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

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Arf6 GEF と癌細胞の浸潤・転移

Arf6 GEF と癌細胞の浸潤・転移

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(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

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
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。

参考文献
  1. Yamauchi Y. et al. 2017. Machineries regulating the activity of the small GTPase Arf6 in cancer cells are potential targets for developing innovative anti-cancer drugs. Adv. Biol. Regul. 63, 115-121.
  2. Hongu T. and Kanaho Y. 2014. Activation machinery of the small GTPase Arf6. Adv Biol. Regul. 54, 59-66.
  3. Donaldson J.G. et al. 2011. ARF family G proteins and their regulators: roles in membrane transport, development and disease. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 12, 362-375.
  4. Hashimoto S. et al. 2004. Requirement for Arf6 in breast cancer invasive activities. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.101, 6647-6652.
  5. Morishige M. et al. 2008. GEP100 links epidermal growth factor receptor signalling to Arf6 activation to induce breast cancer invasion. Nat. Cell Biol. 10, 85-92.
  6. Grossmann A.H. et al. 2013. The small GTPase Arf6 stimulates beta-catenin transcriptional activity during WNT5A-mediated melanoma invasion and metastasis. Sci. Signal. 6, ra14.
  7. Hongu T. et al. 2015. Arf6 regulates tumour angiogenesis and growth through HGF-induced endothelial b1 integrin recycling. Nat. Commun. 6, 7925.
  8. Hashimoto S. et al. 2016. Lysophosphatidic acid activates Arf6 to promote the mesenchymal malignancy of renal cancer. Nat. Commun. 7, 10656.
  9. Yoo J.H. et al. 2016. ARF6 is an actionable node that orchestrates oncogenic GNAQ signaling in uveal melanoma. Cancer Cell. 29, 1-16.
  10. Sabe H. et al. 2009. The EGFR-GEP100-Arf6-AMAP1 signaling pathway specific to breast cancer invasion and metastasis. Traffic. 10, 982-993.
  11. Menju T. et al. 2011. Engagement of overexpressed Her2 with GEP100 induces autonomous invasive activities and provides a biomarker for metastases of lung adenocarcinoma. PLoS One. 6, e25301.
  12. Hashimoto A. et al. 2011. GEP100-Arf6-AMAP1-Cortactin pathway frequently used in cancer invasion is activated by VEGFR2 to promote angiogenesis. PLoS ONE. 6, e23359.
  13. Li M. et al. 2006. EFA6A enhances glioma cell invasion through ADP ribosylation factor 6/extracellular signal-regulated kinas signaling. Cancer Res. 66, 1583-1590.
  14. Zangari J. et al. 2014. EFA6B antagonizes breast cancer. Cancer Res. 74, 5493-5506.
  15. Tague S.E. et al. 2004. ADP-ribosylation factor 6 regulates tumor cell invasion through the activation of the MEK/ERK signaling pathway. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 9671-9676.
  16. Miao B. et al. 2012. Inhibition of cell migration by PITENINs: the role of ARF6. Oncogene. 31, 4317-4332.
  17. Hafner M. et al. 2006. Inhibition of cytohesins by SecinH3 leads to hepatic insulin resistance. Nature. 444,941-944.

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