エネルギー代謝とrRNA転写制御

エネル ギ ー代 謝 とrRNA転
Ribosomal
RNA
transcription
and cellular
energy
写 制御
control
大 森 一 二 ・村 山 明 子 ・柳 澤 純
真核 生物 にと って リボ ソー ムの生合 成 は細 胞 におけ る最 大の エネル ギー消 費過程 で あ り,rRNAの 転 写は その律速
段階 である.rRNA転 写 は細胞の 増殖 と密接 な関係 にあ り,細 胞 の分化,増 殖 状態,栄 養 素 の供 給 など,細 胞の 内
外の状 態によ って精密 な制御 をうけている.最 近,rRNA遺
伝子の転 写抑制 複合体 が同定 され,こ の複 合体 がrRNA
遺伝 子のヘテ ロクロマチ ン化 をとお して細 胞 のエネルギー バラ ンスを保 って いるこ とが明 らか にな った.
Key words
●rRNA転
写
● エ ピ ジ ェネ テ ィク ス
●エ ネ ル ギ ー代 謝
転 写 制 御 に着 目 し,近 年 の知 見 を紹 介 す る.さ らに,最 近,
は じめ に
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●eNoSC
筆 者 らの グ ルー プ が発 見 した,rRNA遺
細 胞 は 栄 養 源 を 取 り込 ん で エ ネ ル ギ ー 物 質 で あ るATPを
生 産 し,細
胞 内 の さ ま ざ ま な 反 応 に 用 い て い る.細
常 に 機 能 す る た め に は,細
胞 内 のエ ネ ル ギー レベ ルの恒 常
性 が 保 た れ て い る こ と が 必 須 で あ る.こ
ギ ー レベ ル は,エ
胞 内 で 最 大 のエ ネ ルギ ー消 費 過 程
て,RNAポ
以 上 に もお よぶ リ ボ ソ ー ム 蛋 白 質 か ら な る,
蛋 白 質 生 合 成 装 置 で あ る.rRNAは
核 生 物 で はrRNAの
う ち 約50%を
ⅠrRNA転
rRNAの
真 核 生 物 の リボ ソ ー ム は,18SrRNA,28SrRNA,5.8S
あ り,真
写 制 御 の 応 用 面 で の可 能 性 に
つ い て も論 じた い.
転 写 とそ れ にひ きつづ くリ
で あ る1).
rRNAと,70個
に つ い て も解 説 し,rRNA転
写の機構
ネ ルギ ー を利 用 す る反 応 の なか で
ボ ソ ー ムRNA(rRNA)の
ボ ソ ー ム の 生 合 成 は,細
テ ィ ッ ク な変 化 に よ る細 胞 エ ネル ギ ー恒 常 性 の 制 御 機 構6)
の細 胞 内 の エ ネ ル
ネ ルギ ー の生 産 と消 費 との バ ラ ン ス に よ
っ て 成 り 立 っ て い る.エ
も,リ
胞が正
伝 子 の エ ピ ジェ ネ
リボ ソー ム の主 成 分 で
転 写 は核 内で の全 転 写 反 応 の
し め て い る2).rRNA転
写 は リ ボ ソー ム生 合
成 の 律 速 段 階 で あ る と 考 え られ て お り3,4),近 年,細
胞のエ
転 写 は核 内小 器 官 の ひ とつ で あ る核 小 体 に お い
リ メ ラー ゼ Ⅰに よっ て 行 な わ れ る(図1a).核
小 体 で はrRNAの
転 写 お よび プ ロセ シ ングが 行 な わ れ る と
と もに,rRNAと
各種 の リボ ソー ム 蛋 白 質 との 会 合 が起 こ
りリボ ソーム が生 合 成 され る.真 核 生 物 のrRNA遺
RNAポ
リ メラ ーゼ ⅡやRNAポ
伝 子 は,
リメ ラー ゼ Ⅲに よっ て転 写
され る ほか の遺 伝 子 とは異 な り,1倍 体 ゲ ノ ムあ た り約200
コ ピー が存 在 し,5個
15番 染 色 体,20番
の染 色 体(13番 染 色 体,14番
染 色 体,21番
染 色 体,
染 色 体)に おい て,縦 列 く
ネ ル ギ ー 消 費 に 大 き な 影 響 を あ た え る こ と が 明 らか に な っ
り返 し配 列 を形 成 し クラ ス ター と して 存 在 して い る.細 胞
て き て い る.
内 の 数 百 コ ピー のrRNA遺
rRNAの
ど,細
転 写 は,細
胞 の 分 化,増
殖 因 子,栄
養状態 な
胞 の 内 外 の 状 態 に 応 じ て 精 密 に 制 御 さ れ て い る5).
本 稿 で は,基
お も に,細
本 的 なrRNA転
写 の 機 構 を 解 説 す る と と も に,
胞 の エ ネ ル ギ ー 供 給 の 変 化 に 対 応 したrRNAの
伝 子 のす べ て が 転 写 され て い る
わ けで は な く,こ れ らはエ ピ ジェ ネテ ィック な修 飾 を うけ て
い て,ユ
ー ク ロマ チ ン化 され転 写 され て い る遺 伝 子 とヘ テ
ロ ク ロマ チ ン化 され転 写 され て い な い遺 伝 子 とが 混 在 して
い る こ とが 知 られ て い る.そ の た め,rRNA転
写 は,①
ク
ロマ チ ン構 造 の 変 化 に よ る転 写 され て い る遺 伝 子 の割 合 の
Kazuji Ohmori, Akiko Murayama, Junn Yanagisawa
筑波大学大学院生命環境科学研究科 生物機能科学専攻生体情報
制御学研究室
E-mail : [email protected]
URL : http://www.agbi.tsukuba.ac.jp/~foodbio/
調 節 と,② 転 写 され て い る個 々のrRNA遺
の調 節,の2つ
の段 階 で制 御 を うけて いる.こ れ まで,②
の
転 写 速 度 の調 節 機構 につ いて は研 究 が進 ん で い るが,①
の
ク ロマ チ ン構 造 の 変 化 機 構 につ い て は不 明 な こ とが 多 か っ
た.
230
蛋白質 核酸 酵素 Vol.54 No.3 (2009)
伝 子 の転 写 速 度
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図1rRNA遺
(a)rRNAの
伝 子 の構 造 と プ ロ モー ター 部 位 で の 転 写 開 始 複 合 体 の 形 成
転 写 は 核 小 体 で行 な われ る.rRNA遺
伝 子 は細 胞 あ た り数 百 個 が存 在 し数 個 の 染色 体 上 に クラ スタ ー とな って 存 在 してい る.各
クロ マチ ン化 さ れ転 写 され て いる 遺 伝 子(赤 色 で 示 した)と,ヘ
伝 子 に おい て は,プ ロ モー タ ー部 位 の 下 流 にrRNAコ
(b)rRNA遺
伝 子 の転 写 はRNAポ
る と 同 時 に,18S
rRNAの
rRNA,5.8S
転 写 は,rRNA遺
リ メ ラ ー ゼIと
factor)か
plex
ー ド領 域 が存 在 し,そ の下 流 には ター ミ ネー タ ー配 列(T1∼T10)が
リメラ ー ゼ Ⅰを 含 む転 写 開 始 複 合 体 の形 成 によ って 開 始 さ れ る,転 写 さ れたrRNA前
rRNA,28S
rRNAへ
伝 子 プ ロ モ ー ター 上 にRNAポ
転 写 因 子SL1,UBF(upstream
binding
遺 伝 子 の プ ロ モ ー ター は 転 写 開 始 部 位 か ら-200bpほ
element)と
とUCEに
ア プ ロ モ ー ター とUCE(upstrem
が そ の 転 写 を 制 御 して い る.コ
はDNA結
る こ と で,プ
rRNA遺
結 合 しRNAポ
どの
ア プ ロ モ ー ター
合 蛋 白 質 で あ るUBFが
部 位 に 結 合 し たSL1がRNAポ
とつ のrRNA遺
リメ ラー ゼⅠ.
駆 体 は 核小 体 で リボ ソー ム蛋 白質 と 結 合 す
ン と して転 写 され う る状 態 にあ るrRNA遺
た っ て は,プ
伝 子 の 転 写 にあ
ロモ ー ター 上に転 写 開 始 複 合 体 が 形 成 され る
こ とが重 要 な ステ ップ で あ る.一 方,ヘ
態 のrRNA遺
control
の プ ロ モ ー タ ー 部 位 へ の 結 合 を 助 け て い る.プ
あ るTIF-1Aと
com
形 成 さ れ る こ と で は じ ま る(図1b).rRNA
領 域 で あ り,コ
存在 する.PolI:RNAポ
と プロ セ シン グ を うけ リボ ソ ーム が 形成 され る.
ら構 成 され る 転 写 開 始 複 合 体(pre-initiation
; PIC)が
クラ ス ター に は,ユ ー
テ ロ クロ マ チ ン化 され 転 写 さ れて い な い遺 伝 子(紫 色 で 示 した)が 存 在 して いる.ひ
伝 子 に はUBFが
ロ クロマ チ ン化 に よるrRNAの
テ ロ クロマ チ ン状
結 合 しな い こ とか ら7),ヘ テ
転 写 抑 制 には,UBFな
どの
転 写 因子 の結 合 阻 害 を介 した 機 構 の か か わ っ て い る こ とが
示 唆 され て い る.
結 合 し,SL1
ロ モ ー ター
リ メ ラ ー ゼ Ⅰ結 合 蛋 白 質 で
Ⅱ 細胞 へのエネルギー供給の
変化に応 じたrRNA転
写速度 の制御
リ メ ラ ー ゼ Ⅰを リ ク ル ー トす
ロ モ ー タ ー 上 に転 写 開 始 複 合 体 が 形 成 され
伝 子 の 転 写 が 起 こ る.こ
の よ う に,ユ
ー クロマ チ
rRNAの
転 写 は さま ざ ま な細 胞 外 環 境 の 変化 に応 じて変
化 す る.と
くに,細 胞 の エ ネ ルギ ー の枯 渇 す る よ うな条 件
蛋 白質 核酸 酵素 Vol.54
No.3 (2009)
231
で はrRNAの
転 写 抑 制 の 起 こ る こ と が 知 ら れ て お り,そ
れ
に よ りエ ネ ル ギ ー 消 費 の 抑 制 さ れ る こ とが 示 唆 さ れ て き た.
そ う し た 機 構 の ひ と つ が,LKB1-AMPK-mTOR経
介 したrRNAの
get
路 を
転 写 制 御 で あ る.mTOR(mammalian
of rapamycin)は,ア
tar
ミノ酸 や イ ンス リ ンな ど の栄 養
あ り,そ の活 性 は細 胞 内 の エ ネル ギ ー状 態 に よ り左 右 され
てい る.細 胞へ の グル コー スの供 給 が ど どこお る とATP生
産 が 減 少 し,細 胞 内 のATP濃
胞 は2分 子 のADPか
でATP減
らATPとAMPと
す る.こ のAMPの
あ る.翻
ナ ー ゼ で あ るLBK1に
す る は た ら き を も っ て い る ほ か,転
必 要 なUBFを
写 開始 複 合 体 の 形 成 に
コ ー ドす る 遺 伝 子 の 転 写 上 昇,TIF1-Aの
ン酸 化 に よ る 活 性 化 を 介 して,rRNAの
能 も も っ て い る8).mTORの
活 性 は細 胞 へ の グル コー ス な
ど の 栄 養 素 の 供 給 に よ り制 御 さ れ て お り,そ
上 流 の シ グナ ル 蛋 白 質 で あ るAMP依
の 制 御 に は,
存 性 キ ナ ー ゼ(AMPK)
濃 度 上 昇 を感 知 して,AMPKの
よ るAMPKリ
こ の よ うに,栄
養 飢 餓 よ り細 胞 内 のATPが
性 が低 下 してrRNA遺
成 が 抑 制 され,rRNA転
rRNAの
ン酸 化 が 起 こ り
抑
リ ン酸 化 して これ を活 性 化 す る10).
減 少 す る と,
伝 子 の転 写 開 始 複 合 体 の形
写 が低 下 す る(図2a).
さ ら に近 年,Mekhailら
細 胞 内 の エ ネ ルギ ーセ ンサ ーで
上流 キ
活 性 化 す る9).活 性 化 したAMPKはmTORの
制 因 子 で あ るTSC2を
mTOR活
度 が大 き く上 昇
に よ り,低 酸 素 環 境 に よっ て も
転 写 が 抑 制 され る こ とが 示 され た.彼
らは,低 酸
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が 関 与 して い る.AMPKは
リ
転 写 を促 進 す る機
AMPKが
を生 合 成 す る こ と
少 を補 お う とす る ため,AMP濃
物 質 に 応 じ て 活 性 化 し蛋 白 質 生 合 成 を 促 進 す る キ ナ ー ゼ で
訳 に か か わ る 蛋 白 質 を リ ン 酸 化 して 翻 訳 を 活 性 化
度 が 減 少 す る.す る と,細
図2栄
養 素 に よ るrRNAの
転写抑制
(a)グ ル コー ス 欠 乏 に よ り細胞 内のATP生
よる 活 性 化 を介 してmTORの
欠 乏 はrRNAの
産 が減 少 する と,AMPの
活 性 を抑 制 する.mTORは,通
転 写抑 制 をも た らす.P:リ
糖 系 と乳 酸 発 酵 を促 進 さ せ る,そ の結 果,細
活 性 化 す る.活 性 化 したHIFは
胞 環 境 が 酸性 化 する とVHLの
機 構 は不 明 で ある.
蛋白質 核酸 酵素 Vol.54
リン酸 化 やUBFの
度 の 上 昇 を感 知 して 活 性化 し,TSC2の
発 現 を 促 進 す る こと でrRNA転
リン酸 化 に
写 を活 性 化 して いる た め,グ ル コ ース
ン酸 化.
(b)細 胞 へ 供 給 さ れ る酸 素 の 減 少 を感 知 してHIF1が
232
濃度 が大 き く上 昇 する.AMPKはAMP濃
常,SL1の
No.3 (2009)
解 糖 系 酵 素 や乳 酸 脱 水 素 酵 素 な ど を コー ドす る遺 伝 子 の 転 写 を 活性 化 し,解
細 胞 質 か ら核 小 体 への 移 行 が 起 こ り,rRNA転
写 が抑 制 さ れ る.し か し,そ の くわ しい
素 に よ るrRNAの
VHL(von
転 写 抑 制 に は,が
Hippel-Lindau)が
(図2b).酸
素 酵 素 を コー ドす る遺 伝 子 の転 写 が 促 進 され る12).そ の 結
ん抑 制 蛋 白 質 で あ る
果,グ
関 与 し て い る こ と を 報 告 した11)
素 の十 分 に 存 在 す る と き に は 細 胞 のATPの
多
ル コ ー ス が乳 酸 へ 変 換 され る乳 酸 発 酵 が 促 進 され,
細 胞 周 辺 のH+濃
度 が 上昇 しpHが 低下 す る.く わ しい機 構
くは ミ ト コ ン ド リ ア で の 呼 吸 鎖 を 利 用 して 生 産 さ れ て い る
は不 明 だが,彼
らは,細 胞 周 辺 のpHが
が,低
りVHLが
酸 素 環 境 で は 呼吸 鎖 が 機 能 し な い た めATPの
著 し く低下 す る.す
る と,低下
し たATP生
酸 素 環 境 で は,酸
写 とエ ネ
こ の よ う に,グ ル コー スや 酸 素 な どの 栄 養 素 の 供 給 が 減
生合成 し
素 の 欠 乏 に 応 じ活 性 化 す
少 しエ ネ ルギ ー生 産 が低下 す る とrRNAの
転 写 速 度が 低下
糖 系 酵 素 群 と乳 酸 脱 水
す る こ とか ら,エ ネル ギ ー代 謝 とrRNA転
写 調 節 との あ い
よ り,解
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る 転 写 因子 で あ るHIF1に
細 胞 質 か ら核 小 体 へ と移 行 し,rRNA転
ルギ ー消 費 が抑 制 され る こ とを 見い だ した.
産 を 補 う た め,
細 胞 は 乳 酸 発 酵 を 用 い た 嫌 気 的 な 反 応 でATPを
よ う と す る.低
生産が
低 下 す る こ とに よ
図3NMLに
(a)HeLa細
よ るrRNA遺
伝 子 の ヘ テ ロ ク ロマ チ ン化 と転 写 抑 制
胞 に対 し培 地 の グル コー ス濃 度 を 変 化 させ た と きの,rRNA遺
伝 子の 転 写 レベル をRT-PCR法
で,ヒ ス トンの修 飾 状 態 を ク ロマ チ ン免 疫 沈 降 法 で解 析
した.
(b)さ ま ざま な修 飾 を ほ ど こ した ヒス トンに 由来 する ペ プチ ドに結 合 す る蛋 白質 を探 索 し,ヒ ス トンH3の9番
て,NMLを
(c)内 在 性NMLの
(d)NMLのrRNA遺
(e)NMLの
H3K9me2:ヒ
目の リジン 残 基 の ジメ チル 化 に結 合 す る 蛋 白 質 と し
同 定 した.
細 胞 内 局在.こ
こで は,UBFは
核 小 体 の マ ー カー と して 用 い てい る.
伝 子 へ の結 合 を クロ マチ ン免 疫 沈 降 法 で 解 析 した.
発 現 量 を 変 化 させ た とき の,rRNA遺
ス トンH3の9番
伝 子 の 転 写 レベ ル をRT-PCR法
目 の リジ ン残 基 の ジ メ チル 化,H3Ac:ヒ
で,ヒ
ス トンH3の
ス トンの 修 飾 状 態 を ク ロマ チ ン免 疫 沈 降 法 で解 析 した.
アセ チル 化 、H3K4me2:ヒ
ス トンH3の4番
目の リジ ン残 基 の ジ メチル 化.
蛋白質 核酸 酵素 Vol.54 No.3 (2009)
233
だ には密 接 な関 連 が あ る こ とが示 され て きた.し か し,細
胞 へ の エ ネルギ ー 供 給 がrRNA遺
伝 子 の ク ロマ チ ン構 造 の
チ ル 化 と,ヒ
を 介 し て い た(図3a).こ
り,そ
よるrRNAの
転写 制 御
れ に よ りrRNA転
者 ら の グ ル ー プ で は,細
に よ っ てrRNA遺
胞 のエ ネ ルギ ー状 態
伝 子 の ク ロ マ チ ン状 態 が 制 御 を う け て い
る 可 能 性 に つ い て 検 討 し た6).ま
ず 最 初 に,細
胞 のお も な
伝 子 の ク ロ マ チ ン構 造 変 換 に か か わ る
因 子 を探 索 し た.“ ヒ ス ト ン上 の 各 ア ミ ノ酸 残 基 に お け る 異
な る 化 学 修 飾 が 異 な る ク ロ マ チ ンの 構 造 ・機 能 を規 定 す る ”
と い う ヒ ス トン コ ー ド仮 説14)に 基 づ き,特
飾 に 結 合 す る 蛋 白 質 がrRNA転
rRNAの
い か と 考 え,さ
転 写 が 減 少 す る こ と を 確 認 した(図3a).し
発 現 し て い な いHeLa細
さ れ た こ と か ら,LKB1-AMPK-mTOR経
か し,
胞13)で も 観 察
路 を 介 し たrRNA
の 転 写 制 御 と は 独 立 した 現 象 で あ る と考 え られ た.さ
そ の 転 写 の 減 少 は,rRNA遺
図4eNoSC複
伝 子 上 の ヒ ス トンH3の
合 体 に よ るrRNAの
ら に,
脱 アセ
因 子 を 探 索 し た.そ
の 結 果,ヘ
で あ る ヒ ス ト ンH3の9番
に 対 し,約60Kの
い だ し,こ
名 づ けた
転写抑 制
発 現 をRNAi法
で 抑 制 す ると,グ
(c)NML,SIRT1,Suv39H1の
発 現 をRNAi法
で抑 制 す る と,グ ル コ ース 飢 餓 に よる 細 胞 死 が促 進 され た.NMLを
の列 はサ ン プル の ウ ェス タ ンブ ロ ッテ ィ ング.
ル コー ス飢 餓 によ るrRNAの
で 抑 制 した 細 胞 で は,グ ル コー ス 除去 後 の 細 胞 内ATP濃
蛋白質 核酸 酵素 Vol.54
テ ロ ク ロマ チ ンの マ ー カー
目 の リ ジ ン残 基 の ジ メ チ ル 化 修 飾
れ をNucleomethylin(NML)と
結 合 を免 疫 沈 降 法 で解 析 した.左
234
写 を 制 御 して い る の で は な
新 規 蛋 白質 が特 異 的 に結 合 す る こ とを見
(b)NML,SIRT1,Suv39H1の
発 現 をRNAi法
定 の ヒ ス ト ン修
ま ざ ま な 修 飾 を う け た ヒ ス トン に 結 合 す る
(a)NML,SIRT1,Suv39H1の
(d)NMLの
伝 子のクロ
写 が 調 節 さ れ て い る こ とが 強 く示
エ ネ ル ギ ー 源 で あ る グ ル コ ー ス の 濃 度 を 減 ら し た と き,
こ の 現 象 はLKB1の
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の 結 果 か ら,rRNA遺
唆 さ れ た.
そ こ で,rRNA遺
そ こ で,筆
目 の リ ジ ン残 基 の ジ メ チ ル 化
マ チ ン構 造 が 細 胞 の エ ネ ル ギ ー 状 態 に 応 じて 制 御 さ れ て お
変 化 と関 与 して い るか ど うか はわ か って い な か った.
ⅢNMLに
ス ト ンH3の9番
No.3 (2009)
転 写 抑 制 が 観 察 され な くな った.
度 の 著 しい減 少 が み られ た.
高 発 現 させ る と細 胞 死 が 抑制 され た.
(図3b).NMLは,以
前 に プ ロテ オ ミクス 的 な解 析 に よ り
核 小 体 に 存 在 す る 蛋 白 質 で あ る こ と が 報 告 さ れ て い た15).
NMLに
ろ,実
特 異 的 な抗 体 を 作 製 して そ の 局 在 を解 析 し た と こ
際 に,NMLは
お も に 核 小 体 に 発 現 して お り(図3c),
し か も,rRNA遺
伝 子 上 に結 合 す る こ とが 確 か め ら れ た
(図3d).
そ こ で,NMLがrRNA転
い て 検 討 し た.細
ろ,NMLの
胞 内 でNMLの
発 現 量 を 変 化 させ た と こ
用 量 に 依 存 的 にrRNA転
も に,rRNA遺
ル 化 と,ヘ
の9番
写 を 制 御 して い る 可 能 性 に つ
伝 子 領 域 に お い て,ヒ
写 が 抑 制 され る と と
ス ト ンH3の
脱 アセ チ
テ ロ ク ロ マ チ ン化 の マ ー カ ー で あ る ヒ ス ト ンH3
目 の リ ジ ン 残 基 の ジ メチ ル 化 が 観 察 さ れ た(図3e).
こ の 結 果 か ら,NMLはrRNA遺
伝 子 領 域 を ヘ テ ロ クロ マ
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チ ン 化 す る こ と に よ りそ の 発 現 を抑 制 す る 機 能 の あ る こ と
が 強 く示 唆 さ れ た.
ヒ ス トン の 修 飾 状 態 の 変 化 か ら,NMLに
伝 子 の ヘ テ ロ ク ロ マ チ ン 化 に は,ピ
素 と,ヒ
ス トンH3の9番
NAD依
ス ト ン脱 ア セ チ ル 化 酵
目 の リ ジ ン残 基 の メ チ ル 化 酵 素 が
関 与 して い る も の と考 え ら れ た.そ
修 飾 酵 素 とNMLと
よ るrRNA遺
こ で,既
知 の ヒス トン
の 結 合 を 解 析 し た と こ ろ,NMLは
存 的 ヒ ス ト ン 脱 ア セ チ ル 化 酵 素 で あ るSIRT1,お
よ び,ピ
ス ト ンH3の9番
あ るSuv39H1と
目 の リ ジ ン残 基 の メ チ ル 化 酵 素 で
複 合 体 を 形 成 す る こ とが 明 ら か と な っ た
(図4a).
SIRT1は
栄 養 飢 餓 に よ り細 胞 内 のNAD+/NADH比
が上
昇 す る こ と に よ っ て 活 性 化 さ れ る こ と か ら,NML-SIRT1Suv39H1複
合 体 が グ ル コ ー ス 飢 餓 に よ るrRNA遺
テ ロ ク ロ マ チ ン 化 とrRNAの
性 を 検 討 した.そ
転 写 抑 制 に 関与 して い る可 能
れ ら の 蛋 白 質 の 発 現 をRNAi法
ノ ッ ク ダ ウ ン した と こ ろ,グ
によって
合 体 をeNoSC(energy-dependent
nucleolar
名 づ け た.eNoSCは,SIRT1が
餓 に よ るNAD+/NADH比
の複
silencing
エ ネル ギ ー飢
を感 知 す る こ とで 活性 化 す る も
ルギー消費を抑えているものと考え られる.
Me:ヒ ス トンのメチル化.
(図4c).ま
た,逆
に,NMLを
高 発 現 させ る こ とに よ りア
ポ トー シ ス は 抑 制 さ れ た(図4c).そ
れ た(図4d).こ
胞 で は,エ
の と き,NMLの
胞 内ATPの
の 結 果 か ら,eNoSCの
エ ネルギ ー 飢 餓 に よる細 胞 死へ あ た え
養 液 中 の栄 養 源 で あ る グ ル コ
ー ス を 除 去 す る と ア ポ トー シ ス性 の 細 胞 死 が 惹 起 さ れ る が
構 成 蛋 白 質 の 発 現 をRNAi法
,
によっ
て ノ ッ ク ダ ウ ン さ せ る こ と に よ り増 強 さ れ る こ とが わ か っ た
発現
濃 度 の低 下 が 観 察 さ
機 能 を抑 制 した細
ネ ル ギ ー 飢 餓 時 に お い て もrRNAの
さ れ ず に エ ネ ル ギ ー 消 費 が 増 大 し,細
る 影 響 に つ い て 解 析 し た.培
そ の 細 胞 死 はeNoSCの
グルコース飢餓な どエネル ギー状態の悪化 を感知 して活性化 し,
rRNA遺 伝子 をヘテロクロマチン化 しrRNA転 写を抑制することによ り,エ ネ
を 抑 制 し た 細 胞 で は,細
の と考 え ら れ た.
さ ら に,eNoSCが
写 抑 制 の生 理 学 的 意 義
の 結 果 か ら,
合 体 はエ ネルギ ー の減 少 を感 知 し
て 機 能 す る 転 写 抑 制 複 合 体 で あ る こ と が 示 さ れ,こ
complex)と
eNoSCは
よ るrRNA転
ル コ ー ス 除 去 に よ るrRNAの
転 写 抑 制 が 観 察 さ れ な く な っ た(図4b).こ
NML-SIRT1-Suv39H1複
図5eNoSCに
伝 子 のヘ
転写が抑制
胞 死 が 増 強 して い る
こ と が 強 く示 唆 され た.
こ の よ う に,eNoSCは
細 胞 へ のエ ネ ルギ ー供 給 の低 下 に
応 じ て 活 性 化 さ れ る こ と,さ
性 化 さ れ たeNoSCは,rRNA遺
ら に,エ
ネ ル ギー 飢 餓 時 に活
伝 子 を ヘ テ ロ ク ロ マ チ ン化
して 転 写 を 抑 制 す る こ と で エ ネ ル ギ ー 消 費 を 低 下 さ せ 細 胞
蛋白質 核酸 酵素 Vol.54
No.3 (2009)
235
死 を回避 して い る もの と考 え られ た(図5).
必 須 で あ る こ とが 示 され てい る.そ の た め,eNoSCの
成 因 子 に対 す る酵 素 活 性 の 阻害 剤 が 開発 で きれ ば,そ れ ら
お わ りに
の物 質 は抗 が ん剤 と して機 能 す る もの と期待 され る.
筆 者 らは,新 規 の核 小 体 蛋 白質NMLを
合 体eNoSCが,低
栄 養 時 にrRNA遺
チ ン化す る こ とでrRNA転
減 少 させ,細
含 む転 写 抑 制 複
伝 子 をヘ テ ロ ク ロマ
写 を抑 制 し,エ ネ ルギ ー 消 費 を
胞 死 を抑 制 してい る こ と を示 した6).さ
述 べ たLKBI1AMPK-mTOR経
制 す る こ とでrRNA転
路 の場 合 で も,mTORを
写 を抑 制 す るLBK1やTCS2を
きに
抑
コー
文
献
1) Moss, T., Stefanovsky, V., Langlois, F., Gagnon-Kugler,
Biochem. Soc. Trans., 34, 1079-1081 (2006)
T.:
2) Moss, T., Stefanovsky, V. Y.: Cell, 109,545-548 (2002)
ドす る遺 伝 子 を欠 損 した 細 胞 は,グ ル コ ー ス除 去 に よ る細
3) Huang, S., Rothblum, L. I., Chen, D.: Biochem. Cell. Biol.,84,444449(2006)
胞 死 に対 し非 常 に感受 性 の高 い こ とが示 され て い る9,10).さ
4) Moss, T., Langlois, F., Gagnon-Kugler, T., Stefanovsky, V.: Cell.
らに,VHLの
発現 は低 酸 素 状 態 にお け る細 胞 死 を抑 制 して
い る こ と も示 され て い る11).こ の こ とか ら も,エ ネ ル ギ ー
飢 餓 時 に はrRNA転
Database Center for Life Science Online Service
各構
写 抑 制 に よるエ ネル ギ ー消 費 の抑 制 が
細 胞 生 存 の維 持 に重 要 で あ る こ とは 明 らか であ ろ う.
Mol. Life Sci., 64, 29-49 (2007)
5) Grummt, I., Pikaard, C. S.: Nature Rev. Mol. Cell Biol.,4,641-649
(2003)
6) Murayama, A. et al.: Cell, 133, 627-639 (2008)
7) Santoro, R., Grummt, I.: Mol. Cell, 8, 719-725 (2001)
こ れ らの 知 見 を もと に細 胞 のエ ネ ルギ ー 消 費 を制 御 で き
8) Russell, J., Zomerdijk, J. C.: Trends Biochem. Sci., 30, 87-96 (2005)
れ ば,さ ま ざ まな疾 患 の 治療 や 予 防 に役 立 つ 可 能 性 が 考 え
9) Shaw, R. J. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 3329-3335
られ る.た
とえ ば,虚 血 な どに よ り細 胞 が 一 時 的 に エ ネル
ギ ー飢 餓 に お ちい り傷 害 を うけ て し ま う場 合 に は,細 胞 の
(2004)
10) Inoki, K., Zhu, T., Guan, K. L.: Cell, 115, 577-590 (2003)
エ ネ ルギー消 費 を減 少 させ るこ とに よ りこれ を抑 え られ る可
11) Mekhail, K., Rivero-Lopez, L., Khacho, M., Lee, S.: Cell Cycle, 5,
2401-2413 (2006)
能性 が 考 え られ る.さ
12) Semenza, G. L.: Curr. Opin. Genet. Dev., 8,588-594 (1998)
らに,が ん 治療 へ の応 用 も考 え られ
る.固 形 が ん で はが ん細 胞 の成 長 に血 管 新 生 が 追 いつ か ず,
が ん 内 部 は低 酸 素 ・低 栄 養 に な って しまっ て い る場 合 が 多
い.そ の よ うな場 合 に はrRNAの
転 写 抑 制 を解 除 し細 胞 の
13) Tiainen, M., Ylikorkala, A., Makela, T. P.: Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 96, 9248-9251 (1999)
14) Strahl, B. D., Allis, C. D.: Nature, 403, 41-45 (2000)
15) Andersen, J. S. et al.: Nature, 433, 77-83 (2005)
エ ネ ル ギー 消 費 を亢 進 す る こ と に よ り,が ん細 胞 を効 率 よ
く排 除 で き る 可 能 性 が 考 え ら れ る.筆
eNoSCは,SIRT1,Suv39H1と
か,NML自
者 ら の 発 見 した
い う酵 素 を含 ん で い るほ
体 も メチ ル化 酵 素 ドメイ ンを もって お り,こ の
ドメ イ ンが 細 胞 内 の メチ ル基 供 与 体 で あ るS-ア デ ノ シ ル メ
チ オニ ンと結 合す る ことが,NMLに
236
蛋 白質 核酸 酵素 Vol.54
よるrRNA転
No.3 (2009)
写抑制に
大 森 一 二
略 歴:2007年
東 京大 学 大学 院 新領 域創 成 科学 研 究科 修了,同
年 より筑波 大学 大 学 院生 命 環境 科学 研 究科 博 士研 究 員.