Sos/K-Ras 結合を介して Ras シグナル伝達を制御する新しい低分子阻害剤 CYTOSKELETON NEWS 2014年7月号

低分子量Gタンパク質 Ras は、不活性型（GDP 結合型）と活性型（GTP 結合型）の間を行き来する GTPase です。Ras は、正常な細胞増殖や分化に関与するシグナル伝達経路において、重要な役割を果たしています¹。Ras の3つのアイソフォームである H-Ras、N-Ras、K-Ras は、ヒト腫瘍において発癌作用を示す遺伝子として、30年以上前に同定されました^1,2。Ras シグナル伝達の異常は、30% 以上のヒト癌で確認され、肺癌、大腸癌、膵臓癌に多く認められます^1,3。特に K-Ras は、癌研究において最も重要な Ras タンパク質であると考えられており、21% 以上のヒト癌に関与しています⁴。広範囲にわたる研究がなされているにも関わらず、効果的な Ras 阻害剤が同定されていないことから、K-Ras をターゲットとした新薬の開発は非常に困難であると考えられています。現在のところ、グアニンヌクレオチド交換因子である Sos （Son of sevenless）タンパク質の上流をターゲットにした、Ras タンパク質の治療用阻害剤の開発が期待されています。Sos には、2つのヒトアイソフォーム Sos1 と Sos2 がありますが、Sos1 にフォーカスした研究がほとんどです。しかし、すべての論文で Sos1／ Sos2 を介するシグナル伝達が区別されているわけではなく、まとめて「Sos」とされています。非定型 Ras シグナル伝達を制御する薬剤ターゲットの同定について、これまでに得られた知見を紹介します。

Ras を介するシグナル伝達は、一般的に、受容体チロシンキナーゼ（RTK）-Sos-Ras 経路を通じて行われます。増殖因子リガンドが結合すると、膜貫通型 RTK の二量体化及び自己リン酸化が起こります。Sos1 は、増殖因子受容体結合タンパク質2（Grb2）と恒常的に相互作用しています。Sos1/Grb2 複合体は、リン酸化 RTK にリクルートされ、Grb2 の Src homology 2 (SH2) ドメインを介して結合します^5-9。RTK/Grb2/Sos1 複合体を形成した Sos は、細胞膜（及び細胞内膜）に位置する不活性型（GDP 結合型）Ras に結合します⁵。Sos が Ras に結合すると、GDP から GTP への変換が促進され、Ras が活性化されます。活性型である GTP 結合型 Ras は、GTPase 活性化タンパク質（GAPs） を介して、不活性型である GDP 結合型に戻ります（図1）^1,6。

図1　RTK-Grb2-Sos-Ras 経路を介した Ras の活性化

Sos-Ras 相互作用について報告されたのは 20 年前ですが⁷、最近の研究から、新しい結合ポケット、低分子量化合物、重要な翻訳後修飾が同定され、Sos-Ras 結合の阻害によって作用する、新しい Ras 阻害剤の開発につながることが期待されています。近年発表された4つの論文で、 Sos-Ras 相互作用を変化させたことで生じる興味深い結果が報告されています。
（1）ペプチド HBS3 （水素結合サロゲート［HBS］により合成）は Sos のαへリックスを模倣するように設計されており、Sos-Ras 結合時に Ras のスイッチ領域に挿入されます。in vitro の実験では、Sos-Ras 結合が阻害され、Ras の活性化が有意に低下しました¹⁰。
（2）Ras のスイッチ I/II 領域の間に、ユニークなリガンド結合ポケットが同定されました。フラグメントベースドリードディスカバリー（Fragment-Based Lead Discovery ［FBLD］）により設計された低分子量化合物 DCAI は、このポケットに特異的に結合し、Sos-1 と K-Ras 間の相互作用を防ぐことで K-Ras を阻害します¹¹。
（3）Grb2 のリンカー領域内に位置する Lysine 56 の SUMO化は、Sos1/Grb2 複合体の形成を促進し、おそらく Ras を介すると想定される ERK/MAPK 活性化につながります。反対に、Grb2 の Lysine 56 の SUMO化を阻害すると、Sos1-Grb2 結合が妨げられます¹²。
（4）K-Ras は、翻訳後修飾として Lysine 104 がアセチル化されると、Sos1を介するヌクレオチド交換が阻害され、負に調節されます。アセチルトランスフェラーゼの活性化又は脱アセチル化酵素の阻害を介して、K-Ras のアセチル化を調節することで、癌の治療につながる可能性があります¹³。

治療用の K-Ras 阻害剤は、K-Ras 変異体を選択的に阻害することが理想です。変異体と野生型の選択は、変異がエフェクター結合部位から遠位にあるため、困難であることが示されています¹。K-Ras の １アミノ酸残基の変異（12、13、61）は良く知られており、この変異によって K-Ras は恒常的活性化型（GTP 結合）GTPase となります⁴。 近年、Kevan Shokat 博士の研究グループ（サンフランシスコ カリフォルニア大学 ハワード・ヒューズ医療研究所）が、肺癌患者の 7% に存在する特定の K-Ras 変異体（G12C; グリシン 12 がシステインに置換）で、新しいアロステリックな スイッチ II ポケット（S-IIP）を同定したことで、変異体の選択に関する問題に進展が見られました¹⁴。システイン変異に結合し、スイッチ I 及びスイッチ II 領域の機能を阻害する低分子化合物を設計しました。その結果、Sos を介するヌクレオチド交換が妨げられ、K-Ras 変異体の選択的な阻害に成功しています。

Ras の調節機構が明らかになるにつれて、GTPase タンパク質の活性化レベルを高感度で定量的に測定する方法が、ますます重要になっています。サイトスケルトン社では、低分子量Gタンパク質の活性化レベルを広く測定できる、プルダウン法や G-LISA 活性化アッセイなどの、多くの低分子量Gタンパク質ツールを提供しています。プルダウン法は、ビーズに結合したエフェクタータンパク質のドメインを利用して、活性化 GTPase のレベルを測定し、ウエスタンブロットでタンパク質の活性化レベルを測定します。G-LISA 活性化アッセイは、迅速・高感度で、従来のプルダウン法より定量性に優れています。また、Ras 活性化経路の解明に使用できる、低分子量Gタンパク質抗体、活性化剤、阻害剤を提供しています。

■ CYTOSKELETON NEWS バックナンバー

• 2020年10月号　紡錘体 - 可視化に向けた新規ツール
• 2020年8月号　細胞膜染色用蛍光プローブ
• 2020年4月号　生細胞におけるF-アクチンプローブ
• 2020年3月号　コロナウイルスと細胞骨格
• 2020年2月号　タウ（Tau）の将来性をMapping
• 2020年1月号　Rho GTPaseによる細胞遊走制御

• 2019年12月号　表現型プロファイリング：アクチンに焦点を当てたがん治療
• 2019年11月号　チューブリンの過剰グルタミル化、ミトコンドリア、神経変性
• 2019年9月号　細胞運動性を制御するために相互作用する膜張力とアクチン細胞骨格
• 2019年8月号　Rac1B、がん、およびRac1
• 2019年7月号　Rhoファミリー GTPases、神経可塑性、およびうつ状態
• 2019年6月号　アクチンメチオニン酸化： 動的制御の次の段階
• 2019年5月号　ミクログリアと神経変性疾患
• 2019年2月号　生細胞画像化に対するCNS疾患や障害

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