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Rac1B、がん、およびRac1 CYTOSKELETON NEWS 2019年8月号

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CYTOSKELETON NEWS 2019年8月号

Rac1B、がん、およびRac1

Rac1B GTPaseは、Rac1の選択的スプライスバリアントであり、いずれもGTPaseのRasスーパーファミリーにおけるRhoサブファミリーです。Rac1Bに19アミノ酸が(エキソン3bとして知られる)挿入されることで、GDPへの親和性が低減するとともにRac1に比べて内因性GTP加水分解が低減し、より迅速なGEF非依存性GDP/GTPヌクレオチド交換が与えられます1-3)(図1)。Rac1Bは、生化学的には恒常活性型のRac1 GTPaseと同様に振る舞うものの、発がん性RhoサブファミリーGTPase変異体とは異なったメカニズムを介します4)。Rac1Bは、細胞周期進行の制御やアポトーシス耐性増大を始めとする発がんの数々の局面に関与します。さらに、GTPaseは悪性形質転換、上皮間葉転換(EMT)、転移、および浸潤を含む腫瘍進行において複数の役割をもちます3)。本ニュースレターでは、腫瘍発生におけるRac1Bの役割やRac1との関係に関するいくつかの近年の発見についてお伝えします。

NIH3T3マウス線維芽細胞においてRac1Bが細胞形質転換を促進することやRac1Bを過剰発現するがん(例えば、結腸がん、ヒト肺腺がん、甲状腺がん)において腫瘍増殖を促進する可能性がいくつかの研究でわかっていることから、Rac1Bは腫瘍化促進性GTPaseとして広範に注目されています3, 5)。腫瘍発生におけるRac1Bの役割として、慢性炎症を生じる情報伝達経路の活性化、増殖促進遺伝子の転写、増殖阻害と細胞周期停止を刺激するシグナル伝達経路の阻害、および細胞接着を低減し細胞遊走を促進するシグナル伝達経路の調節があります3)(図2)。Rac1Bはまた、乳がん、肺がん、および膵臓がんにおけるマトリックスメタロプロテアーゼ3(MMP3)誘導性EMTにおいても重要な役割を担います3, 6-8)。逆に、Rac1Bは特定のがん(例えば、膵管腺がん[PDAC])において抗腫瘍効果を発揮することもできます。PDAC由来細胞においてRac1BはTGF-Β1に誘導されたEMTを阻害することが、細胞形態の変化測定、EMTマーカーの遺伝子発現、TGF-Β1活性化のシグナル伝達カスケード、細胞遊走、およびRac1Bのエキソン3bを標的としたRNAi誘導性ノックダウンによる増殖阻害より特定されています3, 9, 10)。さらに、Rac1Bにおいて様々なGTPase阻害剤物質がRac1よりも選択的であることから治療標的としての可能性があります11)。また、いくつかのがんにおいてRac1Bは予後マーカーとして機能する可能性があります(例えば、乳がん、結腸がん、肝細胞がん、非小細胞肺がん、膵がん、慢性膵炎、および甲状腺がん)12-14)

RAC1遺伝子、選択的転写物、およびRAC1bタンパク質の図
図1.RAC1遺伝子、選択的転写物、およびRAC1bタンパク質の図
1, 2, 3, 4, 5, 6はエキソンを示す。a.a:アミノ酸

上流の活性化因子、下流の標的、および結合パートナー

Rac1Bは、がんに関係する複数のシグナル伝達カスケードにおいて複合的な制御を担っています(図2)。例えば、Rac1Bが負に制御する分裂促進因子活性化タンパク質キナーゼのメンバーを含め、Rac1Bは複数のキナーゼ活性を制御します3)。逆に、Rac1Bは、腫瘍発生を促進または阻害する転写因子ファミリーのNFΚB(活性型B細胞の核内因子Κ軽鎖転写促進因子)を活性化し15)、これは結腸がん細胞においてRelB介在性の負のフィードバック経路の活性化を防ぐために行われると考えられています16)。甲状腺がんにおいては、Rac1B過剰発現によりNFΚB介在性増殖促進と抗アポトーシス性シグナル伝達経路が刺激されます17)。Rac1Bに影響されるシグナル伝達経路として、この他にWnt/ΒカテニンやTGF-Βシグナル伝達があります3)。興味深いことに、Rac1BはRho-GDP解離抑制因子(Rho-GDI)とは相互作用せず、これに対し、Rac1は相互作用を行います5, 15)。Rac1Bはp21活性化キナーゼ(PAK)のGTPase結合ドメインにGTP依存性で結合できるものの、全長PAKには結合できません15)。Rac1に比べ、Rac1BはRho-GDI、GIT-1、およびIQGAPといったRhoファミリーエフェクターに結合できないか、またはより低い親和性で結合します。これに対し、Rac1Bは、転写制御、細胞間接着、および運動性に関与するタンパク質(例えば、SmgGDS、RACK1、および p120(ctn))に強力に結合します3, 18)。Rac1BがRho-GDIと相互作用できないということは、ほとんどのRac1BがRho-GDI介在性隔離が存在しない状態において細胞膜に結合することを意味します。したがって、細胞におけるRac1B発現量は低レベルであるものの、Rac1に比べて活性化を行うことが可能な割合はより大きいといえます3, 5, 15)。さらに、Rac1Bは細胞膜においてユビキチン化の影響を受けません(Rac1Bは、Rac1ユビキチン化を媒介するJun-N末端キナーゼを活性化できません)3, 19)

腫瘍発生に関与するRac1B介在性シグナル伝達
図2.腫瘍発生に関与するRac1B介在性シグナル伝達
Rac1Bより外向きに向かう緑色矢印は下流のシグナル伝達カスケードの活性化を示し、Rac1Bに向かう矢印は情報伝達経路の活性化(DVL3)またはタンパク質発現増大(MEK1/2)の何れかを示す。赤線は下流のシグナル伝達カスケード阻害を示す。

Rac1B は Rac1を阻害

Rac1Bは、Rac1活性を負に調節します20, 21)。HeLa細胞では、Rac1B発現がPDGF-誘導性Rac1活性化を妨害し、膜結合Rac1の比率を低減させ、Rho活性を上昇させます。予想されるように、これらの細胞機能の基礎をなしているRhoやRac GTPaseに制御されるアクチン細胞骨格動態が変化することで、この変化は細胞形態や運動性の変化として現れます20)。同様に、膵がん細胞株においてsiRNAによりRac1Bをノックダウンすると、Rac1タンパク質レベルの増大と相関性がみられます10)。Rac1とRac1BはTGF-Β1誘導性細胞遊走を個別に調節し、前者はTGF-Β1介在性細胞遊走を促進するのに対し、Rac1Bはそれを阻害します9, 21)

まとめ

Rac1Bの腫瘍発生における独特な役割が理解されつつあることは明らかであるものの、まだ発見されていないことが数多くあり、Rac1Bの予後指標や治療標的としての全潜在能力はまだよくわかっていません。がん関連シグナル伝達カスケードにおいてRac1BとRac1とをさらに区別することも、最も重要なことのひとつでしょう。この分野におけるRac1Bの可能性を解明することに焦点を当てた研究の中には、血清中におけるRac1/Rac1B比率をリアルタイムで測定するバイオセンサーを利用したシステムの開発22)や、Rac1B過剰発現により描写されるこれらのがんにおいてRac1/Rac1B比率転換を行う治療の実現可能性研究 3)があります。Cytoskeleton社では、これらの研究をサポートするため、RhoファミリーGTPase活性アッセイキット、抗体、GEFやGAP活性アッセイキット、F-アクチン用の生細胞画像処理プローブ、およびRac1Bの上流または下流に位置する標的タンパク質の翻訳後修飾研究用Signal Seeker kitsをはじめとした広範なGTPase試薬を提供しています。

参考文献
  1. Schnelzer A. et al. 2000. Rac1 in human breast cancer: Overexpression, mutation analysis, and characterization of a new isoform, rac1b. Oncogene. 19, 3013-3020.
  2. Fiegen D. 2004. Alternative splicing of rac1 generates rac1b, a self-activating gtpase. J. Biol. Chem. 279, 4743-4749.
  3. Melzer C. et al. 2019. RAC1B: A Rho GTPase with versatile functions in malignant transformation and tumor progression. Cell. 8, 21.
  4. Haeusler L.C. et al. 2006. Purification and biochemical properties of rac1, 2, 3 and the splice variant rac1b. Methods Enzymol. 406, 1-11.
  5. Singh A. et al. 2004. Rac1b, a tumor associated constitutively active rac1 splice variant, promotes cellular transformation. Oncogene. 23, 9369-9380.
  6. Lee K. et al. 2012. Matrix compliance regulates rac1b localization, nadph oxidase assembly, and epithelial-mesenchymal transition. Mol. Biol. Cell. 23, 4097-4108.
  7. HChen Q.K. et al. 2013. Extracellular matrix proteins regulate epithelial-mesenchymal transition in mammary epithelial cells. Differentiation. 86, 126-132.
  8. Mehner C. et al. 2014. Tumor cell-derived mmp3 orchestrates rac1b and tissue alterations that promote pancreatic adenocarcinoma. Mol. Cancer Res. 12, 1430-1439.
  9. Ungefroren H. et al. 2014. Rac1b negatively regulates TGF-Β1-induced cell motility in pancreatic ductal epithelial cells by suppressing Smad signalling. Oncotarget. 5, 277-290.
  10. Witte D. et al. 2017. Negative regulation of TGF-Β1-induced MKK6-p38 and MEK-ERK signalling and epithelial-mesenchymal transition by Rac1b. Sci. Rep. 7, 17313.
  11. Beausoleil E. et al. 2009. Structure-activity relationship of isoform selective inhibitors of rac1/1b gtpaseucleotide binding. Bioorg. Med. Chem. Lett. 19, 5594-5598.
  12. Alonso-Espinaco V. et al. 2014. Rac1b overexpression correlates with poor prognosis in kras/braf wt metastatic colorectal cancer patients treated with first-line folfox/xelox chemotherapy. Eur. J. Cancer. 50, 1973-1981.
  13. Mehner C. et al. 2015. Tumor cell expression of MMP3 as a prognostic factor for poor survival in pancreatic, pulmonary, and mammary carcinoma. Genes Cancer. 6, 480-489.
  14. Guinney J. et al. 2015. The consensus molecular subtypes of colorectal cancer. Nat. Med. 21, 1350-1356.
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  16. Matos P. and Jordan P. 2006. Rac1, but not rac1b, stimulates relb-mediated gene transcription in colorectal cancer cells. J. Biol. Chem. 281, 13724-13732.
  17. Faria M. et al. 2017 Rac1b overexpression stimulates proliferation and nf-kb-mediated anti-apoptotic signaling in thyroid cancer cells. PLoS ONE. 12, e0172689.
  18. Orlichenko L. et al. 2010. The 19-amino acid insertion in the tumor-associated splice isoform rac1b confers specific binding to p120 catenin. J. Biol. Chem. 285, 19153-19161.
  19. Visvikis O. et al. 2008. Activated rac1, but not the tumorigenic variant rac1b, is ubiquitinated on Lys 147 through a jnk-regulated process. FEBS J. 275, 386-396.
  20. Nimnual A.S. et al. 2010. Perturbation of cytoskeleton dynamics by the opposing effects of rac1 and rac1b. Small GTPases. 1, 89-97.
  21. Melzer C. et al. 2017. The role of TGF-Β and its crosstalk with RAC1/RAC1b signaling in breast and pancreas carcinoma. Cell Commun. Signal. 15, 19.
  22. Sahu V. et al. 2016. Quantification of Rac1 and Rac1b in serum of non small cell lung cancer by label free real time assay. Clin. Chim. Acta. 460, 231-235

G-LISA Kits

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
RhoA G-LISA(R) Activation Assay (luminescence)詳細データ CYT BK121 96 ASSAY
¥264,000
RhoA G-LISA(R) Activation Assay (absorbance)詳細データ CYT BK124 96 ASSAY
¥264,000
RhoA G-LISA(R) Activation Assay (absorbance), Trial Size詳細データ CYT BK124-S 24 ASSAY
¥160,000
Rac1,2,3 G-LISA(R) Activation Assay Kit詳細データ CYT BK125 96 ASSAY
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Rac1 G-LISA(R) Activation Assay Kit詳細データ CYT BK126 1 KIT
[96 assays]
¥264,000
Cdc42 G-LISA(R) Activation Assay Kit詳細データ CYT BK127 96 ASSAY
¥264,000
Cdc42 G-LISA(R) Activation Assay Kit, Trial Size詳細データ CYT BK127-S 24 ASSAY
¥160,000
Rac1 G-LISA(R) Activation Assay Kit詳細データ CYT BK128 1 KIT
[96 assays]
¥264,000
Rac1 G-LISA(R) Activation Assay Kit, Trial Size詳細データ CYT BK128-S 24 ASSAY
¥160,000
RalA G-LISA(R) Activation Assay Kit詳細データ CYT BK129 1 KIT
[96 assays]
¥264,000
Ras G-LISA(R) Activation Assay Kit詳細データ CYT BK131 1 KIT
[96 assays]
¥264,000
Arf1 G-LISA Activation Assay Kit詳細データ CYT BK132 96 ASSAY
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Arf6 G-LISA Activation Assay Kit詳細データ CYT BK133 96 ASSAY
¥264,000
G-LISA Bundle (BK135 = BK124-S + BK127-S + BK128-S)詳細データ CYT BK135 3 KIT
[24 assays/kit]
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RhoA ELISA Kit詳細データ CYT BK150 1 KIT
[96 assays]
¥145,000

Rho Family Small G-Protein Tools

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Rho Activator詳細データ CYT CN01-A 5*10 UNIT
¥61,000
Rho Activator詳細データ CYT CN01-B 20*10 UNIT
¥220,000
Rac and Cdc42 Activator詳細データ CYT CN02-A 5*10 UNIT
¥61,000
Rac and Cdc42 Activator詳細データ CYT CN02-B 20*10 UNIT
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Rho Activator II詳細データ CYT CN03-A 3*20 UG
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Rho Activator II詳細データ CYT CN03-B 9*20 UG
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Rho/Rac/Cdc42 Activator I詳細データ CYT CN04-A 3*20 UG
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Rho/Rac/Cdc42 Activator I詳細データ CYT CN04-B 9*20 UG
¥170,000
Cell Permeable Rho Inhibitor (C3 Trans based) Clostridium botulinum , Unlabeled詳細データ CYT CT04-A 1*20 UG
¥61,000
Cell Permeable Rho Inhibitor (C3 Trans based) Clostridium botulinum , Unlabeled詳細データ CYT CT04-B 5*20 UG
¥182,000

Pull-Down Activation

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Ras Activation Assay Biochem Kit詳細データ CYT BK008 1 KIT
[50 assays]
¥212,000
Ras Activation Assay Biochem Kit詳細データ CYT BK008-S 1 KIT
[20 assays]
¥108,000
Combo RhoA/Rac1/Cdc42 Activation Assay Kit詳細データ CYT BK030 1 KIT
[3 x 10 assays]
¥280,000
Arf1 Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK032-S 20 ASSAY
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Arf6 Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK033-S 20 ASSAY
¥129,000
Cdc42 Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK034 1 KIT
[50 assays]
¥212,000
Cdc42 Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK034-S 1 KIT
[20 assays]
¥108,000
Rac1 Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK035 1 KIT
[50 assays]
¥212,000
Rac1 Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK035-S 1 KIT
[20 assays]
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RhoA Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK036 1 KIT
[80 assays]
¥212,000
RhoA Pulldown Activation Assay Kit詳細データ CYT BK036-S 1 KIT
[20 assays]
¥108,000
RalA Activation Assay Biochem Kit詳細データ CYT BK040 50 ASSAY
¥212,000
PAK-PBD, agarose bead, Human詳細データ CYT PAK02-A 1*500 UG
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PAK-PBD, agarose bead, Human詳細データ CYT PAK02-B 4*500 UG
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Rhotekin-RBD on agarose beads詳細データ CYT RT02-A 2*2 MG
¥176,000
Rhotekin-RBD on agarose beads詳細データ CYT RT02-B 6*2 MG
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Acti-Stain Phalloidins

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Acti-stainTM 488 phalloidin詳細データ CYT PHDG1-A 1*500 UL
[300 slides]
¥64,000
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Phalloidin; Fluorescent Derivatives (Acti-StainTM 535), Rhodamine Isothiocyanate詳細データ CYT PHDR1 1*500 UL
[300 slides]
¥64,000

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