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PEBP2／CBFに よる組織特異的遺伝子発現制御の分子的基盤
PEBP2／CBFに よる組織特異的遺伝子発現制御の分子的基盤 重定勝哉 PEBP2／CBFはDNA結 合を担 う αサ ブユ ニ ッ トと非DNA結 合1生の βサブユ ニッ トか Database Center for Life Science Online Service らなるヘ テロ2量 体 である，最 近，αサ ブユニ ットの中核 をなすRuntド メイン と βサブユ ニッ トの 立体構造がNMR解 析 によ り相つ いで決 定され た．Runtド メイ ンは β シー トを骨 格 とするSタ イ プ免疫 グロブ リンフォール ドか らなる ことがわか り，そ の構造機 能連関 に ついて重 要な示唆が もたらされた．他 方，PEBP2全 体 は非 常に複雑なモ ジュール構造をも ち，それ を通 じて他の さまざまな 転写因子 と相互作 用す る ことによ ってマスター レギ ュレ ー ター としての多面的 な役割を こな して いることが わか ってきた ． 【立 体 構 造 】 【Sタ イ プ 免 疫 グ ロ ブ リ ン フ ォ ー ル ド】 【共 同 的DNA結 合】【 多 機能 モ ジ ュール構 造 】 は じ め に 本 特 集 の 他 の 項 で す で に 紹 介 さ れ て い る よ グ ル ー プ に 属 す る こ とが わ か った ． また この 構 造 か ら， う にPEBP2／CBF（polyoma 白血病 や 鎖骨頭 蓋 異形成 症 protein／core virus enhancer binding サ ブ ユ ニ ッ ト と非DNA結 factor） はDNA結 binding たRuntド 合 を担 う α 合 性 の β サ ブ ユ ニ ッ トか ら （CCD） の 患 者 で 同 定 さ れ メ イ ン変 異 （ 大 里 ら， 小守 の項 参 照 ）の 示 す 形 質 が よ く説 明 され た ． 一 方 ， 生 物 学 的側 面 で はPEBP2 構 造 的 に は血液 細胞 系 や骨芽 細胞 系 の分 化 を司 るマ スター レギ 既 知 の どの 転 写 因 子 と も似 て い な い こ と か ら， 新 しい ュ レ ー タ ー と し て枢 要 な 役 割 を 担 う こ とが は っ き り し カ テ ゴ リー の転 写 制 御 蛋 白 質 と して そ の 構 造 機 能 連 関 て きた． そ の 際PEBP2は な る ヘ テ ロ2量 体 で あ る1，2） ． α， β と も に1次 単 に各 経 路 の 分 化 を誘 導 す る に大 き な 関 心 が 寄 せ られ て い た が， 最 近 つ い に α サ ブ だ け で な く， 経 路 の 途 上 に位 置 す る 多 数 の 遺 伝 子 群 の ユ ニ ッ トの 中 核 領 域 を な すRuntド 発 現 制 御 に 終 始 関 与 し続 け， い わ ば進 行 係 と して の 役 Words（p．63） NMR解 メ イ ン ［→ 今 月 のKey を あ わ せ 務 め る． これ はPEBP2が ］ と β サ ブ ユ ニ ッ トの 立 体 構 造 が と も に メ イ ン は β シ ー ト を 骨 格 と す るSタ 正 あ るい は 負 に働 く さ ま ざ ま な 転 写 制 御 因 子 群 と の 間 で標 的 遺 伝 子 ご と に 析 に よ り 決 定 さ れ た3，4） ． こ れ に よ り ，Runtド イ プ免 疫 グ ロ ブ リ 組 む 相 手 を 変 え なが ら共 同 作 用 す る こ とに よ っ て い る． ン フ ォ ー ル ド と よ ば れ る 構 造 を も っ て お り， こ の 点 で そ の 基 盤 と してPEBP2α NF-xB(nuclear あ う多 数 の 機 能 モ ジ ュ ー ル か ら な っ て い る こ とが わ か or of activated factor κB),NFAT1(nuclear ducer and activator Katsuya Shigesada， Research,Kyoto fac- T cell),p53,STAT(signal of transcription） っ て き た ． 本 稿 で は ， こ う した 背 景 をふ ま え，PEBP2 transt の分 子 構 造 と組 織 特 異 的 転 写 因 子 と して の機 能 的 特 徴 な ど と共 通 の 京 都 大 学 ウ イ ル ス研 究 所 遺 伝 子 動 態 調 節 部 門 University,Kawahara-cho,Shogoin,Sakyo-ku,Kyoto サ ブ ユ ニ ッ トは複 雑 に影 響 し （〒606−8507 京 都 市 左 京 区 聖 護 院 川 原 町 ） ［Institute for Virus 606-8507,Japan]E-mail:[email protected]. ac・JP Molearlar Mechanisms of PEBP2/CBF as a Master Regulator of Tissue-specific Gene Expression 55 Ⅰ Database Center for Life Science Online Service 56 蛋 白質 核 酸 酵 素 図l PEBP2α Vol．45 No．1 （2000） サ ブ ユ ニ ッ トの1次 ア ミノ 酸 番 号 はPEBP2αBの 線 で 示 した ．NLSは 構 造模 式 図 場 合 を示 す ． 中 央 の バ ー にア ミノ酸 のペ プチ ド鎖 を模 式 的 に 示 し， その 下 に お も な機 能 領 域 とそ の範 囲 を 実 核 移 行 シ グ ナ ル を 示 す ． バ ー の 上 下 に これ ま で に 同 定 され た転 写 活 性 化 ドメ イ ン に相 互 作 用 す る こ とが 示 され た転 写 因 子 を列 挙 して あ る． に 焦 点 を絞 っ て 紹 介 す る こ と と した い ． モ ロ グ 問 で全 体 と して50％ 付 近 で あ る ． この うちC末 端 側 は プ ロ リ ン， セ リン， ス レオ ニ ンに 富 ん で お り， 転 写 活 性 化 モ チ ー フ の 一 つ と して 知 られ るPEST配 列 に 近 い 配 列 も認 め ら れ る が ， そ れ が 直 接 的 に 転 写 活 性 化 1． サ プ ユ ニ ッ ト構 成 と1次 構 造 図1に に働 くか ど う か は定 か で な い ． そ れ よ り も， 詳 し く見 α サ ブ ユ ニ ッ ト （PEBP2αB／Runx1） の1次 る と，C末 領 域 全 般 に数 残 基 か ら20∼30残 基 の 長 さで 構 造 と これ まで に同 定 さ れ た機 能 ドメ イ ン を模 式 的 に ブ ロ ッ ク状 に よ く保 存 され た モ チ ー フが10カ 示 す ． α サ ブユ ニ ッ トにつ いて ま ず 注 目 され るの は， い に 並 ん で い る の が む し ろ 注 目 さ れ る． これ ら は ， 他 の 所以 上 密 まや そ の 標 章 と も な っ て い るRuntド メ イ ンで ， こ こが 制 御 因 子 との 相 互 作 用 の た め の 特 異 的 接 点 また は そ の 合 とβ サ ブ ユ ニ ッ ト との 会 合 能 を と もに担 っ て 構 造 的 足 場 に な っ て い る も の と予 測 さ れ る ． 実 際 ， 太 い る5，6） ． も う1カ 所 ， ア ミノ酸 配 列 上 と くに 目 立 つ の 線 で 示 し た よ う に さ ま ざ ま な 部 位 ・領 域 に つ い て そ こ は ，C末 端 のVWRPY配 に 関 連 す る 機 能 あ る い は相 互 作 用 の 相 手 が 同 定 され て DNA結 列 で あ る． これ は， これ まで に 調 べ られ た す べ て の 種 の どの α サ ブ ユ ニ ッ トホ モ ロ グ （ 主 要 ア イ ソ フ ォ ー ム ） に お い て も， 完 全 に 保 存 さ れ て お り（た だ し， 線 虫 で は最 後 のYがFに 保存 的 に いる （ 一 部 は下 記 で 詳 し く取 り上 げ る ）． β サ ブ ユ ニ ッ トで も， シ ョウ ジ ョ ウバ エ と哺 乳 類 の 間 で 中 央 部 の 小 領 域 を 除 い て 非 常 に 高 度 に配 列 が 保 存 さ 置 換 さ れ て い る ）， 抑 制 因 子 と し て知 られ るGroucho／ れ て い る ． 哺 乳 類 の β の場 合 ，1∼135残 TLE（transducin−like の 基 本 的 活 性 ， す な わ ちRuntド enhancer of split） との 結 合 に 関 与 す る こ とが 示 さ れ て い る ． 残 る部 分 の 配 列 保 存 性 はRuntド 56 メ イ ン よ りか な り低 く， 哺 乳 動 物 の3種 のホ びDNA親 基 の 部 分 にそ メ イ ン との 結 合 能 お よ 和 性 増 強 能 が 局 在 す る こ とが 示 され て い る ． PEBP2／CBFに よる組織特異的遺伝子発現制御の分子的基盤 2．DNA結 合 因子 と しての基 本 的性 質 PEBP2／CBFは 当 初ポ リオ ー マ ウ イ ル ス エ ンハ ン サ ー 中 の シ ス エ レ メ ン ト（GACCGCA） 白 血 病 ウ イ ル ス （MLV） （TACCACA） 速 度 の低 下 に 由 来 す る． この 際 ，DNAと ， あ るいはネズ ミ エ ンハ ン サ ー の コ ア 配 列 に結 合 す る 因 子 と して 同 定 さ れ た ． そ の られ て い る． また ， α サ ブ ユ ニ ッ トはDNAを α に ア ロ ス テ リ ッ ク に働 い てDNA結 た はGを 示 され た．PCRを 示 す ）， あ る こ とが 利 用 した 結 合 配 列 選 別 法 （SAAB法 ご とに2∼3倍 は2な か ら10倍 ら1カ 所 外 れ る 弱 くな り， 最 大 と最 低 の 間 で い し3桁 の 開 きが 出 る． た だ し， 注 目 す べ き例 外 と し て， 後 述 す る よ う にEts-1と ）． これ ら の観 察 か ら β は 合 に適 した コ ンフ ォ ー メ ー シ ョ ン を安 定 化 さ せ る もの と考 え られ る ． こ の こ と は後 述 す る立 体 構 造 解 析 か ら も支 持 され た ． ） で も同 じ結 果 が 得 ら れ て い る． コ ンセ ンサ ス の 範 囲 で あ って も， そ の 親 和 性 はGACCGCAか 軽度 （ 約 50度 ） に 折 り 曲 げ る こ とが 示 され て お り， β は そ れ を わ ず か に増 強 す る （ 約60度 最 も広 義 の コ ン セ ン サ ス はPuCCPuCPuで Database Center for Life Science Online Service ま っ た く変 わ ら な い こ とが メ チ レー シ ョ ン 干 渉 あ る い ー 中で結合 部位 が検 出 され 認 識 配 列 はPuACCGCA（PuはAま の接触 状態 は は ヒ ド ロ キ シ ラ ジ カ ル フ ッ トプ リ ン ト法 に よ り確 か め 後 さ ら に さ ま ざ ま な遺 伝 子 の プ ロモ ー タ ー ／エ ンハ ン サ ， そ れ らの 比 較 か ら最 適 の 57 の協 調 的結合 が あ 3． 立 体構 造 最 近Runtド がWernerと メ イ ン と β サ ブ ユ ニ ッ トのNMR構 造 筆 者 らの 共 同 チ ー ム3,4)およびBushweller らの チ ー ム に よ り決 定 され た ． 両 グ ル ー プ の 結 果 は主 要 な点 で ほ とん ど合致 していた． 以下 で は，筆者 らの る場 合 ， コ ン セ ンサ ス か らか な り外 れ て もCCGCさ えあ れ ば有 意 の 結 合 が み られ る． 面 白 い こ とに， 全 長 の α サ ブ ユ ニ ッ トのDNA結 合活 性 は 見 か け上 非 常 に弱 く β サ ブ ユ ニ ッ トな し で は検 出 し に く い こ とが あ るが ，Runtド メイ ン だ け に切 り縮 め る と結 合 能 が 高 ま り容 易 に検 出 で き る よ う に な る． そ の場 合 で も最 適 配 列 に対 して解 離 常 数 （ 瓦 ） で10-9Mの 桁 （ 室温 で の測定 値 ） で あ り， 転 写 因 子 と して は中位 かやや弱 い ほ うに属す る2・6)． 氷 温 で 測 定 す る と これ よ り2∼3桁 低 いK,値 が得 ら れ る と の報 告 が あ り， 実 験 的 に 興 味 深 い が7） ， この数 値 は in vivaの 状 況 に はあ て は ま ら ない で あ ろ う． β サ ブユ ニ ッ ト が 存 在 す る と親 和 性 は見 か け 上Runtド メ イ ン標 品 で数 倍 ， 全 長 α で は 数 十 倍 高 ま り， ど 図2 ち らの場 合 に も， 最 終 的 なKd （a）Runtド メ イ ンの2次 Runtド メ イ ン お よ び β サ ブ ユ ニ ッ トの 立 体 構 造 構 造 （左 ） お よ び 立 体 構 造 （ 右 ）． 中 抜 き矢 印 は β ス トラ ン ド． 実 線 は ル ー プ 構 造 を示 す ． 網 か けの 部 分 はDNA結 は ほぼ 同 じで10-10Mの 桁 にな る． こ の効 果 は 主 と し て 解 離 合 に 関 与 す る 領 域 を示 す ．？ はDNA結 合 に影 響 す る 点 変 異 ， ＊ は β サ ブ ユ ニ ッ ト結 合 に影 響 を与 え る点 変 異 をそ れ ぞ れ 示 す ． （b）β サ ブユ ニ ッ トの 立 体 構 造 ． 57 Ⅱ 58 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．45 No．1 （2000） よ びR177Q8） 報告 に沿 って要 点 を紹介 す る． Runtド メ イ ンは単 独 で は非 常 に凝 集 しや す く，DNA と複 合 した 形 で初 め て 解 析 す る こ とが で き た ． そ の 中 核 部 分 は6つ の 主 要 な β ス トラ ン ドか らな る逆 β シ ー トバ レル 構 造 を と っ て お りSタ 結 合 が 損 な わ れ る． これ ら の領 域 中 で （1） ， （2）の 部 分 は よ く収 敏 した 構 造 を 示 す が ， （3） の 部 分 のP2か っ た． こ こ で 用 い られ たRuntド けの ォー ル ドに分 類 され る （ 図2a） ． これ まで この 構 造 は 複 合 体 で はRuntド ー シ ョ ン を と りに くい の か も しれ な い ． こ こ で β に よ メ イ ン 蛋 白質 な ど に存 在 す る こ とが 知 られ て い た ．Runtド メ イ ン は これ らの 因 子 っ てDNA結 メ イ ンC末 ら先 は構 造 不 定 で あ メ イ ン とDNAだ 転 写 因 子 の 間 で は，p53で 発 見 され たの を皮 切 りに，NF一 xB，NFAT，STAT，Tド Database Center for Life Science Online Service イプ免 疫 グ ロブ リンフ （白 血 病 患 者 で 同 定 ） に よ りや は りDNA 端 が 安 定 な コ ンフ ォー メ 合 が 増 強 す る こ とを想 い起 こせ ば， β の 存 在下 で は その コ ンフ ォメー シ ョンが安定 化 す る可能性 と1次 構 造 上 は何 の 類 似 性 もな い よ う に み え るが ， 立 が 考 え ら れ る． こ の 期 待 の も と にβ ／Runtド 体 構 造 的 に 同 じ仲 間 に 属 して お り， し た が っ て 機 能 的 DNAの に も何 らか の 共 通 点 を も つ も の と推 察 され た ． ち な み ず β サ ブ ユ ニ ッ ト と の 接 点 と な るア ミノ酸 残 基 が ， 上 に ， こ れ ら の 因 子 で は β バ レ ル の一 方 側 に複 雑 なル ー 記 の3つ プ状 構 造 が み られ ， そ こがDNA結 ラ ン ド，A，G，Fの る ．Runtド 合 の接 点 となっ て い メ イ ン も大 き く見 れ ば こ のパ タ ー ンが あ て は ま る こ とが わ か っ た ． しか し， 既 知 の もの で はα ヘ リ ック スがDNA結 合 部 位 の 重 要 な エ レ メ ン トとして 含 メ イ ン／ 三 者 複 合 体 に つ い て 解 析 を行 な っ た と ころ， ま のDNA結 合 ルー プ をそれ ぞれ支 える β ス ト 上 ， な らび に ル ー プE-F'に し そ の 上 に張 り出 した ル ー プC−Dの 分 布 す る こ とが わ か った ． さ らに ， 以 前 に赤 松 ら9）に よ り同 定 さ れ て い たβ サ ブ ユ ニ ッ トとの 結 合 を障 害 す る ま れ て い るの に対 し てRuntド メイ ン に は そ れ が ま った 変 異A107T，G108Rは くな い こ と， また ，NFATを 例 外 と し て ほ とん どの 場 置 して い た ． この 結 果 か らβ サ ブ ユニ ッ トはRuntド 合2量 体 （NF-κB，STAT，Tド メ イ ン蛋 白 質 ）も し くは4量 体 （p53）と し てDNAに Runtド 結 合 す るの に 対 して メ イ ン は単 量 体 で 結 合 す る点 に違 い が あ る ． Runtド メ イ ン とDNAの 結 合 様 式 に つ い て は， これ 近接 上 にか け て帯 状 に ま さ に ル ー プC−Dの イ ン の β バ レル 側 面 に （ 図2a右 根 元 に位 合 ル ー プE’ 一Fに 乗 りか か る よ うな 形 で 結 合 す る こ とが 示 唆 さ れ た ． そ れ に よ りDNA結 合 領 域 に 何 らか の コ ン フ ォ メ ー シ ョ ン変 化 が 誘 起 さ れ る こ と は想 像 に か た く ま で の と こ ろ残 念 な が ら ど ち ら の グ ル ー プ で も十 分 な な い ． な お 問 題 のArg残 デ ー タが 得 ら れ て お ら ず ， そ の 詳 細 の 解 明 は今 後 の 課 ー シ ョ ン の 決 定 に は ， さ ら に 多 くの 解 析 を 要 す る． 題 と し て残 さ れ た ． し か し， 少 な く と も次 の3つ 域 がDNA結 の領 合 に か な り直 接 的 に関 与 す る こ とが 示 唆 さ れ た． 一方 基 ク ラスター部 のコ ンフォメ ， β サ ブ ユ ニ ッ トは6つ の β ス トラ ン ドか ら な る 逆 平 行 バ レ ル の両 側 に α ヘ リ ック ス が 配 置 した 構 造 を 取 っ て い る． 全 体 的 外 形 は片 側 が 大 き く凹 ん で お り， （1）ル ー プA-B． この 部 分 はDNAの 主溝 での配列 認 Val74の メチ ル 基 と第3， 第4のC残 目 のC残 そ こ に α サ ブ ユ ニ ッ ト と相 互 作 用 す る残 基 が 分 布 して い る． こ の 側 面 で 上 述 の α サ ブ ユ ニ ッ トと合 体 す る も 識 に か か わ る と考 え ら れ る． と6番 メ ， 手 前 側 ），DNA結 基 お よびArg80 基 の間 で接 触 シ グナルが検 出 されてい の と予 測 さ れ る ． 以 上 の 状 況 か ら， 現 在Runtド メ イ ン／β／DNA複 合 る． 大 里 ら に よ り白 血 病 患 者 で 同 定 され た 変 異 （R80C， 体 を用 い た 解 析 に力 が 注 が れ て い る と こ ろ で あ り， そ K83N） の結果 が待 望 され る． は ち ょ う ど こ の 部 分 に落 ち る8） ． （2）ル ー プE'一F． この 領 域 はDNAの 副 溝 での結合 に 関 与 す る もの と推 測 され る． DNA結 合 に 障 害 を 起 こ す 変 異R139Q，S140N， F146S（CCD患 者 で 同 定 ），Sユ40G9），K144A（ 変異 導 入実験 で同定 ） が この領域 に含 まれ る． （3）Runtド メ イ ンC末 端 側 の β ス トラ ン ドGに 末 端 部 と そ こ に位 置 す るArg残 58 続 く 基 ク ラ ス タ ー ． この領 域 に落 ち る変 異K167N，R174Q（CCD患 α サ ブ ユ ニ ッ トは そ の種 類 ご とに 組 織 間 で の 発 現 パ タ ー ン が 異 な る． αAは 骨 芽 細 胞 お よ び軟 骨 細 胞 で と く 者 で 同 定 ）お に 強 く発 現 し て お り， そ の ほ か に胸 腺 ，T細 胞 系 の培 養 細 胞 で 弱 い なが ら検 出 され る． αBは 血 球 系 細 胞 に 全 面 的 に発 現 し て い る ． 血 球 系 の 分 化 に お い て は， ま ず PEBP2／CBFに よる組織特異的遺伝子発現制御の分子的基盤 幹 細 胞 の 段 階 で 強 く発 現 し， そ の 後 い っ た ん 弱 ま っ た 的 に 働 く こ と も あ る ． そ の 相 手 と し て ，DNA結 の ち ， 骨 髄 細 胞 ・T細 胞 ・B細 胞 系 に 分 化 が 進 む と再 写 因 子 び 増 加 し， 発 現 が 維 持 され る． これ に 対 し て 赤 血 球 分 MEF＊3，bZip族 化 系 で は発 現 が 弱 ま る． αCは 前 述 の2種 のMITF＊6，paired 類 とは違 い ， の 仲 間 で よ り 広 範 な 組 織 で 発 現 し て い る． αA， αB， αCは HMG族 cDNA強 制 性 ），SMAD*10族 制 発 現 実 験 で は ほ とん ど同 じ よ う な転 写 活 性 化 能 を 示 す の で ， そ れ ら 自体 で は 標 的 遺 伝 子 の 選 択 性 に 差 は な い よ う に み え る． した が っ て ， α サ ブ ユ ニ ッ はEts＊1族 59 合性 転 のEts-1，PU．1＊2， のC／EBP*4，AP1＊5，bHLH-Zip族 homeobox族 のLEF−1＊8， のBSAP／PAX5＊7， 核 内 レ セ プ タ ー 族 のEar2＊9（ な ど ， ま た 非DNA結 抑 合性 の コア ダ プ タ ー 的 因 子 で はALY＊11，p300／CBP，YAP＊12， Groucho／TLE（ 抑 制 性 ）な ど が こ れ ま で に あ が っ て い トの 種 類 ご と に よ る発 現 パ タ ー ンの 差 に よ っ て お の お る （図1） ． 転 写 因 子 個 々 の 種 類 だ け で な く転 写 因 子 フ の の 分 化 経 路 特 異 的 役 割 分 担 が 保 証 され て い る も の と ァ ミ リー 別 に み て も その 多 彩 さ は驚 くば か りで ある ． さ 考 え られ る． これ に 関 す る重 要 な 参 考 情 報 と し て ，3種 の Database Center for Life Science Online Service α 遺 伝 子 す べ て に お い て2つ の プ ロ モ ー タ ー が か な り距 離 を 隔 て て 存 在 す る こ とが わ か っ て い る． これ らの プ ロモ ー タ ー の 役 割 は ま だ よ くわ か っ て いな いが ， 少 な くとも αAに つ い て は 最 近TGF-β に よっ て 片 方 の プ ロ モ ー ター が 選 択 的 に 誘 導 さ れ る こ とが 示 さ れ た ． 今 後 ， こ う した 解 析 の 推 進 が 望 まれ る ． 他 方 ，β は ほ と ん ど の 組 織 で 発 現 して お り， い つ で も ど れ か の α サ ブ ユ ニ ッ トの 相 手 がで き るよ うにな ってい る も の と考 え ら れ る． Ⅲ． 転写制御機能 冒 頭 で ふ れ た よ う に， PEBP2は 血 液 細胞 系 お よび 骨 形 成 細 胞 系 で 特 異 的 に発 現 す る 多 くの 遺 伝 子 の 制 御 に か か わ っ て お り， そ の 例 は研 究 が 進 む につ れ て ます ます 増 大 しっ つ あ る． ほ とん どす べ て の場 合 ，PEBP2は 他 のDNA 結 合 性 転 写 因 子 と相 乗 的 に働 いて プ ロモー ター活性 の増 強 に 寄 与 す る が ， と き に は抑 制 図3 転 写発現 制御 の 基本 プ ロセ ス Carey10）の 模 式 図 を も と にGieseら11） に よ るTCRα エ ンハ ンサ ー第2エ レメ ン トでの 解 析 結 果 に あ わ せ て改 変 した． ク ロ マ チ ン は 最 初 ヌ ク レオ ソ ー ム構 造 を 取 り不 活性 な 状 態 にあ る． これ に 転 写因 子 が結 合 す る と と も に， ヒ ス トンア セ チ ラ ー ゼ や ク ロ マ チ ン ・リモ デ リ ン グ酵 素 群 が 働 い てDNAが 開 い た構 造 を取 り， こ こ に 各種 の 転 写 因 子 が 結 合 して エ ンハ ン ソソ ーム が 形成 され る． こ の際DNAが 屈 曲 を伴 い3次 元 的 な構 造 を取 る． 次 に転 写 開 始 複 合 体 が 形 成 され て転 写 が 開 始 さ れ る． 59 60 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol.45 No.1 らに そ の 作 用 機 構 につ い て も，DNA結 （2000） 合 レベ ル で の共 同効 果 か ら， コ ア ダ プ タ ー の 呼 び 込 み ， 多 数 の 転 写 因 子 を巻 き込 ん だ エ ンハ ンサ ー 複 合 体 の 三 次 元 的 構 築 （ エ ン ハ ン ソ ソ ー ム ，enhanceosome） ， ク ロマ チ ン の再 構 成 に至 る ま で ， 転 写 制 御 に 関 して これ ま で に提 唱 され た ほ とん どあ らゆ る様 式 が 含 まれ る （ 図3）10,11） ． こう した 多 面 的 な 制 御 様 式 が 集 約 的 に み られ るTCRエ ン サ ー の 例 を中 心 に，PEBP2の ンハ 作 用 機 構 の 種 々 相 を見 渡 して み た い ． 1．PEBP2の 内在 的転写 活性 化能 初 期 の研 究 に お い て ，PEBP2は そ の認 識 部 位 だ け を Database Center for Life Science Online Service 複 数 連 結 し た レ ポ ー タ ー で は転 写 活 性 化 を 検 出 で き な 図4 か っ た た め， 単 独 で は 転 写 活 性 化 能 力 を もた な い の で PEBP2とEts−1のDNA結 合 に お け る機 能共 同 詳 細 は本 文 参 照 ． は な い か と考 え られ て い た ． しか し， 最 近 詳 細 な 欠 損 解 析 に よ り， こ の 考 え は見 直 さ れ る こ と に な っ た12） ． GAL4DNA結 合 ドメ イ ンにPEBP2の さ まざ まな部 分 な い が， 共 存 す る と互 いのDNA結 合 を1桁 か ら2桁 強 を融 合 さ せ た キ メ ラ蛋 白 質 を つ く らせ て そ の 転 写 活 性 め 合 い ， 非 常 に 安 定 なPEBP2／Ets-1／DNA三 化 能 をGAL4結 体 を形 成 す る ． さ らに，PEBP2とEts-1はDNAが 合 部 位 を連 結 し た レ ポ ー タ ー 系 で ア ッ セ イ す る と，PEBP2のC末 端領 域 （ 図1，ID） れ て い る場 合 に は 不 活 性 で あ るが，C末 域 （図1，AD） が含 ま 者 複合 な くて も蛋 白質 一蛋 白 質 問 で 直 接 結 合 す る こ とが で き る ． 端 な か ほ どの 領 最 近 ，Kimら は この 蛋 白 質 問 結 合 に 必 要 な 領 域 を そ れ ぞ れ の 蛋 白質 に つ い て 同定 し， それ らがDNA結 だ け に す る と有 意 の 活 性 が 検 出 され た ． 合 にお IDに 抑 制 機 能 が あ り， そ れ に よ って 転 写 活 性 能 が マ ス け る相 乗 効 果 と不 可 分 に 結 び つ い て い る こ と を明 ら か ク さ れ て い た もの と考 え ら れ る． た だ， この 活 性 化 能 に した13） ． す な わ ち， どち らの 蛋 白質 にお い て も， 蛋 白 は典 型 的 な 転 写 活 性 化 ド メ イ ン を も つVP16な 質 問 結 合 領 域 を欠 損 させ る と単 独 でのDNA結 どに比 合が起 こ べ れ ば か な り弱 い の で ， 基 本 転 写 開 始 複 合 体 との 直 接 りや す くな る 反 面 ， 相 乗 効 果 は そ れ と逆 比 例 し て 失 わ 的 相 互 作 用 に よ る もの と は考 え に くい ． この 転 写 活 性 れ た ． こ の 結 果 に基 づ い て 次 の よ う な モ デ ル が 提 唱 さ 化 領 域 はコ ア クチ ベ ー ター として働 くp300／CBP，YAP れた （ 図4） ． 各 蛋 白 質 は相 手 の 蛋 白 質 が な い 状 態 で は， な ど と の結 合 に か か わ る 領 域 ， お よ び核 マ ト リ ッ ク ス 分 子 内 相 互 作 用 に よ りDNA結 合 が 妨 げ られた 状 態 にあ 結 合 領 域 と重 な っ て い るの で ， こ う した 因 子 ／構 造 体 と る． しか し両 因 子 が 共 存 す る と分 子 内 相 互 作 用 に か か の 相 互 作 用 を介 し て 機 能 し て い る 可 能 性 が 高 い． わ っ て い た 部 分 が 相 手 側 と対 合 す る た め に ， そ れ ぞ れ のDNA結 2． 転 写 因 子 間相 互 作 用 によ る相 乗 的 転 写 活 性 化 ： DNA結 ンハ ンサー ，TCRα 結 合 で き るよ ム は， 特 異 的 な 分 子 間 接 点 を 備 え た2種 合 レベ ル の 共 同 効 果 MLVエ 合 領 域 が 開 い て 自 由 にDNAと う に な り安 定 な 三 者 複 合 体 が 形 成 さ れ る． こ の シ ス テ 類 の転 写 因子 ，TCRQ， な ど多 くの遺 お よ び そ れ ら に 対 す る結 合 部 位 を 適 切 な 位 置 関 係 で 保 伝 子 の プ ロ モ ー ター で はPEBP2とEts−1の 結合 部位 が 持 す る エ ンハ ンサ ー 配 列 が す べ て 揃 っ て 初 め て 働 く の 数 塩 基 か ら10塩 基 前 後 の間 隔 で 近 接 して存 在 す る11） （ 図 で ， 制 御 の 特 異 性 が 単 な る組 合 せ 制 御 に比 べ て 格 段 に 3）． それ ぞ れ の因 子 は単 独 で は弱 いDNA結 高 ま る と考 え られ る． 面 白 い こ とに， その 程 度 （cooper- ＊1 expression vator lymphoid *11 60 taggedsite protein1 ally *6 ＊2 box1 ＊3 microphthalmia-associated enhancer binding of and AML1 purine factor LEF-1 1 *12 合 しか示 さ myeloid elf−like transcription *9 ER$A-related yes-associated factor ＊4 CCAAT／enhancer factor*7B-cell 2 protein *10 small-and binding specific mathers against activator protein＊5 protein/paired decapentaplagic-related acti一 box5 *8 protein Ⅳ PEBP2／CBFに よる組織特異的遺伝子発現 制御 の分子 的基盤 61 ativity） は 最 適 な コ ン セ ン サ ス 部 位 の 場 合 よ り も， む と に よ り， 共 同 性 を発 揮 す る とい う モ デ ル が 成 り立 つ ． し ろ結 合 力 の 弱 い部 位 の ほ う が 強 くな る と理 論 的 に 予 興 味 深 い こ と に北 林 ら の 項 で 紹 介 さ れ て い る よ う に ， 測 さ れ る． 実 際 に ，TCRα PEBP2αB／AML1−ETOに エ ンハ ン サ ー のPEBP2部 位 （ 図 ，AGCCACA，CCCGCAT） CGCA） は 最 適 配 列 くPuAC よ り も親 和 性 が1∼2桁 CPB結 お い て はPEBP2のp300／ 合 ドメ イ ンが 失 わ れ て そ の 代 わ りにETO部 分 に ヒ ス トン ジ ア セ チ ラ ー ゼ 活 性 を も つ コ リプ レ ッサ ー 低 い7） ． これ はTCRの 発 現 に 厳 密 な タ イ ミ ン グ と特 異 性 が 必 要 と さ れ る こ と が 結 合 す る よ う に な り， 元 と は正 反 対 に転 写 の 抑 制 に と， よ く符 合 して い る． 働 く よ う に な る こ とが 見 い だ さ れ て い る ． この よ うに み て くる と， 「因 子 間 相 互 作 用 によ るDNA PEBP2に は また ，TCRα エ ンハ ン サ ー上 で はLEF1 結 合 レベ ル で の 機 能 協 調 」 は厳 密 な制 御 が 要 求 さ れ る と機 能 協 調 す る こ と が 示 さ れ て い た が ， これ に 関 与 す 局 面 に 適 合 した 仕 組 み と して 特 別 の 意 義 が あ り そ う に る仲 介 因 子 と し てALY蛋 白 質 が 同 定 さ れ て い る． 思 え る． こ う した積 極 的 機 能 協 調 の 例 としてNFATと Fos−Jun，GABPとEts−1の Database Center for Life Science Online Service いた が ，PEBP2で ケ ー ス が す で に 知 られ て は， ほか に もMEF，MITF，BSAP な ど多 数 の 因 子 と直 接 相 互 作 用 し相 乗 的 転 写 活 性 化 を α サ ブ ユ ニ ッ トの 分 子 内 機 能 干 渉 は β サ ブ ユ ニ ッ ト ひ き起 こす こ とが 示 され て い る の で ， こ の 制 御 様 式 が と の ヘ テ ロ2量 体 化 に お い て も現 わ れ ，PEBP2のin と く に発 達 して い る の か も しれ な い ． vivoで の 機 能 発 現 に 重 要 な 影 響 を もつ こ とが わ か った ． α サ ブ ユ ニ ッ トはcDNAの 3． 転 写 因 子 間 相 互 作 用 に よる 相 乗 的 転 写 活 性 化 ：コ 合 わ せ た 解 析 に よ り， そ れ 自 体 で 核 内 に 移 行 す る能 力 を備 えて い る こ とが 示 された14） ． この 核 内 移 行 に はRunt アダ ブ ターを 介 する機 能協調 M−CSFレ 強 制 発 現 と抗 体 染 色 を組 み セ プ ター 遺 伝 子 ，MPO（myeloid perox− ドメ イ ン のC末 端 側 境 界 付 近 の 塩 基 性 ア ミ ノ酸 の ク ラ idase）遺 伝 子 な どの プ ロ モー ターで はPEBP2とC／EBP ス タ ー が シ グ ナ ル とな る こ とが 示 され た ． これ に対 し， やPU．1と β は細 胞 質 内 に 留 ま る傾 向 が あ り， α サ ブ ユニ ッ トと共 DNA結 の 相 乗 的 転 写 活 性 化 が み ら れ る． し か し， 合 レベ ル の 共 同 性 は み られ な い． また ， 自 然 の プ ロモ ー タ ー で は両 者 の 結 合 部 位 は約10塩 基対 前後 の 発 現 を す る こ と に よ り初 め て 核 内 に 移 行 す る． 面 白 い こ と に， 完 全 長 の α は β を核 内 に 移 行 させ る能 力 が 非 間 隔 で 出現 す る こ とが 多 い が ， 人 為 的 に この 距 離 を 相 常 に 弱 く， そ れ よ り もRuntド 当 離 し て も依 然 と し て協 調 的 活 性 化 が み られ る ． 両 因 はC末 メ イ ン のN末 端 あるい 端 下 流 側 を 欠 損 させ た 変 異 体 の ほ うが 強 力 で あ 子 が 直 接 相 互 作 用 し な い に もか か わ ら ず ど う し て この る こ とが わ か っ た ． 完 全 長 α で はRuntド よ う な協 調 効 果 が 現 わ れ る の で あ ろ うか ．C／EBPに 側 の 領 域 が 分 子 内 で 相 互 作 用 す る た め にRと る転 写 活 性 化 に 関 して は ， 以 前 よ りp300／CBPと よ よば メ イ ン と両 の結 合 が 妨 げ られ て い る もの と推 測 され た ． これ は ， 前 述 のKim れ る 蛋 白質 因 子 が コ ア ク チ ベ ー タ ー と な る こ とが 知 ら らのinvitro解 れ て い た ． 最 近 さ ら にPEBP2もp300／CBPと と内 在 性 の α は完 全 長 の か た ち で β とヘ テ ロ2量 体 を 結 合 し， 析 に よ り確 証 され た13） ． しか し もと も そ れ に よ っ て や は り活 性 促 進 さ れ る こ とが 見 い だ さ れ 形 成 して 核 内 で 機 能 し て い る は ず で あ り， した が っ て た （ 北 林 らの 項 参照 ）．CBPは 自 然 状 態 で は細 胞 内 で 必 要 に応 じ て α と β の会 合 を促 も とも と， 特 異 的 転 写 因 子 か ら基 本 転 写 複 合 体 へ の 制 御 シ グ ナ ル 伝 達 を媒 介 す す 何 らか の 機 構 が 働 い て い る もの とみ られ る ． そ の 具 るた め の 因 子 とみ られ て い た ． しか し， 最 近CBPは 体 的 メ カニ ズ ム は まだ 明 らか で な い が ，PEBP2の ス トン ・ア セ チ ラー ゼ 活 性 を もつP／CAFと ピ 会 合 して お り， さ ら に そ れ 自身 も ピス トン ・ア セ チ ラ ー ゼ 活 性 を 機能 レ ベ ル を規 定 す る一 つ の 重 要 な調 節 点 と し て 重 要 な 役 割 を果 た して い る可 能 性 が あ る． もつ こ とが 判 明 し た こ とか ら， ク ロ マ チ ン構 造 を 修 飾 し転 写 複 合 体 の 形 成 を容 易 に す る役 割 を あ わ せ もつ と 考 え られ る よ う に な っ て きた ． こ れ らの 知 見 を総 合 す おわ りに 以 上 のよ うにPEBP2は る と，PEBP2とC／EBPはp300／CBPへ 同 時 に結 合 多機 能 モ ジ ュー ル構造 を備 えて お り， それ を通 じて他 複雑 に折 り畳 まれた し， そ れ を エ ンハ ン サ ー ／転 写 因 子 複 合 体 に 呼 び 込 む ご の無 数 の転写 制御 因子 と多 彩 な相 互作 用 を くり広 げて 61 62 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．45 No．1 （2000） い る こ とが 明 らか と な っ て き た ． し か し， そ の 多 様 な 5) 機 能 が どの よ う に し て時 と場 合 に 応 じて 適 切 に 統 御 さ れ る の か は ほ とん どわ か っ て い な い． また ，PEBP2が 関 与 す る各 分 化 経 路 上 で 具 体 的 に ど の よ うな 標 的 遺 伝 6) 7) 子 に ど の よ う な 時 間 系 列 で 相 互 作 用 して い くか に つ い て も， ま だ ほ ん の 一 部 しか わ か っ て い な い ． これ らの 問 題 を さ ら に深 くか つ 総 合 的 に追 究 して い く こ と に よ 8) 9) り， 分 化 の マ ス タ ー レギ ュ レ ー タ ー と して のPEBP2の 役 割 を 完 全 に理 解 す る途 が 開 け て くる も の と期 待 さ れ る． 本稿 は，伊藤i嘉明博士 およびMilton Werner博 士 の研 究室 と 10) 11) 12) の共 同研 究 をもとにしています．関係諸氏 の協力 に感謝いた しま Database Center for Life Science Online Service す． 13) 14) 文 1) 2) 3) 4) 献 Ogawa, E., Maruyama, M., Kagoshima, H., Inuzuka, M., Lu, J., Satake, M., Shigesada, K., Ito, Y. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 6859-6863 (1993) Ogawa, E., Inuzuka, M., Maruyama, M., Satake, M., Naito-Fujimoto, M., Ito, Y., Shigesada, K. : Virology, 194, 314-331 (1993) Nagata, T., Gupta, V., Kim, W. K., Sali, A., Chait, B. T., Shigesada, K., Ito, Y., Werner, M. H. : Nature Struct. Biol., 6, 615-619 (1999) Goger, M., Gupta, V., Kim, W. K., Shigesada, K., Ito, Y., Werner, M. H. : Nature Struct. Biol., 6, 620-623 (1999) 東 京大学大学 院 農 学生命科学研 究科 CREST博 士研究 員 若 干名 研 究 内 容 ：核-細 胞 質問 をシ ャ トルす る蛋 白質 の 同定 と 機 能 解析 ， アセ チ ル化 ・脱 ア セチ ル 化 さ れ る蛋 白質 の同 定 と機 能 解 析， お よび そ の関 連 分野 応 募 資 格 ：酵 母 の 遺伝 学 ， 動物 細 胞 を用 い た分 子 生 物 学 ， 生化 学 の経 験 の あ る35歳 未 満 の博 士 号 取 得 者 採 用 期 間 ：着 任 日随時 ，1年 また は2年 契約 （ 更新可） 応 募 方 法 ：履 歴 書 ，業 績 リス トを下 記 へ 送付 の こ と 応 募 締 切 ：平 成12年1月31日 送 付 ・連 絡 先 ：〒113−8657 東 京 都 文 京 区 弥 生1-1-1 東京 大学大学院農学生命 科学研究科応 用生命工 学 醸 酵 学研 究室 吉 田 稔 Te1.03-5841-5124 FAX 03-5841-5337 E-mail:[email protected] 62 Kagoshima, H., Shigesada, K., Satake, K., Ito, Y., Miyoshi, M., Ohki, M., Pepling, M., Gergen, P.: Trends Genetics, 9, 338-341 (1993) Kagoshima, H., Akamatsu, Y., Ito, Y., Shigesada, K.: J. Biol. Chem., 271, 33074-33082 (1996) Amy, F. L., Speck, N. A. et al. : J. Virol., 73, 55355547 (1999) Osato, M., Ito, Y. et al. : Blood, 93, 1817-1824 (1999) Akamatsu, Y., Tsukumo, S., Kagoshima, H., Tsurushita, N., Shigesada, K. : Gene, 185,111-117 (1997) Carey, M. : Cell, 92, 5-8 (1998) Giese, K., Kingsley, C., Kirshner, J. R., Grosschedl, R. : Genes Dev., 9, 995-1008 (1995) Kanno, T., Kanno, Y., Chen, L., Ogawa, E., Kim, W., Ito, Y.: Mol. Cell. Biol., 18, 2444-2454 (1998) Kim, W.-Y., Ito, Y. et al. : EMBO J., 18, 16091620 (1999) Lu, J., Maruyama, M., Satake, M., Bae, S., Ogawa, E., Kagoshima, H., Shigesada, K., Ito, Y. : Mol. Cell. Biol., 15, 1651-1661 (1995) 重 定勝哉 略 歴 ：1969年 京 都 大 学 理 学 部 大 学 院 博 士 課 程 修 了， 1969−1972年 千 葉 大 学 医学 部 生 化 学第2教 室 助 手 を経て， 1972年 よ り現所 属 （ 遺伝 子 動 態 調 節 研 究 部 門 情 報 高分 子 化 学 研 究 分 野 助 教 授）． 研 究 テ ー マ ：① 転 写 因 子 PEBP2の 分 子 構造 と作 用機 構 ， ② 大腸 菌 の 転 写終 結 因 子 Rhoの 分 子機 構 ． 関 心事 ・抱 負 ：発 生分 化 や 病 気 な どの 生命 現 象 の底 に潜む 未知 の 因子 を発 掘 し， その役 割 を分 子 の 言葉 で 理解 す る こ と． 第28回 脳 の 医学 ・生 物 学研 究 会 日 時 ：平 成12年1月22日 （土 ）13：30∼17：30 会 場 ：サ マ ニ ア ン ホ ー ル （八 神 ビ ル8F／Tel．052-2516669／ 名 古 屋 市 中 区 千 代 田2−16−30／JR中 線 鶴 舞 駅 ま た は 地 下 鉄 鶴 舞 駅 よ り徒 歩5分 央 ） 神 経幹 細 胞 の 同定 とそ の神 経 疾 患 へ の応 用 岡野 栄 之 性 行 動 の 遺 伝 解 析 山元 大 輔 （阪 大 医 ） （ 早 大 ・人 間 科 学 ） 哺 乳 類 脳 に お け る 内 在 性D一 セ リ ン の 代 謝 ・機 能 と病 態 西 川 徹 （国 立 精 神 ・神 経 セ 神 経 研 ） 参 加 費 ：無 料 （事 前 申 込 不 要 ） 問 合 せ 先 ：〒390−8621 長 野 県 松 本 市 旭3-1-1 信 州大 学 医学 部 附 属加 齢 適 応 セ ンタ ー 神 経 可 塑 性 分 野 鈴 木 龍 雄 Te1.0263-37-2683 FAX 0263-37-2725 E-mail:[email protected]