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BRCA1と DNA 損傷応答
〔生化学 第8 4巻 第7号,pp.5 2 9―5 3 8,2 0 1 2〕 総 説 BRCA1と DNA 損傷応答 セドキーナ・アンナ,福 田 貴 代,太 田 智 彦 BRCA1 は変異によって家族性乳がんや卵巣がんが生じるがん抑制遺伝子で,タンパク 質レベルでの機能不全が散発性乳がんの原因ともなる.予後の悪い基底様(Basal-like)乳 がんを生じる一方,BRCA1機能不全は化学療法の治療標的としても重要である.遺伝子 産物はゲノムの恒常性維持に必須で,主要な機能に DNA 相同組換え修復,細胞周期 チェックポイント,転写制御,アポトーシス,中心体複製制御,X 染色体不活性化,ヘテ ロクロマチン形成があり,生化学的には N 末端に RING フィンガードメインを有する E3 ユビキチンリガーゼである.本総説ではこれらの機能の中から DNA 損傷応答を中心に, 一部著者らの知見を紹介しながら概説する. 1. は じ め に 染色分体を鋳型として修復が行われる.G1期は主に両断 端をそのまま直接つなげる NHEJ で修復される1).何らか DNA は紫外線や放射線などの環境要因と活性酸素や の原因で HR が機能しない場合は NHEJ,alt-NHEJ,SSA DNA 複製に伴う異常などの内的要因により,様々なタイ で修復される機会が増えるが,特に alt-NHEJ,SSA はエ プの損傷を受ける.内的要因による損傷は1日に1細胞あ ラーが起こりやすい修復である.BRCA1(Breast Cancer たり1 0 回ほどの頻度で生じると予想されている.これに Susceptibility Gene1) の変異による乳がんや卵巣がんなど, 対して細胞は多様な修復機構を駆使して DNA を修復する HR 不全によるゲノム不安定性はがんの原因として非常に が,損傷の激しい場合にはチェックポイント機構で細胞周 重要であるとともに,非がん遺伝子中毒(non-oncogene ad- 期を停止することで十分な修復の時間を確保し,また修復 diction) (後述)を利用した化学療法においても注目され 不能な場合はアポトーシスを誘導してゲノムの恒常性を ている.修復,チェックポイントおよびアポトーシスのシ 保っている.DNA 損傷の中でも最も細胞に対する毒性が グナルは相互に連携しており,その中心的な役割を果たす 強いのが DNA 二本鎖切断(double-strand break:DSB)で, タンパク質の一つが BRCA1である. 5 その修復機構としては相同組換え修復(homologous recombination:HR または homology-directed repair:HDR) ,非相 2. BRCA1の構造と基本的な結合タンパク質 同末端再結合(non-homologous end-joining:NHEJ) ,代替 1 9 9 0年,King らによって早期発症の家族性乳がんの原 非相同末端再結合(alternative non-homologous end-joining: 因となる遺伝子が1 7番染色体の長腕に存在することがわ alt-NHEJ) ,一本鎖アニーリング(single-strand annealing: かり2),1 9 9 4年に三木らが変異によって家族性乳がんと卵 SSA)という四つの経路があるが,このうち最も配列のエ 巣がんが生じる遺伝子として BRCA1 をクローニングし ラーが起こりにくいのが HR で,S 期および G2期に姉妹 た3).BRCA1は1 8 6 3アミノ酸からなるタンパク質で,N 末端の RING フィンガードメイン,C 末端の BRCT ドメイ 聖マリアンナ医科大学大学院医学研究科応用分子腫瘍学 (〒2 1 6―8 5 1 1 川崎市宮前区菅生2―1 6―1) BRCA1and DNA damage response Anna Sedukhina, Takayo Fukuda and Tomohiko Ohta(Department of Translational Oncology, St. Marianna University Graduate School of Medicine, 2―1 6―1, Sugao, Miyamae-ku, Kawasaki2 1 6―8 5 1 1, Japan) ンおよび中央の大半を占めるエキソン1 1の領域から構成 される(図1) .家族性乳がんおよび卵巣がんの原因とな るミスセンス変異が RING ドメインと BRCT ドメインに 集中することからこの両ドメインが機能上重要であること がわかる.N 末端の RING フィンガードメインは構造的に BRCA1と類似する BARD1(BRCA1 associated RING do- 5 3 0 〔生化学 第8 4巻 第7号 図1 BRCA1のドメイン構造と結合タンパク質 この部分に核外移行シグナル(nuclear exporting signal: NES)が存在するが,両タンパク質のヘリックス束同士が 結合して安定した二量体が形成されると NES はマスクさ れ,核内へと誘導される6).一方,C 末端の BRCT ドメイ ンはリン酸化タンパク質と結合するドメインで7,8),結合す るリン酸化タンパク質としては ABRA1 (Abraxas) ,BACH1 (FANCJ,BRIP1)および CtIP が知られていて,これらの タンパク質との複合体は BRCA1-A,B,C 複合体と呼ば れている9).一方,BRCA2との結合はエキソン1 1の C 末 端寄りに存在するコイルドコイルドメインに結合する PALB2(FNACN)を介して行われる10).BRCA1タンパク 質のほとんどは BARD1と結合してコア複合体を形成し, それぞれの機能に応じて BRCT を介した A,B,C 複合体 および BRCA2との複合体を形成している11). 3. DNA 損傷応答における BRCA1の役割 BRCA1 は DNA 損傷修復,チェックポイント,アポトー シス,転写,中心体複製,X 染色体不活性化,ヘテロクロ マチン形成と多彩な機能を通して DNA の恒常性を維持す 図2 BRCA1-BARD1RING 二量体の結晶構造(米国ワシント ン大学 Peter S. Brzovic 博士と Rachel E. Klevit 博士の御厚 意による) るケアテーカー型のがん抑制遺伝子である.DNA 損傷修 復 に 関 し て は,BRCA1は DSB 修 復,DNA 複 製 後 修 復 (post-replication repair:PRR)および DNA 鎖間架橋形成修 復(interstrand cross-link repair:ICLR)における HR で働 main1)と結合し,RING 二量体型のユビキチンリガーゼ (E3)を形成する(図2) .BRCA1と BARD1の RING フィ 4) ンガードメインはそれぞれ二つのヘリックス束を有し5), くことが明らかになっている.ここでは DSB 修復,PRR およびチェックポイントにおける役割について述べる. 5 3 1 2 0 1 2年 7月〕 1)DNA 二本鎖切断(DSB)での役割 DSB 修復時の HR 経路で働く BRCA1の機能は BRCA1 BRCA1-A 複合体が DSB 局所に集積するメカニズムは非 常に詳細に明らかにされている(図4) .ATM によって生 の複合体ごとにその役割を考える必要がある.現在わかっ じた γH2AX のリン酸化部位に ATM リン酸化配列である ている複合体の機能としては BRCA1-CtIP(C 複合体)に SQ リピートを有する MDC1が結合し,さらに ATM によ よる DSB 損傷断端の5′ 末端切除による一本鎖 DNA 形成, る MDC1のリン酸化が起こる.このリン酸化に RING 型 BRCA1-ABRA1-RAP8 0 (A 複合体)による一本鎖の長さの E3である RNF8が結合し,損傷局所の γH2AX および H2A 調節,BRCA1-PALB2によってリクルートされる BRCA2- を基質として Lys6 3結合型のユビキチン鎖(K6 3鎖)が形 RAD5 1複合体によるストランド侵入の三つが重要である 成される14,15).この反応には RNF8とユビキチンキャリア (図3) .RAD5 1は相同鎖検索機能を有する大腸菌 RecA の タ ン パ ク 質 E2で あ る Ubc1 3の 会 合 因 子 と し て HERC2 ホ モ ロ グ で,DNA 損 傷 断 端 の 一 本 鎖 DNA に 結 合 し て が16),また Ubc1 3に結合して反応を抑制する因子として RAD5 1フィラメントを形成し,姉妹染色分体の相同部位 OTUB1が同定されている17).形成された K6 3鎖はユビキ へと誘導する. チン結合モチーフ(ubiquitin-interacting motif:UIM)を有 DSB が生じると,まずセンサーとして MRE1 1-RAD5 0- す る RING 型 E3,RNF1 6 8を リ ク ル ー ト し,RNF1 6 8に NBS1 (MRN) 複合体と ATM (ataxia-telangiectasia-mutated) が よって局所の K6 3鎖はさらに増幅され18,19),やはり UIM リクルートされ,CtIP を介して MRN に結合した BRCA1- リ ピ ー ト 配 列 を 有 す る RAP8 0を 含 む BRCA1-A 複 合 体 C 複合体が MRE1 1のヌクレアーゼ活性を促進して DNA が誘導される9,20∼22).BRCA1-A 複合体の構成因子として 一本鎖を形成する .同時にヒストン H2A バリアントで RAP8 0, ABRA1, BRCA1, BARD1, NBA1, BRE, ある H2AX の ATM によるリン酸化(γH2AX と呼ばれる) BRCC3 6が存在することがわかっている23).このように が引き金となり,BRCA1-A 複合体がリクルートされる. BRCA1-A 複合体が DSB 局所に集積するメカニズムの大要 G1期では CtIP は5 3BP1によって抑制され,DSB は主に が明らかになった一方,その意義については判然としない Ku7 0/Ku8 0を介した NHEJ によって修復されるが,S 期で 点が多かったが,役割の一つとして,BRCA1-C 複合体の は CtIP の Ser3 2 7残基がリン酸化され,これに結合した 機能を抑え,必要以上な DNA 一本鎖形成および HR を抑 BRCA1が5 3BP1の働きを抑えることによって HR に必要 制する機能が報告された24,25). 1 2) な十分な長さの DNA 一本鎖形成が生じると考えられてい る13). 一方,相同組換え修復の中心的な反応である BRCA2RAD5 1複合体によるストランド侵入には先行する BRCA1 図3 DNA 二本鎖切断における BRCA1複合体の役割 5 3 2 〔生化学 第8 4巻 第7号 図4 RNF8/RNF1 6 8に触媒されるポリユビキチン K6 3鎖による BRCA1-A 複 合体の DNA 損傷局所への誘導 の局所への集積が必要であり,PALB2の仲介によって た1).これに対して Pathania らは紫外線による CPD 生成に BRCA2がリクルートされる (図3) .BRCA2には中央 よ っ て 停 止 し た DNA 複 製 フ ォ ー ク が 引 き 金 と な り, に BRC リピートと呼ばれる八つの繰り返し配列があり, BRCA1が損傷局所にリクルートされ,ARFC(replication これを通して複数の RAD5 1を損傷局所に誘導する . factor C)の局所への誘導と一本鎖 DNA 形成およびそれに PALB2が 結 合 す る BRCA1が BRCA1-A,B,C 複 合 体 の 結合する RPA(replication protein A)の集積が起こり,B いずれなのか,あるいは他の複合体なのかはわかっていな ERCC1/XPF による CPD の除去が行われ,CTLS(transle- い. sional synthesis)ポリメラーゼによる損傷乗り越え修復が 1 0, 2 6) 2 7) 最近,ATM は特にヘテロクロマチンの DSB 修復で重要 抑制されることを示した29).BRCA1の 局 所 へ の 誘 導 は な役割を果たしていることが報告されており ,上記の BRCT ドメイン依存的に生じ,RFC と RPA の誘導はそれ BRCA1機能のうちの一部は ATM とともにヘテロクロマ ぞれ PRR とイントラ S 期チェックポイントを活性化した. チンでの修復に特化した機能であることも考えられる. 一本鎖 DNA 形成には CtIP が必要で, 機能の一部は BRCA1- 2 8) 2)複製後修復(PRR)での役割 C 複合体が関与している可能性が高いが,CtIP を抑制して DSB に対する HR での役割とは別に BRCA1は PRR で も BRCA1の局所への誘導が阻害されないことから,局所 も重要な役割を果たしていることが最近報告された29). への集積には他の因子が関わっていると考えられる.複製 PRR は,塩基除去修復(base excision repair:BER)やヌ フォークに局在する TopBP1(DNA トポイソメラーゼ2結 クレオチド除去修復(nucleotide excision repair:NER)な 合タンパク質)と結合する BACH1が関与する可能性も考 どの一本鎖損傷修復経路で取り除くことのできない CPD えられる.NER の構成因子である ERCC1/XPF が一本鎖 (cyclobutane pyrimidine dimer)などの DNA 損傷に対して, DNA でどのように働くのかなど,不明な点も多く,今後 S 期に DNA 複製にともなって行われる修復で,これまで さらに詳細なメカニズムの解明が期待される. にわかっていた経路は RAD6-RAD1 8による PCNA のモノ 3)チェックポイントでの役割 ユビキチン化が引き金となっておこる損傷乗り換え修復 BRCA1がチェックポイントにおいて重要な機能を果た と,Rad5(ヒトでは SHPRH,HLTF) -Ubc1 3-Mms2による していることはチェックポイントキナーゼである ATM と さらなる PCNA の K6 3鎖ポリユビキチン化により RAD5 1 の関係から明らかとなった.BRCA1は ATM の基質であ がリクルートされて HR によって修復される経路であっ るとともに足場タンパク質として他の ATM の基質のリン 5 3 3 2 0 1 2年 7月〕 図5 HERC2によるチェックポイント制御のモデル図 酸化に重要である30,31).一方,紫外線などによる一本鎖損 ク質で C 末端に HECT ドメインを有する E3である.前述 傷から DNA 複製停 止 が 生 じ た 際 に は 主 に ATR(ATM- し た DSB に 対 す る K6 3鎖 に よ る BRCA1-A 複 合 体 リ ク related)による BRCA1のリン酸化が生じる32).ATM およ ルート経路(図4)において,RNF8と Ubc1 3の結合を仲 び ATR は S1 4 2 3を含む複数の BRCA1上の SQ 配列を認識 介して K6 3鎖生成を促進し,下流の HR 経路に必須なタ しリン酸化する(図1) .G2/M 期チェックポイントでは ンパク質として報告されたが16),同じ頃,著者らは BRCA1 中心的な役割を果たすキナーゼである Chk1のリン酸化お 免疫複合体の質量分析計によるスクリーニングにて よ び 活 性 化 に BRCA1が 必 要 だ が33),ど の よ う に し て BRCA1をユビキチン化する E3として HERC2を同定 し BRCA1が Chk1を制御するのかはまだ判然としていない. た37). BRCA1-C 複合体によって形成された一本鎖 DNA に結合 HERC2は S 期 に BRCA1,PCNA,TopBP1と と も に 複 した RPA による ATR の活性化という間接的な作用(図3) 製フォークに局在し,免疫沈降にて BRCA1および Claspin に加えて,ATR による Chk1のリン酸化に必要な足場タン との結合が認められる37,38).BRCA1との結合は HERC2の パク質である Claspin に BRCA1が結合してこの反応を促 C 末端と BRCA1の RING ドメイン近傍の degron と呼ばれ 3 4) 進することが報告されている (図5) . る分解に重要なドメインを介して行われる.BRCA1は もう一つの BRCA1によるチェックポイント制御機構と BARD1と結合した状態では安定で,BARD1と解離する して複製ストレスに対する BRCA1-B 複合体の関与がわ と不安定になることがわかっていたが4,39),HERC2はこの か っ て い る(図3) .BRCA1-B 複 合 体 の BACH1は DNA 時に BRCA1を分解する E3で,HERC2を抑制した細胞で 複製とチェックポイント制御で働いている TopBP1と結合 は BARD1を抑制しても BRCA1は安定していた37).逆に しており ,BRCA1,BACH1,TopBP1の欠損はいずれも BARD1は HERC2による BRCA1のユビキチン化を阻害し 3 5) 放射線照射後の S 期の減速を阻害する.そのメカニズム た.著者らは,HERC2はクロマチン上で BRCA1-BARD1 として,DNA 損傷後にこの複合体によって複製起点(ori- と 複 合 体 を 形 成 し て お り,BARD1が 解 離 し た と き に gin)のライセンス因子である CDC4 5が複製起点から除去 BRCA1を分解に導くものと考えている.BARD1の発現を されることが報告されている .また,DNA 損傷による 抑制すると BRCA1が不安定化し,DNA 損傷後の S 期あ Claspin と Chk1の結合および ATR による Chk1のリン酸 るいは G2/M 期チェックポイント活性が阻害されて細胞 化は TopBP1に依存していることから , ここでも BRCA1- は M 期へと移行するが,この際に HERC2の発現を同時 B 複合体が関与していることが考えられる. に抑制すると BRCA1は安定化し,チェックポイント活性 3 5) 3 6) 著者らの研究室では BRCA1に結合してチェックポイン は回復する37).これらの結果から HERC2は DNA 損傷部 トを制御する因子として HERC2を同定した.HERC2は 位に集積し,HR 経路での役割を果たすとともに損傷修復 BRCA1依存的に Claspin とも結合し,DNA 複製速度を調 後に BRCA1を分解してチェックポイントから細胞周期へ 節する.HERC2は5 2 8kDa,4 8 3 4アミノ酸の巨大タンパ のリカバリーに働くというモデルが考えられる(図5) . 5 3 4 〔生化学 第8 4巻 第7号 C6 1G など4),BARD1との結合が阻害されるタイプの変異 と BARD1との結合が保たれたまま E3活性が低下する変 異を分けて考える必要がある.活性のみを死活させる変異 の中で最もよく解析されているのは結晶構造解析から BRCA1の E2結合が 阻 害 さ れ る 変 異 と し て 同 定 さ れ た ) I2 6A である5(図2 ) . ホモ接合性 I2 6A 変異のあるマウス ES 細胞では HR が 正常に機能することが報告されていたが41),最近このマウ スでは精子形成不全と体重減少以外には表現型はなく,複 数の乳がん発症モデルにおいて野生型と同等にしか乳がん が発症せず,MEF 細胞における HR も正常に機能するこ とが報告された42).一方で,E3活性が腫瘍抑制に必要で あることは多くの論文で示されており,最近では,ヒトで 乳がん易罹患性を生じる T3 7R 変異細胞を用いた実験で, BRCA1の E3活性がヒストン H2A(Lys1 1 9残基)のユビ キチン化を介してサテライト領域のヘテロクロマチン形成 図6 HERC2による DNA 複製速度調節のモデル図 に必要であることが報告されている43).興味あることに C 末端にユビキチンを1分子連結させた H2A-ユビキチン融 一方,Claspin と HERC2の通常の DNA 複製の中での役 合タンパク質が BRCA1欠損によるヘテロクロマチン形成 割 に つ い て DNA combing 法 を 用 い て 検 討 し た 結 果, 不全と HR 不全をレスキューすることが示されている43). HERC2は Claspin 抑制時に複製 DNA の伸長を抑制し,複 ヒトでは BARD1との結合が保たれたまま E3活性が低下 製起点の発火を促進することによって,S 期の進行を制御 する RING フィンガーのミスセンス変異が家族性乳がんの していることがわかった38).複製ストレスによって ATR 原因となることが以前より報告されている44). 結合タンパク質 ATRIP と HERC2の結合が強くなること, なぜこのような矛盾が生じるかはわかっていないが,ヒ HERC2の抑制により複製ストレス後の ATR による MCM2 トとマウスの違いも要因としてあげられる. 例えば BRCA1 のリン酸化が抑制されることから,HERC2は複製ストレ のヘテロ欠損はヒトでは乳がんの原因となるが,それ単独 ス時の ATR による MCM2のリン酸化を促進することに ではマウスで乳がんを発症しない.これらの事実を総合し よって,起点発火を促進し,複製 DNA の伸長を抑制して て考えると,BRCA1E3活性の HR に対するインパクトは いると考えられる(図6) . それほど大きくはないものの,マウスではがんが発症しな 4. BRCA1の E3活性 いがヒトでは発症するような,より限定的な役割をカバー している可能性が考えられる.このような可能性はいくつ BRCA1の N 末端と BARD1の N 末端は RING 二量体型 か考えられるが,著者らは E3活性がより限られたタイプ の E3を形成する (図2) .この二量体は BRCA1のほと の損傷に対する修復に特化して働くこと,あるいはヘテロ んどの複合体にコア複合体として存在することから11,35), クロマチンにおける HR に特化して働くことなどを想定し 4, 5) BRCA1の機能において何らかの重要な役割を果たしてい ている.また,I2 6A 変異は E3活性を著明に低下させるも ることが示唆されるが,この活性が報告されて1 0年以上 のの,低い活性は保たれていることもマウスで表現型が出 を経た今でも,その役割については確立した定説はない. なかった原因の一つとして指摘されている45). BARD1が BRCA1のタンパク質安定化および核移行に BRCA1 E3活性の HR における意義を考える上では基質 ,ま た,BRCA1 遺 伝 子,BARD1 遺 伝 子 の同定が大きな手がかりになるが,bona-fide な基質とし 必須なこと 4, 6, 3 9) および BRCA1/BARD1 両遺伝子のコンディショナルノッ て誰もが認めるものは現時点では見つかっていない.その クアウトマウスが全て同じ浸透率,同じ潜伏期間,同じ組 背景には BRCA1-BARD1によるユビキチン鎖が K4 8鎖と 織型で乳がんを生じることから ,BRCA1の腫瘍抑制能 は限らず,K6鎖および K6 3鎖を触媒することから46,47), に BARD1が必要であることは明確である.一方,BRCA1 その作用を基質の安定性では判定できない点があげられ RING フィンガーのミスセンス変異には家族性乳がんの原 る.報告されているものの多くは状況証拠と in vitro およ 因となるものが多数あるが,その多くは E3活性が阻害さ び過剰発現による in vivo のユビキチン化によって基質の れると同時に BARD1との結合が阻害される.したがっ 候補と考えられている.その中で HR 経路では CtIP48)と て,E3活性のがん抑制における意義を解析するためには Nucleophosmin(NPM1,B2 3)が候補としてあげられる. 4 0) 5 3 5 2 0 1 2年 7月〕 図7 NPM1の DNA 二本鎖切断への集積 (A)HeLa 細胞 DNA に BrdU を取り込ませた後,レーザーマイクロビームを照射.DNA 二本 鎖切断部位に集積した T1 9 9リン酸化 NPM1を γH2AX との二重染色にて検出した. (B)蛍 光 タ ン パ ク 質 Venus を N 末 端 側 と C 末 端 側 に 二 分 割 し,そ れ ぞ れ BARD1お よ び NPM1に融合させた cDNA を作製.2 9 3T 細胞に過剰発現させた後,放射線(5Gy)を照射. BRCA1が局在する DNA 二本鎖切断部位における NPM1と BARD1の結合を Venus の核内 foci として検出した. NPM1は BRCA1-BARD1の基質の質量分析計を用いた の集積は DSB 修復に重要な役割を果たしているものと思 二つの異なったスクリーニング法で同時に同定された われる.また,放射線照射後に NPM1と BARD1が損傷局 が49),最近の研究結果から Thr1 9 9残基がリン酸化した(pT ) 所で会合することから50(図7 B) ,基質である可能性が高 1 9 9) NPM1が DSB 局所に集積することが明らかとなっ い と 考 え て い る.NPM1は 転 座 に よ っ て 生 じ る NPM- た (図7A) .放射線照射によって生じる pT1 9 9-NPM1の ALK,NPM-MLF1,NPM1-PARα などの融合タンパク質, 核内 foci が RNF8,RNF1 6 8あるいは Ubc1 3の抑制によっ さらに C 末端変異が急性骨髄性白血病,骨髄異形成症候 て消失すること,in vitro にて NPM1が T1 9 9のリン酸化 群あるいは未分化大細胞型リンパ腫の原因となることから 依 存 的 に K6 3鎖 に 結 合 す る こ と か ら NPM1は RNF8と 血液腫瘍領域では臨床的に非常に重要な遺伝子である51). RNF1 6 8によって生じた K6 3鎖によって DSB にリクルー また,乳がんを始め多くの固形がんでも発現異常を認め, ) トされるものと考えられる50(図4 ) .また,NPM1の野生 がん遺伝子とがん抑制遺伝子の両方の側面を持つことがわ 型を抑制し T1 9 9A を add-back した 細 胞 で は 核 内 RAD5 1 かっている.NPM1およびそのユビキチン化の HR におけ foci の遷延化と DNA 損傷修復阻害が生じることから NPM1 る役割を解明することが重要な課題であるが,NPM1のヒ 5 0) 5 3 6 〔生化学 第8 4巻 第7号 ストンシャペロン機能52)が関係しているものと思われ,ヘ ンプライアンスの問題から現在確立した治療とはなってい テロクロマチンにおける損傷修復などでの働きに興味が持 ない.一方,予防的手術の代わりにより頻繁なスクリーニ たれる. ングを行った場合の予後が解析されてきたが,最近で は,2 5歳から1年に1回の MRI とマンモグラフィーを行 5. BRCA1と臨床 うことで,2 5歳での乳房切除を回避できることが報告さ 家族性乳がんは全乳がんのおよそ5∼1 0% で,日本乳癌 れている55). 学会の調査では二親等以内に乳がんの家族歴をもつ症例は 日本では欧米に比較して法整備の遅れなどもあり, 8. 8% である.日本,欧米ともにこのうちの約4分の1程 BRCA 変異の診断,治療が遅れているが,最近になり多く 度が BRCA1 あるいは BRCA2 の変異に起因している.乳 の施設で遺伝子検査が開始されるようになってきており, がん全体の1∼2% 程度が BRCA1 に起因するということ これに伴って今後適切な治療選択の必要性が高まるものと で考えるとインパクトが低いような印象を与えるが,乳が 思われる. んは増加傾向で米国では7人に1人,日本でも約2 0人に 2)Basal-like 乳がん 1人の女性が乳がんに罹患することを考えると決して低い 乳がんの治療戦略は従来の臨床病理学的な情報を中心と 数字とは言えない.それに加えて,A遺伝子異常がわかっ したものから,分子生物学的な情報を重視したものへとシ た場合に乳がん・卵巣がんが発症していなくても乳房切除 フトしてきている.その中でも現在,個々の患者にあった 術を含めた予防的な治療が行われること,B乳がんの1 0 標準治療を行う上で特に重要視されているのが cDNA マ ∼1 5% を占める特に予後の悪いサブタイプである Basal- イクロアレイによる遺伝子発現プロファイル解析から生ま like 乳がんが BRCA1 遺伝子異常あるいは他の原因による れたサブタイプ分類である56,57).主にLuminal A,Luminal B, BRCA1の機能不全によって生じること,さらにCBRCA1 HER2,Basal-like の 四 つ に 分 類 さ れ る が,こ の う ち の の機能不全が治療の標的となることから,現在乳がんおよ Basal-like タイプが BRCA1の機能不全によって生じること び卵巣がんの臨床で BRCA1は非常に重要なテーマとなっ がわかっている.Basal-like 乳がんはエストロゲンレセプ ている. ター陰性,プロゲステロンレセプター陰性,HER2陰性 1)家族性乳がん・卵巣がんの予防的治療 で,従来より免疫組織学的にトリプルネガティブと呼ばれ BRCA1 および BRCA2 変異の浸透率は高く,変異キャ ている乳がんの多くがこの群に含まれる.乳がん全体の リアーは6 0歳までに約7 0% が乳がん,約3 0% が卵巣が 1 0∼1 5% を占めるが,他のタイプがホルモン療法や HER2 んを発症するため,家族歴をきっかけに生殖細胞系列 標的療法で飛躍的に予後が改善してきているのに対して (germ-line)変異がわかった女性には何らかの予防的措置 Basal-like 乳がんは悪性度が高く,依然として予後の悪い がんである. が考慮される必要がある. 予防的両側乳房切除および卵巣切除は2 0年におよぶ臨 Basal-like 乳がんの原因としては BRCA1 変異による家 床試験の結果から,現在では確立した治療法となってい 族性のものに加え,散発性のものに関してはタンパク質レ る.手術の時期が遅いと予防効果は1 0 0% ではなく,転移 5 9) ベルでの不活性化58)や microRNA(miR-1 8 2) の関与が報 として発症する症例があり,乳房切除は2 5歳,卵巣切除 告されている.また,マウスモデルでは BRCA1 や BARD1 は4 0歳がおおよその目安となっている.最近の欧米の2 2 の乳腺上皮特異的なコンディショナルノックアウトマウス 施設における BRCA1/BRCA2 変異2 4 8 2例の多施設共同 によって Basal-like 乳がんが生じることが証明されてい 前向きコホート研究では乳房切除術を受けた2 4 7人のうち る40). 3. 6 5年の経過観察で乳がんが1例も発見されていないの 3)BRCA1機能不全と非がん遺伝子中毒 に対して,乳房切除を受けていない1, 3 7 2人のうち9 8人, BRCA1 変異乳がんあるいは Basal-like 乳がんにおいて 約7% が4. 2 9年のうちに乳がんを発症している53). また, BRCA1の機能不全によって生じる HR 不全が治療の標的 卵巣切除も乳がんによる死亡率を3分の1,卵巣がんによ として注目されている.がんの分子標的治療や内分泌療法 る死亡率を約7分の1に減らす効果があった . は,がんが特異的に発現するタンパク質を標的とするもの 5 3) 卵巣切除の代替としてタモキシフェンによる抗エストロ である.これに対して化学療法の多くはがんのみならず, ゲン療法の効果が報告されているが,BRCA2乳がんでは 正常細胞も保有する機能を標的としている.したがって, 効果を認めているものの,3 5歳から投与した場合には どのようにしてがんに特異的な作用をもたらすかが問題と BRCA1乳がんでは効果を認めていない .これは BRCA1 なる.非がん遺伝子中毒とはある経路が変異により不活化 によって発症する乳がんが,早期のうちにエストロゲン感 したがん細胞が,それを補完するもう一つの経路に依存し 受性のないがんに変化することと関連する可能性が指摘さ て生存している状態で60),補完する経路を遮断すればがん れている.タモキシフェンの長期投与は経済的な負担やコ を特異的に殺すことができる.この方法が有効であること 5 4) 5 3 7 2 0 1 2年 7月〕 は HR 不全のある BRCA1/2 変異乳がんおよび卵巣がんに 対 し,こ れ を 補 完 す る DNA 修 復 経 路 を 抑 制 す る poly (ADP-ribose)ポリメラーゼ(PARP)阻害剤を用いた合成 致死性において提唱され61,62),実際に多くの臨床試験が行 われ,BRCA1/2 変異乳がんや卵巣がんで有効性が確認さ れている63,64).PARP1および PARP2は BER(前述)など の DNA 一 本 鎖 損 傷 の 修 復 に 必 須 で,正 常 な 細 胞 で は PARP が抑制されると一本鎖損傷は S 期に HR を伴う PRR によってエラーなしに修復可能であるが61,62),BRCA1/2変 異を有するがんではこの両経路の機能不全によって,エ ラーの多い NHEJ や緊急避難的にさらにエラーの多い altNHEJ(前述)による修復が起こる65).また,PARP は altNHEJ 経路でも重要な役割を果たしていることが報告され ており,緊急避難経路を絶たれて細胞が死滅するというモ デルも考えられる. 6. お わ り に HR 経路を制御する修復因子は,これまでに報告されて いるだけで少なくとも3 0∼4 0以上が存在し,それぞれ非 がん遺伝子中毒を利用したがん治療における標的あるいは 予見因子になりうる.これら修復因子のがんにおける異常 と抗がん剤に対応する役割を解明することはがんの治療戦 略上,非常に重要である.BRCA1 および BRCA2 の変異 によって生じた乳がん,卵巣がんにおいて,プラチナ製剤 や PARP 阻害剤に起因するこれらの遺伝子の二度目の変異 によってタンパク質機能が回復することが,同薬剤の耐性 につながる66∼68)ことなどを考えても,今後化学療法の感受 性を予想するために HR 経路の異常の有無は欠かせない情 報となっていくものと思われる. 文 献 0 4. 1)Ciccia, A. & Elledge, S.J.(2 0 1 0)Mol. Cell,4 0,1 7 9―2 2)Hall, J.M., Lee, M.K., Newman, B., Morrow, J.E., Anderson, L.A., Huey, B., & King, M.C.(1 9 9 0)Science, 2 5 0, 1 6 8 4― 1 6 8 9. 3)Miki, Y., Swensen, J., Shattuck-Eidens, D., Futreal, P.A., Harshman, K., Tavtigian, S., Liu, Q., Cochran, C., Bennett, L. M., Ding, W., et al.(1 9 9 4)Science,2 6 6,6 6―7 1. 4)Hashizume, R., Fukuda, M., Maeda, I., Nishikawa, H., Oyake, D., Yabuki, Y., Ogata, H., & Ohta, T.(2 0 0 1)J. Biol. Chem., 2 7 6,1 4 5 3 7―1 4 5 4 0. 5)Brzovic, P.S., Keeffe, J.R., Nishikawa, H., Miyamoto, K., Fox, D. 3rd, Fukuda, M., & Ohta, T., Klevit, R.(2 0 0 3)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1 0 0,5 6 4 6―5 6 5 1. 6)Fabbro, M., Rodriguez, J.A., Baer, R., & Henderson, B.R. (2 0 0 2)J. Biol. Chem.,2 7 7,2 1 3 1 5―2 1 3 2 4. 7)Yu, X., Chini, C.C., He, M., Mer, G., & Chen, J.(2 0 0 3)Science,3 0 2,6 3 9―6 4 2. 8)Manke, I.A, Lowery, D.M., Nguyen, A., & Yaffe, M.B. (2 0 0 3)Science,3 0 2,6 3 6―6 3 9. 9)Wang, B., Matsuoka, S., Ballif, B.A., Zhang, D., Smogorzewska, A., Gygi, S.P., & Elledge, S.J. (2 0 0 7) Science, 3 1 6, 1 1 9 4―1 1 9 8. 1 0)Zhang, F., Ma, J., Wu, J., Ye, L., Cai, H., Xia, B., & Yu, X. (2 0 0 9)Curr. Biol.,1 9,5 2 4―5 2 9. 1 1)Huen, M.S., Sy, S.M., & Chen, J.(2 0 1 0)Nat. Rev. Mol. Cell Biol.,1 1,1 3 8―1 4 8. 1 2)Chen, L., Nievera, C.J., Lee, A.Y., & Wu, X.(2 0 0 8)J. Biol. Chem.,2 8 3,7 7 1 3―7 7 2 0. 1 3)Yun, M.H. & Hiom, K.(2 0 0 9)Nature,4 5 9,4 6 0―4 6 3. 1 4)Kolas, N.K., Chapman, J.R., Nakada, S., Ylanko, J., Chahwan, R., Sweeney, F.D., Panier, S., Mendez, M., Wildenhain, J., Thomson, T.M., Pelletier, L., Jackson, S.P., & Durocher, D. (2 0 0 7)Science,3 1 8,1 6 3 7―1 6 4 0. 1 5)Mailand, N., Bekker-Jensen, S., Faustrup, H., Melander, F., Bartek, J., Lukas, C., & Lukas, J.(2 0 0 7)Cell,1 3 1,8 8 7―9 0 0. 1 6)Bekker-Jensen, S., Rendtlew Danielsen, J., Fugger, K., Gromova, I., Nerstedt, A., Lukas, C., Bartek, J., Lukas, J., & Mailand, N.(2 0 1 0)Nat. Cell Biol.,1 2,8 0―8 6. 1 7)Nakada, S., Tai, I., Panier, S., Al-Hakim, A., Iemura, S., Juang, Y.C., O’ Donnell, L., Kumakubo, A., Munro, M., Sicheri, F., Gingras, A.C., Natsume, T., Suda, T., & Durocher, D.(2 0 1 0) Nature,4 6 6,9 4 1―9 4 6. 1 8)Doil, C., Mailand, N., Bekker-Jensen, S., Menard, P., Larsen, D.H., Pepperkok, R., Ellenberg, J., Panier, S., Durocher, D., Bartek, J., Lukas, J., & Lukas, C.(2 0 0 9)Cell,1 3 6,4 3 5―4 4 6. 1 9)Stewart, G.S., Panier, S., Townsend, K., Al-Hakim, A.K., Kolas, N.K., Miller, E.S., Nakada, S., Ylanko, J., Olivarius, S., Mendez, M., Oldreive, C., Wildenhain, J., Tagliaferro, A., Pelletier, L., Taubenheim, N., Durandy, A., Byrd, P.J., Stankovic, T., Taylor, A.M., & Durocher, D.(2 0 0 9)Cell,1 3 6,4 2 0―4 3 4. 2 0)Sobhian, B., Shao, G., Lilli, D.R., Culhane, A.C., Moreau, L. A., Xia, B., Livingston, D.M., & Greenberg, R.A.(2 0 0 7)Science,3 1 6,1 1 9 8―1 2 0 2. 2 1)Kim, H., Chen, J., & Yu, X.(2 0 0 7)Science,3 1 6,1 2 0 2―1 2 0 5. 2 2)Sato, Y., Yoshikawa, A., Mimura, H., Yamashita, M., Yamagata, A., & Fukai, S.(2 0 0 9)EMBO J.,2 8,2 4 6 1―2 4 6 8. 2 3)Wang, B., Hurov, K., Hofmann, K., & Elledge, S.J.(2 0 0 9) Genes Dev.,2 3,7 2 9―7 3 9. 2 4)Hu, Y., Scully, R., Sobhian, B., Xie, A., Shestakova, E., & Livingston, D.M.(2 0 1 1)Genes Dev.,2 5,6 8 5―7 0 0. 2 5)Coleman, K.A. & Greenberg, R.A.(2 0 1 1)J. Biol. Chem., 2 8 6, 1 3 6 6 9―1 3 6 8 0. 2 6)Sy, S.M., Huen, M.S., & Chen, J.(2 0 0 9)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1 0 6,7 1 5 5―7 1 6 0. 2 7)Pellegrini, L., Yu, D.S., Lo, T., Anand, S., Lee, M., Blundell, T.L., & Venkitaraman, A.R.(2 0 0 2)Nature,4 2 0,2 8 7―2 9 3. 2 8)Goodarzi, A.A., Noon, A.T., Deckbar, D., Ziv, Y., Shiloh, Y., Löbrich, M., & Jeggo, P.A.(2 0 0 8)Mol. Cell,3 1,1 6 7―1 7 7. 2 9)Pathania, S., Nguyen, J., Hill, S.J., Scully, R., Adelmant, G.O., Marto, J.A., Feunteun, J., & Livingston, D.M.(2 0 1 1)Mol. Cell,4 4,2 3 5―2 5 1. 3 0)Cortez, D., Wang, Y., Qin, J., & Elledge, S.J.(1 9 9 9)Science, 2 8 6,1 1 6 2―1 1 6 6. 3 1)Foray, N., Marot, D., Gabriel, A., Randrianarison, V., Carr, A. M., Perricaudet, M., Ashworth, A., & Jeggo, P.(2 0 0 3)EMBO J.,2 2,2 8 6 0―2 8 7 1. 3 2)Tibbetts, R.S., Cortez, D., Brumbaugh, K.M., Scully, R., Livingston, D., Elledge, S.J., & Abraham, R.T. (2 0 0 0) Genes Dev.,1 4,2 9 8 9―3 0 0 2. 3 3)Yarden, R.I., Pardo-Reoyo, S., Sgagias, M., Cowan, K.H., & Brody, L.C.(2 0 0 2)Nat. Genet.,3 0,2 8 5―2 8 9. 5 3 8 3 4)Lin, S.Y., Li, K., Stewart, G.S., & Elledge, S.J.(2 0 0 4)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1 0 1,6 4 8 4―6 4 8 9. 3 5)Greenberg, R.A., Sobhian, B., Pathania, S., Cantor, S.B., Nakatani, Y., & Livingston, D.M.(2 0 0 6)Genes Dev., 2 0, 3 4― 4 6. 3 6)Liu, S., Bekker-Jensen, S., Mailand, N., Lukas, C., Bartek, J., & Lukas, J.(2 0 0 6)Mol. Cell Biol.,2 6,6 0 5 6―6 0 6 4. 3 7)Wu, W., Sato, K., Koike, A., Nishikawa, H., Koizumi, H., Venkitaraman, A.R., & Ohta, T. (2 0 1 0) Cancer Res., 7 0, 6 3 8 4―6 3 9 2. 3 8)Izawa, N., Wu, W., Sato, K., Nishikawa, H., Kato, A., Boku, N., Itoh, F., & Ohta, T.(2 0 1 1)Cancer Res.,7 1,5 6 2 1―5 6 2 5. 3 9)Joukov, V., Chen, J., Fox, E.A., Green, J.B., & Livingston, D. M.(2 0 0 1)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,9 8,1 2 0 7 8―1 2 0 8 3. 4 0)Shakya, R., Szabolcs, M., McCarthy, E., Ospina, E., Basso, K., Nandula, S., Murty, V., Baer, R., & Ludwig, T.(2 0 0 8)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1 0 5,7 0 4 0―7 0 4 5. 4 1)Reid, L.J., Shakya, R., Modi, A.P., Lokshin, M., Cheng, J.T., Jasin, M., Baer, R., & Ludwig, T.(2 0 0 8)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1 0 5,2 0 8 7 6―2 0 8 8 1. 4 2)Shakya, R., Reid, L.J., Reczek, C.R., Cole, F., Egli, D., Lin, C. S., deRooij, D.G., Hirsch, S., Ravi, K., Hicks, J.B., Szabolcs, M., Jasin, M., Baer, R., & Ludwig, T.(2 0 1 1)Science, 3 3 4, 5 2 5―5 2 8. 4 3)Zhu, Q., Pao, G.M., Huynh, A.M., Suh, H., Tonnu, N., Nederlof, P.M., Gage, F.H., & Verma, I.M.(2 0 1 1)Nature, 4 7 7, 1 7 9―1 8 4. 4 4)Morris, J.R., Pangon, L., Boutell, C., Katagiri, T., Keep, N.H., & Solomon, E.(2 0 0 6)Hum. Mol. Genet.,1 5,5 9 9―6 0 6. 4 5)O’ Donovan, P.J. & Livingston, D.M.(2 0 1 0)Carcinogenesis, 3 1,9 6 1―9 6 7. 4 6)Nishikawa, H., Ooka, S., Sato, K., Arima, K., Okamoto, J., Klevit, R.E., Fukuda, M., & Ohta, T.(2 0 0 4)J. Biol. Chem., 2 7 9,3 9 1 6―3 9 2 4. 4 7)Christensen, D.E., Brzovic, P.S., & Klevit, R.E.(2 0 0 7)Nat. Struct. Mol. Biol.,1 4,9 4 1―9 4 8. 4 8)Yu, X., Fu, S., Lai, M., Baer, R., & Chen, J.(2 0 0 6)Genes Dev.,2 0,1 7 2 1―1 7 2 6. 4 9)Sato, K., Hayami, R., Wu, W., Nishikawa, T., Nishikawa, H., Okuda, Y., Ogata, H., Fukuda, M., & Ohta, T.(2 0 0 4)J. Biol. Chem.,2 7 9,3 0 9 1 9―3 0 9 2 2. 5 0)Koike, A., Nishikawa, H., Wu, W., Okada, Y., Venkitaraman, A.R., & Ohta, T.(2 0 1 0)Cancer Res.,7 0,6 7 4 6―6 7 5 6. 5 1)Grisendi, S., Mecucci, C., Falini, B., & Pandolfi, P.P.(2 0 0 6) Nat. Rev. Cancer,6,4 9 3―5 0 5. 5 2)Namboodiri, V.M., Akey, I.V., Schmidt-Zachmann, M.S., Head, J.F., & Akey, C.W.(2 0 0 4)Structure,1 2,2 1 4 9―2 1 6 0. 5 3)Domchek, S.M., Friebel, T.M., Singer, C.F., Evans, D.G., Lynch, H.T., Isaacs, C., Garber, J.E., Neuhausen, S.L., Matloff, E., Eeles, R., Pichert, G., Van t’ veer, L., Tung, N., Weitzel, J. N., Couch, F.J., Rubinstein, W.S., Ganz, P.A., Daly, M.B., Olopade, O.I., Tomlinson, G., Schildkraut, J., Blum, J.L., & 〔生化学 第8 4巻 第7号 Rebbeck, T.R.(2 0 1 0)JAMA,3 0 4,9 6 7―9 7 5. 5 4)King, M.C., Wieand, S., Hale, K., Lee, M., Walsh, T., Owens, K., Tait, J., Ford, L., Dunn, B.K., Costantino, J., Wickerham, L., Wolmark, N., & Fisher, B.(2 0 0 1)JAMA,2 8 6,2 2 5 1―2 2 5 6. 5 5)Kurian, A.W., Sigal, B.M., & Plevritis, S.K.(2 0 1 0)J. Clin. Oncol.,2 8,2 2 2―2 3 1. 5 6)Perou, C.M., So /rlie, T., Eisen, M.B., van de Rijn, M., Jeffrey, S.S., Rees, C.A., Pollack, J.R., Ross, D.T., Johnsen, H., Akslen, L.A., Fluge, O., Pergamenschikov, A., Williams, C., Zhu, S.X., Lo /nning, P.E., Bo /rresen-Dale, A.L., Brown, P.O., & Botstein, D.(2 0 0 0)Nature,4 0 6,7 4 7―7 5 2. 5 7)So /rlie, T., Tibshirani, R., Parker, J., Hastie, T., Marron, J.S., Nobel, A., Deng, S., Johnsen, H., Pesich, R., Geisler, S., Demeter, J., Perou, C.M., Lo /nning, P.E., Brown, P.O., Bo /rresenDale, A.L., & Botstein, D.(2 0 0 3)Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1 0 0,8 4 1 8―8 4 2 3. 5 8)Turner, N.C., Reis-Filho, J.S., Russell, A.M., Springall, R.J., Ryder, K., Steele, D., Savage, K., Gillett, C.E., Schmitt, F.C., Ashworth, A., Tutt, A.N.(2 0 0 7)Oncogene,2 6,2 1 2 6―2 1 3 2. 5 9)Moskwa, P., Buffa, F.M., Pan, Y., Panchakshari, R., Gottipati, P., Muschel, R.J., Beech, J., Kulshrestha, R., Abdelmohsen, K., Weinstock, D.M., Gorospe, M., Harris, A.L., Helleday, T., & Chowdhury, D.(2 0 1 1)Mol. Cell,4 1,2 1 0―2 2 0. 6 0)Luo, J., Solimini, N.L., & Elledge, S.J.(2 0 0 9)Cell, 1 3 6, 8 2 3― 8 3 7. 6 1)Bryant, H.E., Schultz, N., Thomas, H.D., Parker, K.M., Flower, D., Lopez, E., Kyle, S., Meuth, M., Curtin, N.J., & Helleday, T.(2 0 0 5)Nature,4 3 4,9 1 3―9 1 7. 6 2)Farmer, H., McCabe, N., Lord, C.J., Tutt, A.N., Johnson, D.A., Richardson, T.B., Santarosa, M., Dillon, K.J., Hickson, I., Knights, C., Martin, N.M., Jackson, S.P., Smith, G.C., & Ashworth, A.(2 0 0 5)Nature,4 3 4,9 1 7―9 2 1. 6 3)Audeh, M.W., Carmichael, J., Penson, R.T., Friedlander, M., Powell, B., Bell-McGuinn, K.M., Scott, C., Weitzel, J.N., Oaknin, A., Loman, N., Lu, K., Schmutzler, R.K., Matulonis, U., Wickens, M., & Tutt, A.(2 0 1 0)Lancet,3 7 6,2 4 5―2 5 1. 6 4)Tutt, A., Robson, M., Garber, J.E., Domchek, S.M., Audeh, M. W., Weitzel, J.N., Friedlander, M., Arun, B., Loman, N., Schmutzler, R.K., Wardley, A., Mitchell, G., Earl, H., Wickens, M., & Carmichael, J.(2 0 1 0)Lancet,3 7 6,2 3 5―2 4 4. 6 5)Patel, A.G., Sarkaria, J.N., & Kaufmann, S.H.(2 0 1 1)Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1 0 8,3 4 0 6―3 4 1 1. 6 6)Edwards, S.L., Brough, R., Lord, C.J., Natrajan, R., Vatcheva, R., Levine, D.A., Boyd, J., Reis-Filho, J.S., & Ashworth, A. (2 0 0 8)Nature,4 5 1,1 1 1 1―1 1 1 5. 6 7)Sakai, W., Swisher, E.M., Karlan, B.Y., Agarwal, M.K., Higgins, J., Friedman, C., Villegas, E., Jacquemont, C., Farrugia, D.J., Couch, F.J., Urban, N., & Taniguchi, T.(2 0 0 8)Nature, 4 5 1,1 1 1 6―1 1 2 0. 6 8)Swisher, E.M., Sakai, W., Karlan, B.Y., Wurz, K., Urban, N., & Taniguchi, T.(2 0 0 8)Cancer Res.,6 8,2 5 8 1―2 5 8 6.