Arf6 GEF と癌細胞の浸潤・転移 CYTOSKELETON NEWS 2017年5月号

はじめに

低分子量Gタンパク質 Arf6（ADP-ribosylation factor 6）は Ras スーパーファミリーのうち Arf サブファミリーに属しています。Arf GTPase は３つのクラスに分類されますが、Arf6 は唯一クラスIIIに分類され、細胞膜やエンドソームに局在しアクチン細胞骨格のダイナミクスに基づく様々な細胞運動（エンドサイトーシス、エキソサイトーシス、膜局在タンパク質の輸送や再循環、細胞膜のラフリングなど）を制御しています。これらの細胞機能は生理学的／病理学的な細胞運動および細胞内輸送の基盤となっています。Arf6 は、GDPと結合した不活性状態とGTPと結合した活性状態との間を行き来し、上述の細胞プロセスにおける分子スイッチとして機能しています。Arf6 は、GEF（guanine exchange factors）によりGDPがGTPへと変換されると活性化され、GAP（GTPase activating proteins）によりGTPが加水分解されると不活性化されます^１-３。 本稿では、癌細胞の浸潤と転移における Arf6 と Arf6 GEF の役割に注目します。

Arf6 GEFと癌

癌細胞の浸潤と転移にはアクチン細胞骨格の動的な変化が関与しています。最近の研究では、Arf6が癌細胞の浸潤や転移だけでなく腫瘍の血管新生や増殖においても重要な役割を担っていることが報告されています^４-８。さらに BRAG2/GEP100 や cytohesin3/Grp1、EFA6 のような Arf6 GEF は癌の進行にも関与しており^５,７,８、Arf6 の活性やサイクルを阻害することで癌の進行を抑制できます^６,７,９。

Arf GEF は14種類が報告されています。そのうち8種類が Arf6 を標的にしており、さらにそのうち5種類は Arf6 特異的です。Arf6 GEF は、さまざまなリガンドにより活性化される細胞表面受容体と同様に、PH（pleckstrin homology）ドメインと PI3K（phosphatidylinositol 3-kinase）により生成される phosphoinositide とが直接結合することで活性化され、細胞膜にリクルートされます。GEFの触媒作用を担う Sec7 ドメインは、膜に局在する Arf6 を活性化します。BRAG2/GEP100 や EFA6A-D は Arf6 のみを活性化しますが、cytohesin1 や cytohesin2/ARNO、cytohesin3/Grp1 は Arf6 および他の Arf を標的としています^１-３。

GEP100 は Arf6 GEF の中でも解析が進んでおり、乳癌やメラノーマ、肺腺癌の浸潤を促進することがわかっています^{５,６,10,11}。 EGF（epidermal growth factor）刺激に応じて、GEP100 はリガンドの結合した EGFR（EGF receptor）と直接結合し、細胞膜の Arf6 を活性化します^５（図1）。次にGTP結合型 Arf6 が下流のエフェクター分子である AMAP1 をリクルートし活性化させます。これにより浸潤突起が形成され、癌細胞浸潤の準備が整い始めます¹⁰。活性化された Her2（human epidermal growth factor 2）もまた GEP100 を介した Arf6 活性化を刺激し、癌細胞浸潤を正に制御します¹¹。VEGF（vascular endothelial growth factor）も同様に GEP100 を介して Arf6 を活性化し、内皮細胞における血管新生を促進します¹²。GEP100 を介した Arf6 の活性化は、E-cadherin を介した細胞間接着を分解させることでも癌細胞の浸潤や転移を促進します¹⁰（図1）。また、メラノーマ細胞ではWNT5A（Wnt family member 5A）が GEP100 を介して Arf6 を活性化し、これにより β-catenin/cadherin 複合体が分解されることで癌細胞の浸潤や転移が促進されることが報告されています⁶（図1）。これらの作用は、GEP100 や Arf GEF の cytohesin ファミリーの低分子阻害剤 SecinH3 により阻害されます^６。

図1　 Arf6 GEFのシグナル伝達経路と癌細胞の浸潤、転移、腫瘍血管新生

Arf6 GEF の EFA6 ファミリーでは、EFA6 GEF アイソフォームや癌種に応じて正負の制御が異なっています。 例えば、EFA6A はグリオーマ細胞の浸潤を亢進しますが¹³、EFA6B は乳癌の浸潤を抑制します¹⁴。EFA6A を介した作用はERK（extracellar signal-regulated kinase）シグナル伝達経路のカスケードを用いており¹³、Arf6 刺激によるメラノーマ細胞の浸潤にはERKシグナル伝達が必要であるという報告もあります¹⁵。複雑なことに、EFA6A, B, C アイソフォームは癌細胞の浸潤や転移、薬剤抵抗性を亢進しています⁸。

Grp1 を介した Arf6 の活性化は、b1インテグリンのエンドソームから細胞膜へのリサイクリングを増加させることで、HGF（Hepatocyte growth factor）依存的な腫瘍の血管新生を制御します⁷（図1）。b1インテグリンの細胞膜へのリサイクリングは、形成された新生血管の成熟化を促す癌細胞の固定に関与します。GEP100 と同様に、SecinH3 によりこれらは抑制されます⁷。Grp1 は乳癌細胞の遊走もコントロールすることが報告されています¹⁶。

臨床的な意義：Arf6の低分子阻害剤

GEP100 や cytohesin の阻害は、上述の通り Arf GEF の低分子阻害剤 SecinH3 を用いることで可能です。しかしながら動物試験では、SecinH3 はグリオーマ細胞の転移やメラノーマ、肺腺癌の血管新生を抑制できていますが^6,7、肝臓のインスリン抵抗性が上昇することも報告されています¹⁷。 別の低分子阻害剤である PIT-1 は、細胞の生存や増殖に関わる Akt の制御因子でありPI3Kの生成物であるPIP3（phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate）を阻害します。 PIT-1は、ARNOや Grp1 のPHドメインとPIP3の結合を妨害することでラメリポディア形成や乳癌細胞の遊走を阻害し^1,2,16、メラノーマにおける血管新生や転移を抑制します。癌細胞の浸潤や転移においてARNOと Grp1 のどちらが重要か、PIT-1 による抑制効果がどちらに、もしくは両方によるものなのかなどについてはさらなる研究が必要です。

まとめ

Arf6 GTPase やGEFの最近の研究は、これらのタンパク質が癌細胞の浸潤や転移、腫瘍血管新生において明確な役割を持っていることを示しており、実際に幾つかの癌種においては特定のGEFが関与していることも判明しています。これらの知見は、Arf6 や Arf6 GEF が選択的かつ新しい抗癌剤の標的となり得ることを示唆しています。 これらの研究をサポートするために、Cytoskeleton社ではこれまでの Ras スーパーファミリーの研究キットに加え Arf6 activation assay キットをご提供しています。この activation assay は、エフェクタービーズを用いたプルダウンアッセイとELISA法に基づくG-LISAアッセイの二種類のフォーマットが利用できます。また、GEF／GAP exchange アッセイキットや、生細胞／固定細胞の F-actin の変化をモニターできる試薬も提供しています。

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• 2020年3月号　コロナウイルスと細胞骨格
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• 2020年1月号　Rho GTPaseによる細胞遊走制御

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• 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
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• 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
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