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翻訳後修飾によるがん抑制遺伝子p53の機能の調整 CYTOSKELETON NEWS 2018年2月号

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メーカー名：Cytoskeleton, Inc.

がん抑制遺伝子p53の翻訳後修飾による機能の調整

マルチドメインで四量体であるp53タンパク質は、1979年に発見され^1-3、その本当の機能が強力ながん抑制機能だと分かるまでは、がん遺伝子だと考えられていました^{4, 5}。p53は、2つのN末端転写活性調整ドメイン(TAD1, TAD2)、プロリンリッチドメイン(P-rich)、DNA結合ドメイン(DBD)、リンカードメイン、四量体形成ドメイン(TD)、リジンリッチC末端調整ドメイン(REG) から成ります⁵（図1）。p53は転写因子として、最大3,000個の遺伝子の発現調節をしています。その中にはアポトーシス、老化、細胞周期の停止、DNA修復、細胞死、腫瘍微小環境、オートファジー、がんの浸潤・転移が含まれています^6-8。p53の機能は時間空間的に複数のドメインで起きる50種の翻訳後修飾 (PTM) によって制御されています^9-12（図 1）。本稿では、ユビキチン化、リン酸化、アセチル化によるp53の制御について述べていきます。

図1. p53の翻訳後修飾
p53は複数ドメインにおいて、おおよそ50個の翻訳後修飾を受ける。これらの翻訳後修飾は互いに依存せず、連携性がないが、お互いに阻害し合うこともある。

ユビキチン化

ストレスがなく正常に細胞が成長している間は、E3ユビキチンリガーゼ (MDM2: mouse double minute 2; ヒト相同体, HDM2）が、ユビキチン－プロテアソームを制御して、MDM2、p53、p300/CREB結合タンパク質からなるタンパク質複合体（p300/CBP）を分解することにより、p53の発現を最低限に抑えています^{13, 14}。MDM2は、p53のTAD1と結合し、それでp53のREGドメイン中の6個のリジン（図 1）のポリユビキチン化を媒介し、p53を負の方向に抑制しています¹⁵。重要なことは、MDM2はp53の複数の個所でモノユビキチン化を直接媒介しているということです¹⁶。しかし、ポリユビキチン化については直接的に関与していません。その代わり、p300/CBPはユビキチンリガーゼとアセチルトランスフェラーゼ活性の両方を持っており、モノユビキチン化リジン残基をポリユビキチン化の基質として使います^{13, 14}。注目すべきはおびただしい他のE3リガーゼ、たとえばPirh2, COP1, CHIP, ARF-BP1, E6-AP, TOPORS, TRIM24, MKRN1などがp53を制御しています⁹。

リン酸化

セリン/スレオニン (Ser/Thr) 残基のリン酸化は、p53を安定化し、活性化するもので、遺伝毒性によるダメージ、発がん遺伝子の活性化、過剰増殖シグナル、低酸素症、栄養不良などの細胞内ストレスによって引き起こされるものです^{17, 18}。活性化されると、四量体p53は、目標となる遺伝子のプロモーターのところで活性型転写複合体を形作り、遺伝子の発現を制御し、細胞周期を停止させたり、細胞死に導いたりします。おそらく、p53の活性を司っている一番重要なリン酸エピトープはSer15です。Ser15のリン酸化は、続いて起こる他のp53の残基（Thr18やSer20）のリン酸化に必要だからです^{9, 19}。実際、Thr18のリン酸化はMDM2が結合するのを阻害するのに必要な触媒です。TAD1においてまとまって存在しているセリン残基（Ser20、Ser33、Ser37、Ser46、Ser55）のリン酸化によって、MDM2のp53への結合力がさらに低下します^{9, 19-26}（図1）。MDM2の結合力が低下するのに伴い、共転写活性化因子のp300/CBPが代わりにp53に結合します^{9, 19}。この結合は、Ser15とThr18のリン酸化に依存しています^{21, 22}。p300/CBPは構造的に類似した4個のドメイン（TAZ1、 KIX、TAZ2、NCBD）を持っており、p53のTADにそれぞれ違う強さで結合します^24-26。p53の二箇所のリン酸化により、MDM2はp53から離れ、近傍のセリン残基のリン酸化が連続して起きることで（Thr18と比較して最大80倍）、KIXとTAZ1の両ドメインに対するp53の結合力が緩やかに上昇します^{9, 24-26}。p300/CBPはp53に結合して、p53の複数個所のリン酸化を緩やかに増加させます。^{22, 24, 26}

アセチル化

リン酸化に加えて、p300/CBPが媒介するアセチル化が、細胞内ストレスに応答したときのp53の安定化と活性化に不可欠です^27-29。p53のREGドメインにおける6個のリジン残基(Lys370、Kys372、Lys373、Lys381、Lys382、Lys386) は、p300/CBPによるアセチル化の標的となります。このアセチル化により、MDM2が媒介するこれらのリジン残基のユビキチン化が阻害され、p53のトランス活性化能を保ちます^{9, 28}。しかも、p53のアセチル化は、リン酸化の状態に関係なく、p53とMDM2の相互作用を不安定化させるのに不可欠なものです。p53のDBDの2つのリジン（Lys120、Lys164）とREGドメインの6個のリジンのアセチル化は、MDM2がp53複合体結合プロモーターに結合するのを阻害し、p53が媒介するストレス応答を可能にします²⁹（図1）。MDM2はHDAC1複合体を通じてp53の脱アセチル化を促進します²⁸。これによりp53がポリユビキチン化され、最終的にプロテアソームにより分解されます。

まとめ

四量体p53がん抑制タンパク質は、細胞周期の停止、細胞死、それに関する経路について何千もの遺伝子の発現を制御しています。それゆえ、MDM2とp300/CBPが媒介するポリユビキチン化により強固に負の制御を受けています。細胞ストレスによりp53はリン酸化・アセチル化されることで、安定化・活性化されます。HDAC1が媒介する脱アセチル化によって、次の細胞ストレスを受けるまでp53は静止状態になっています。p53や他のがん関連タンパク質が翻訳後修飾によってどのように制御されているのかを理解するために、Cytoskeleton社では、Signal-Seeker Enrichment Kitsをご用意しております。この商品で、細胞や組織ライセートにおけるチロシンリン酸化、ユビキチン化、アセチル化、SUMO化の細胞内濃度を研究することができます。また、多くの実験に利用できるPTM抗体もご用意しております。

参考文献

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PTM抗体、ビーズ、その他

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