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

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)。

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)}。

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。

■ 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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