンの流入を引き起こし、その後、Ca2+依存性でタンパク質をリン酸化する 酵素であるPKCを活性化し、ついでPKCがNF-kBを活性化します。このPKCによるNF-kBの活性化 にCARDタンパク質が必須の役割を果たしています。

この系で中心的な分子がBcl-10(CIPER)です。Bcl10 を欠いたマウスではもはやTCRやBCRによるNF-kB活性化を起こすことができません。逆にBcl-2同様抗体遺伝子の転写活性化領域(エン ハンサー)が転座(遺伝子異常のひとつ)によってタンパク質をコードする領域の近くに来てB細胞で大量に発現するとMALT リンパ腫という癌になってしまいます。このBcl10を培養細胞で大量につくらせるとNF -kB活性化を引き起こします。Bcl10のユニークな点はそのCARDの性質にあります。多くのCARD蛋白質が自分自身には結 合しません。したがって、ARCの ように活性化ドメイン(この場合DD)を持たない蛋白質は他の蛋白質に結合した後も多量体化しないので、アポトーシスを抑制してしまいます。ところがBcl10は CARDを用いてたいへん効率よく自 分自身と多量体化することができます。

MALTリンパ腫には、Bcl10とは別にMALTリンパ腫を引き起こす遺伝子がもう１つ知られています。MALT1で す。MALT1はN末端にDDと免疫グロビンドメインを持つシステインプロテアーゼです(前述)。 このMALT1のC末端のプロテアーゼドメインが転座によってIAP2(別名API2。前述)のN 末端と融合することで、強力なNF-kB活性化因子となります。しかし、もともと正常なMALT1は単独ではNF-kBを活性化しません。 しかし、C末端側のシステインプロテアーゼドメインを多 量体化させるとNF-kB活性化します。このことから、そのN末端側の領域には多量体化を介してNF-kB活性化の調節関与すると考えられまし た。調べてみると実はこのN末端側の免疫グロブリンドメインにはBcl10が結合し、Bcl10 の重合化を介してMALT1同士が近接することがわかりました。

このBcl10・MALT1の基本的な部分とPKCをリンクする役割を果たすのがBimp1(別 名CARD10,CARMA3), Bimp2 (別名CARD14, CARMA2),Bimp3(別 名CARD11,CARMA1), CARD9と いったBimpファミリーです。BimpファミリーはN末端にCARDをもち、これを介してBcl10に結合 します。Bimp1(別名CARD10) はPKCによるNF -kB活性化に必須の役割を果たし、CARD を欠いたBimp1は全てのPKCによる正常なNF-kB活性化を阻害します。Bimp3 に欠陥のあるマウスはリンパ球でのTCRやBCRからの情報伝達がおかしくなってしまいます。
CIPERを 欠くマウスではリンパ球でのNF-kB活性化ではなく中枢神経ができる過程も異常になり、免疫系だけではないもっと一般的な役割が考えられていま した。中枢神経ができるときにはNF -kBの活性化が必要ですが、CIPERを欠くマウスでは神経ができる過程にで板上(神経板)だった部分が閉じる最中、アポトーシ スを起してしまい、正常な管状構造(神経管)になりません。実際、Bimpファミリーは免疫系のPKCだけではなくPKCαやPKCεなど のPKCによるNF-kB活性化にも関与するらしいことがわかりました。

BimpのC末端にはコイルドコイルという共通の構造があり、さらにBimp1,2,3はMAGUKと呼ばれるド メインのセットを持っています。MAGUKは、PDZ,SH3,グアニル酸キナーゼ様ドメインの三点セットを指し、これをも つタンパク質は他の細胞内情報伝達因子の「足場」(scaffold)の役割を果たします。おそらく、BimpはCARD以外のドメインを介して上流の因 子と、CARDを介して下流因子であるBcl10と結合することにより情報伝達に関わっているのでしょう。

ところで、MALTリンパ腫はたいへんユニークな癌です。なんと、細菌を殺す薬である抗生物質で治せる場合があることです。つまり、バイキンを コロすと癌がなおるのです。MALTとの関係がもっとも疑われているバイキンはヘリコバクター・ピロリ(通称ピロリ菌)という細菌です。通 常の場合、ピ ロリ菌がいてもNF-kB活性化を介して炎症を含む免疫反応おこすだけですが、IAP2はNF-kBで活性化される遺伝子ですから(前述)、MALT2遺伝子がIAP2遺伝子と同じ制御を受けるようになるとNF-kB活性化は雪崩式に増幅すると想 像されます。本来、細菌などの病原をやっつけるためにあるシステムが逆に壊れてしまうと、普通なら病気にならないような細菌で病気になってしまうなんて、 まさにMALT関連の遺伝子は両刃(もろば)の剣といえるのかもしれません。
 
 
 
 
 

図　Bcl-10(CIPER)による免疫反応の調節
(作業仮説)
抗原等が提示される
↓
B・T細胞受容体に結合する
↓
PKCが活性化される
↓
Bimpsにより情報伝達
↓
Bcl10(CIPER)の多量体化
↓
MALT1が近接する
↓
？
↓
IKKγ(NEMO)
↓
IKK酵素活性の上昇
↓ 
NF-κB活性化
↓ 
抗体やサイトカインなどの生産
↓
病原に対する耐性

 
 
-癌とCIPER(Bcl-10)の関係をめぐる熱い討論-
ほとんど場外乱闘。「転座による過剰発現以外の変異を論じるからこうなるのでは」という意見も・・・
  内容   推奨
Bcl-10と癌の関係 元文献 Willis ら, Zhang ら Ｂ
RE:Bcl-10と癌の関係 反論 Fakruddin ら,Apostolou ら ＢＢ
RE:RE:Bcl-10と癌の関係 反論の反論 Martin ら ＢＢＢ

 
 
-目で見るMALTリンパ腫-
   説明   推奨
MALTリン パ腫病変部(内視)
Atlas of Gastrointestinal Endoscopy Ａ
MALTリンパ腫病変 部(内視２)
Drいぶき の内視鏡検査室 Ａ
わかる！ 独説免疫学 おお、これならわかる。学生教育チュートリアルも いい 近畿大学医学部免疫学教室 ＡＡＡ

ウマのウィルスの一種はCIPERとそっくりの因子E10を 持っており、CIPER同様にNF-κB活性化を引き起こします。NF-κBの活性化は様々な免疫反応を誘導しますので、本来はウィル スなどの病原体の排除に重要な役割を果たしています。しかし、かなりの数のウィルスは、ウィルス感染によって活性化されたNF-κBを巧みに利用して増え ることが知られています。白血病ウィルスHTLVがその一例です。アポトーシスを含むウィルス除去機構を様々な方法で抑えこみながら(後述)、一方で誘導されたNF-κBの転写促進活性を利用して自分の体を作るのです。また、いくつかのウィ ルスは積極的に自らNF-κB活性化を誘導するものがいます。例えば、HTLVｰIはtaxを持ち、これでNF-κBを活性化します。つま り、本来、ウィルスのような病原から体を守るシステムを乗っ取ってしまうのです。E10もそのような遺伝子の一つであるのかもしれません が、ウィルスとの増殖との関連についてまだ、調べられていません。
 


 
 
ひょっとしてみんないっしょ？ -NF -κBとカスパーゼの活性化機構の類似性- 
Apaf-1/Caspase-9系が専ら細胞死のみを調節するのに対して、細胞内Nod1/RICK系 やTNFα受容体といった細胞膜死受容体系などは細胞死のみならず、転写調節因子NF-κBの 活性化します。このような転写調節と細胞死のカップリングは、植物細胞で知られている過敏感反応とよく似ています。実際、Nod1やApaf-1は 過敏感反応の主役Nタンパク質とその仲間と似ています(前述)。アポトーシスと転写調節 因子の活性化をカップリングさせることには二つのメリットが考えられます。

ひとつは下流の調節タンパク質によって細胞の生死を切りかえることができることです。シグナル分子を受け止めるとき重要なのは、いつ受容したか ということと、その後どんなリアクションをすべきかです。もしも同一のシグナル分子でタイミングが調節できて、異なるリアクションができるなら、例えば、 発生過程で同一段階にある細胞の生死を他のシグナルの有無を考慮に入れながら決められるわけです。この場合、第二のシグナルはアポトーシス調節因子の量か 機能を調節している必要があります(この点についてはまだ不明な点が多いです)。第二のメリットは、自分自身は死にながら他の細胞に情報を送れる点です。 植物の過敏感反応の場合はこちらで、病原体の感染細胞は自殺しながらも周りの細胞に「か、感染したぞぉ。俺は死ぬけど、後をよろしく守ってくれ」という情 報を送るわけです。

また、カスパーゼ１などのいくつかのカスパーゼはアポトーシスではなくインターロイキン１β(IL-1β)や１８(IL-18)のプロセシング に関与しています。Nod1系や死受容体系はNF-kBを活性化して情報伝達物質などの合成を促進するとともにIL1βやIL18の分泌も促進しているの かもしれません。
 

TNFαなどの細胞膜死受容体系とNod1系は以下の２点でよく似ています。
 
 
① いづれもカスパーゼを活性化すること
② 両系いづれもよく似たキナーゼRICKとRIPが重要な役割をしていること

①については既にカスパーゼの近接活性化モデルでとりあげたように、Nod1系 (または類似タンパク質Apaf-1)ではカスパーゼ9が、死受容体系ではカスパーゼ8が最初に活性化されま すが、いづれのカスパーゼも上位の活性化因子と結合するための領域をもっており、上位の因子が多量体化・集合することで活性化されると考えられます。一 方、②のRIP,RICKの構造はたいへんよく似ており、その機能も類似しています。RICK,RIPと もに下流因子のIKK 複合体に結合します。上流因子には結合できるのだけれども下流のIKK複合体には結合できないRICK やRIPの変異体はNF-κB活性化を阻害します。このことはRICKとRIPがそれぞれNod1系,TNFR1系のNF-κB活性化に必須の役 割を果たしていることを示しています。実際、RIP 遺伝子を人工的に欠損させたマウスではTNFαによるNF-κB活性化が起きなくなります。

え？ IKKって何だって？

そうですよね。IKKもそうだけど、NF-κBに ついてきちんと説明していませんでしたよね。

NF-κBに は２つの顔をもつ転写調節因子です。まず、表皮や肝臓の発生段階での一部のアポトーシスを調節しています。その分子機構についてはまだ不明な点が多いです ので、ここでは述べません。

次にNF-κBは 菌・細菌・ウィルスなどの病原体に感染したときに起きる免疫反応を、他の転写調節因子であるAP1(Jun/Fos)とともに仲介していま す。NF-κBは日頃、その阻害因子I-κBと結合しています。I-κBは刺激を受けると壊されて、自由に なったNF-κBが標的遺伝子を活性化するという寸法です。I-κBの分解はそのリン酸化によって調節されていて、リン酸化 をうけるとI-κBはユビキチン化を受けてタンパク質分解装置であるプロテオソームに認識されて、分解されます(IAPの項参照)。従って、免疫応答でのNF-κBの活性化で重要なのはI-κBのリン酸化に行う酵素(略してIKK) の活性調節なのです。IKKはタンパク質の複合体でIKKα(別 名CHUK/IKK1),IKKβ(別 名IKK2),IKKγ(別 名NEMO/IKKAP1/FIP3) というサブユニットからなっています。IKKαとIKKβはタンパク質をリン酸化する活性を持ち(キナーゼ活性といいま す)、AP1活性化や他のストレス応答の上位キナーゼとよく似た形のタンパク質です。これらに調節タンパク質であるIKKγが結合していま す。IKKγはTNFα,IL1などの刺激をIKKαやIKKβに伝える橋渡しの役割を果たしています。

RICKとRIPはIKKγに直 接的に結合します。こうして、Nod1や死 受容体はRIP・RICKそしてIKKγを介して、IKKα,IKKβの活性を調節し ているものと考えられます。したがって、RIPとRICKにNF-κB活性化の機構はほぼ同じです。他の免疫系の情報伝達経路(IL1・TLR, PKR)についても同様のメカニズムが考えられます。TNFαは三量体(３つの分子が集合したもの)で、TNFR1はTNFαに結合すると三量体化するも のと考えられています。Nod1のトリガー分子は現在わかっていませんが、Apaf-1との類似性から見て、シグナル受容後は多量体を形成するものと考え られます。RIPとRICKさらにIKK複合体はNod1とTNFR1複合体に結合しますので、IKK複合体は受容体複合体の多量体化を介して互いに近づ くものと考えられます。このIKK複合体はこのIKK複合体同士の近接によって活性化される可能性があります。実際、細胞の中でRICK,RICKや IKKの各サブユニットを人 工的に近づけてやるとNF-κBの活性化が起きます。もっと違った情報伝達系ではどうでしょうか。CIPERは そのCARDを介して多量化します。CIPER の中央部は下流因子のMALT1に結合しています。これらの因子を強制的に多量体化させると、やはりNF-kBを活性化しました。

「おやおや、こうしてみるとみんななんだか似てますね」

そのとおりです。
 
 
①細胞膜で死シグナルを受ける死受容体系も、Nod1(またはApaf-1)もいづれも、それぞれの系特有のカスパーゼをもつこ と。NF-κB活性化するしくみの中でも両系は特有のキナーゼをもつこと。
②カスパーゼ８も９もともに下位カスパーゼを介して多くの細胞死特有の現象を誘導すること。RIPもRICKもともに下位キナー ゼIKKを介してNF-κB活性化を誘導すること。
③トリガー分子による受容体とその下流因子の多量体化によって実行分子が活性化されること。つまり、近 接活性化モデルが適用できると考えられる点。

最上流実行因子の近接活性化モデル・・・これはもしかすると他の情報伝達系もみんないっしょか もしれません。研究者の皆さん、ぜひあなたのシグナル伝達の最上流実行因子が近づくと働きが上がるかかどうかためしてみてください。

なお、③の点(近接モデル)については明らかでない点があります。酵素の近接活性化は果たして実行分子の修飾を必要とするかどうか、 という点です。最近の研究からカスパーゼ９の近接による酵素活性化にはプ ロセシングによる活性化は必要ないらしいという点です。同様のことがIKKにも言えます。IKKα・IKKβがキナーゼ活性を示すには活性調節領 域のリン酸化が必須です。しかし、TNFαやNod1によるNF-κB活性化の場合、キナーゼの活性化が調 節領域のリン酸化の増進を介するものかどうかまだ明らかでありません。一方で、カスパーゼ９もIKKも基質の濃度が変わっても酵素 活性(Km)に影 響がほとんどない(活性にアロステリック効果ない)ことが知られていますので、両者の活性が近接によって局所的に濃縮された基質濃度によって昂進 しているわけでもありません。今後、酵素学の新たな展開が期待されそうです。
 
 
 

図 カスパーゼとNF-κB活性化の機構

(ブラウザのウィンドウサイズを最大にして閲覧されることを推奨します。図は小さなモニタをもつパソコンにも対応していますが、大きなモニ タだ(とA,B)と(C,D)が横に並んで比べやすいです。)

カスパーゼの調節機構をAとB,NF-κBの調節機構をCとDにそれぞれ示した。細胞質で働くシグナル受容体の代表としてApaf-1系 (A)とNod1系(C)、細胞膜で働く死受容体の代表としてTNF受容体1（TNFR1)系（BとD)を示した。アポトーシス(A,B)ではApaf- 1とTNFR1複合体は、それぞれシグナル分子とチトクロームcとTNFαを受容するとカスパーゼ-9と8に結合し、これらを活性化する。活性化されたカ スパーゼ8と9はさらに下位のカスパーゼを活性化する。TNFR1の場合、TNFR1はカスパーゼ8にTRADDとFADDを介して結合する。Nod1に ついてもApaf-1同様の機構によりカスパーゼ9を活性化するものと思われ、LPSが最有力である。一方、Nod1とTNFR1複合体はトリガー分子を 受容すると、それぞれRICKとRIPに結合する。TNFR1複合体はTRADDを介してRIPに結合する。RICKとRIPはさらに下位のIKK複合体 に調節サブニットIKKγを解して結合する。カスパーゼ・NF-κB活性化いづれの場合も、トリガー分子の受容体への結合により多量体化(または三量体 化)が起き、下位のシグナル伝達分子が互いに近づく。近接した下位のうちの実行分子(アポトーシスではカスパーゼ8,9、NF-κBではIKK複合体)は これにより活性化される。矢印は各分子のドメイン(タンパク質に存在する機能単位構造)間の相互作用を示す。略号：CARD・DD・DED(前述なので省 略),IM(中間領域),LとS(カスパーゼ大・小サブユニット領域),LBD(リガンド結合ドメイン),LZ(ロイシンジッパーなどを含む領域), HLH(HLHモチーフなどを含む領域),nCCとcCC(N末端およびC末端寄りのコイルドコイル構造領域),NOD(ヌクレオチド結合性多量体化ドメ イン),TM(膜貫通領域),TRADD-N(JNK活性化を引き起こすTRAF結合ドメイン),ZF(亜鉛結合ドメイン)

 
細胞死を巧みに操るウィルスたち - エイズウィルスの野望 -

 
 
 
アルツハイマー病根絶とガン細胞撲滅への挑戦

 
 
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Cancer GeneticsWeb 癌関連遺伝子データベースを簡単に検索できる。ためしにBcl-2と入力してみよう。 HTML Simon Cotterillの ＡＡ

 
 
 
癌細胞を殺す闘牛士

 
 
 
 
 
 
 
追試の広場 - あの研究は今 -
このコーナーは、一旦一流雑誌に報告された「あの研究」のその後を私が知りたいという、超わがままな目的のために作られました。従っ て、追試だけではなくその後どのように研究が発展したか、こんなこともできるのではといった内容も含んでいます。いわば研究版「あの人は今」のコーナーで す。「あの研究」のその後をご存知の方、ino@umich.eduまでぜひご一報下さい。また、「あの研究」をされた方自身のその後もお 教え願えれば幸いです。
 
Bcl-2はミトコンドリアで抗酸化機能によりアポトーシスが抑制される(?) あ のCellの論文の後、どう展開したのでしょうか？
Bcl-xL,Bcl-2, Baxは 膜に孔を作ってイオンを通すことでアポトーシスを調節している(?) どなたかBcl-2ファミリーが細胞膜をスパニングしているとか、Bcl -2ファミリー依存性のイオン透過がアポトーシスを調節しているというもっと直接的なデータをおもちですか？細胞でイオン孔を作っているという データをおもちの方いますか？そういえばBaxが酵 母や大 腸菌を殺すという話がありますが、私の現在の系では死なないです。ノ ウハウしだいで蛋白質の大量精製もできます。
あの話題になったBcl-2結合タンパク質は今・・・
  1. カ ルシニューリンがBcl-2に結合するという報告があります。再試された方いますか？Bcl-xLもつきますか？
  2. Bax,Bcl-2やBakが PT孔に結合するという報告があります。再試された方いますか？他のBH3タンパク質もつきますか？生理的に重要ですか?たしか、Bcl -2を小胞体に局在化させても機能同じでしたよね。
  3. E1B 19Kとも結合するというNip1-Nip2の 機能をその後解析された方いますでしょうか？
  4. 53BP2 の結合はBcl-2の機能と関係しているのでしょうか？
  5. R-Ras,H -Rasって本当にBcl-2に結合しますか？
IAPの本当の機能ってなんなんでしょう？ アポトーシス誘導因子であるカ スパーゼ、reaperファ ミリー,RICK(RIP2) に結合して阻害するのか、TRAFな どに結合してNFkBやJNKを 活性化してアポトーシスを抑制するのか？だいたい結合領域の本体BIRの結合特異性ってどの程度なんでしょうか。それとも・・・あなたのご意見お聞かせ下 さい。
→IAP はユビキチン連結酵素系であるとの画期的な報告がありました。でも、もっともたいせつな基質は何かという疑問が残っています。
Bcl -xLはApaf-1に結合しない？ 他にも結合が見れない方いますか？？
Dad1は アポトーシス調節因子？ 確 か糖付加酵素のサブユニットですよね。その後、どう研究が発展したのでしょうか？
ア ポトーシス調節因子のプロセシング(?) カ スパーゼ9,Bcl-2,Bcl-xLのりん酸化は本当に重要なんでしょうか？Bcl-xL,Ced-9,MEKK1, その他もろもろのタンパク質のカスパーゼによるプロセシングは本当に重要なんでしょうか？Bid のcaspase-8によるプロセシングってどの程度重要なんでしょうか？必要ないようにも思われますが。→Bid 欠損マウスが報告されました。マウスはBidの予想される機能が失われているにもかかわらず見かけ正常です。病態などが興味もたれます。
RAIDD とIch-1は結合しますか？ 追試された方ぜひご一報下さい。Cellの 論文でどうして追試がないでしょうか？
以下のタンパク質は本当に相同性がある？ BRAG1と Bcl-2ファミリー、MADD・Sivaと DD。FASTと キナーゼ。BAR, SCC-S2と DED。BH3とp193。 相同性の有為性を示す方法をご存知の方ぜひご一報ください。
  • 以前掲示していましたBadについてはBH3タンパク質である(1,2,3) ということで無事決着しました。BH1/BH2 と相同性があると報告されたときは悩んだのですが・・・
  • ところでSivaって本当に細胞を殺しますか？どなたか追試された方いますか？
  • 以前取り上げたFLASHとDED、 Ced4。Nature でとりあえげられました。→反論の反論も出ています。
Bcl -2の機能を上げるというSMNは どうしてそんなに保存性が高いのか？ 酵母の全遺伝子の全塩基配列が決定されました。酵母にBcl-2, カスパーゼ DD, DEDタンパク質がないのにどうしてSMN ホモログが存在するのでしょう。植物にもあります。DAD1のケース(5.参照)と似ていますね。他に機能があるのでは？誰か酵母の遺伝子に欠損 変異を導入されてませんか？
→SMNはスプライシングに関与す るという決定的な論文が出ました。またSMN ホモログもスプライシングに関与しているらしいです。
アンキリンはどうしてＤＤを持っているのか？ ア ンキリンのＣ末は明らかにＤＤと相同性がありますが、どなたか解析されていますでしょうか？
RICK (CARDIAK)はcaspase-1に結合する？ 追試された方がいらしゃいましたらご一方ください。Nod1との結合と比較してほしいです。
RICK(RIP2)はcaspase-1(ICE)のプロセシング関与す る？ RIP2 によるICEの活性化をICEBERGが阻害するといった報告があります。本当にRIP2がICEを活性化するなら、RICK CARDの近接でcaspase-1を活性化できるはずです。ICEBERGはcaspase-1と有意に結合しますか?
DAXXの機能は？ Fas,Ask1 に結合して機能するのか、セ ントロメアのタンパク質なのか。DAXX 欠損マウスはFas感受性なんでしょうか。
AIFの生理的な役割は？ カスパーゼによらない核の形態変化やDNA断片化などを起こすというAIF・・・ でもたしか、DFF45 欠損マウスでは生理的な条件で引き起こされるDNA断片化や核の形態変化がなくなっていますよね。本当に断片化起こすんでしょうか？本当に過剰発 現すると細胞死を誘導しますか？
ASC,DEDD,p84,LRDD/Pidd,MyD88って本当にアポトーシスに関与する？ CARDタンパク質のASC、 DEDタンパク質のDEDD、 DDタンパク質p84とLRDD/Pidd, MyD88。 アポトーシスに関与しているデータをお持ちの方他にいらっしゃいますか？
CIDEはDFFの調節因子？ DFF とCIDEが直接結合するとか、DFF活性を調節するというデータをお持ちの方、他にいらっしゃいますか？
CARD7/NALP1/DEFCAP/NACって有意にApaf-1やcaspaseに結合する？ Apaf-1/NODファミリーのCARD7/NALP1/DEFCAP/NACってcaspaseやApaf-1に有 意に結合しますか？
Noxaは本当にp53依存性アポトーシスに必須？ bax,bak両方を欠くマウスはp53依存性のアポトーシスに耐性です。Noxaは両遺伝子の上流・下流に位置するの でしょうか？KOマウスが待ち遠しいです。
bcl -xの転写はNF-kBで調節される？ 追試された方いらっしゃいますか？
IAPによるカスパーゼ酵素活性の調節は本当にアポトーシスの制御に重要か？ 部分長のXIAPとcaspase-3,-7の複合体の構造が決定されました。ところが、実際結合しているのはBIR部 分ではないcaspaseの基質部位と似た配列。これではXIAPがcaspaseに特異的に結合しているというより、caspaseがXIAPに特異的 に結合しているというかんじです。本当にIAPによるcaspase酵素活性の調節は重要なのでしょうか。単なる基質競争阻害では？
ランボーは本当に乱暴モノ？ かっこいい名前！Bcl-Rambo。 でも本当にアポトーシスを誘導しますか？
Noxa vs Puma アンチセンスでどちらもp53依存性細胞死が抑えられるというNoxaとPuma。どっちが本当に必須？だいたいアンチ センスの結果って、ノックアウトと一致しない場合が多くありません？
Humanin？なんだそれ？ 細 胞死を抑制するって・・・遺伝子がmtDNAなのにだいたいどうやってタンパク質になる？？？実験に使われたのはリボソームRNA遺伝子の一部で すけど、本当にタンパク質レベルで効いている？
コウボにアポトーシスがある？ メタカスパーゼとして報告されたYor197wはカスパーゼ同様にAsp残基の下流を切るらしい、細胞死に関係するらし いとの報 告が出ました。構造とあいません。本当でしょうか？ほんとうに論文にある細胞死をアポトーシスと呼んでいいのでしょうか？
その他
 結晶化まで済んだSmac/Diabloや IAP。最近話題になったAven。 お仕事された人や仕事のその後にたいへん関心があります。ぜひ、そのうちとりあげたいです。(じ、時間が・・・)

→おっと、調べる前に当の研究室から学会報告がありました。Avenは転写活性化因子だそうです。また学会では他の人が XIAPを除去したS100でもApaf-1活性はかわらないという結果を報告しました。KO マウスの結果とも一致しますね。
クローン病の変異Nod2は炎症の原因そのもの？
 クローン病と同変異じNod2を導入したマウスでMDPでもっ とNF-kB活性化をおこすという報告が出ました。本当の患者さんの細胞を使った私 たちの結果や他 の研究グループの結果と合いません。このマウス本当に大丈夫？いや、マウスはヒトと違うのかな？？

 
 
 
 
 
 
 
 
 
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