今日の話題
590 化学と生物 Vol. 51, No. 9, 2013
O 6 - メチルグアニンに誘導されるアポトーシスの分子機構
修復せずに殺してしまうしくみ
DNAは紫外線，化学物質，通常の代謝によって生じ る活性酸素など，さまざまな内的，外的要因によって絶 えず損傷を受けており，それらは修復されないと遺伝病 や，がんといった疾病を引き起こす原因となる．DNA のアルキル化塩基損傷はアルキル化剤による処理や，生 体内代謝産物である -アデノシルメチオニン，食物に含 まれる硝酸化物から生じるニトロソ化合物などによって 引き起こされる．アルキル化損傷のほとんどは -メチ ル化で，これらはDNA複製を阻害するため，塩基除去 修復によって素早く発見され除かれる．一方，グアニン の6位の酸素原子のアルキル化によって生じるO6-メチ ルグアニン （O6MeG） は，DNA複製を阻害しない．そ してこれがDNA複製の鋳型となるとき，DNAポリメ ラーゼがシトシンと同程度の割合でチミンを挿入してし まうためO6MeG : T誤対合を生じる．この誤対合は二度 目のDNA複製のあとG : CからA : Tへの変異として固 定され，細胞のがん化や疾病の原因となりうる（図1）． このような状況を回避するために，細胞はO6-メチルグ アニンDNAメチルトランスフェラーゼ （MGMT） を備 えている．この酵素は大腸菌からヒトまで高度に保存さ れており，O6MeGのメチル基を自身のシステイン残基 に移すことでO6MeGからメチル基を特異的に除去して 元のグアニンに戻す（1）．一方，MGMTのサーベイラン スをくぐり抜けDNA複製で生じたO6MeG : T誤対合に はミスマッチ修復 （MMR : Mismatch repair） 複合体が 特異的に結合する．O6MeG : T誤対合に結合したMMR 複合体は，損傷応答チェックポイントキナーゼATRを 活性化し細胞周期チェックポイントを発動して細胞周期 をG2/M期で止め，さらに，アポトーシスを誘導するこ とによってO6MeG : T誤対合を細胞ごと除いてしまう．
このようにして，MGMTによる修復とMMRによるア ポトーシス誘導という二重の防御システムは，O6MeG に起因する突然変異から生体を守り発がん抑制に重要な 役割を果たしている．実際に，MSH2, MLH1をはじめ としたMMR遺伝子は遺伝性非ポリポーシス大腸がんを 発症する HNPCC （Hereditary nonpolyposis colorectal cancer） の原因遺伝子として同定されており，がん抑制 遺伝子である．また，多くのがん細胞において
遺伝子のプロモーター領域のメチル化による発現抑制が 見いだされている．
MMR複 合 体 に よ るO6MeG : T誤 対 合 の 認 識 に は MutS
α
（MSH2-MSH6複合体）とMutLα
（MLH1-PMS2 複合体）が重要な役割を果たしている．このとき，ATRとその結合タンパク質ATRIPがO6MeG : T誤対合 複合体に特異的に結合して活性化し，下流のチェックポ イントキナーゼCHK1をリン酸化する．興味深いこと に，G : Tミ ス マ ッ チ 部 位 に 結 合 し たMMRで は こ の ATRの結合とCHK1のリン酸化は起こらない（2）．した がって，MMRによるO6MeG : T誤対合認識の分子機構 は複製エラーによって生じた誤対合を切り出して修復す る，いわゆる「ミスマッチ修復」の場合と異なる．一方 で，O6MeG : T，もしくはG : T誤対合に結合したヒト MutS
α
の結晶構造解析から，両者の構造に顕著な違い が見られないことが示された（3）．MutSα
，もしくはそれ に結合するATRがどのようにこれらの誤対合を区別し ているのかの詳細はいまだ不明で，さらなる解析が待た れる．近年，DNA損傷部位におけるエピジェネティッ クな変化に伴うクロマチンの動態変化（クロマチンリモ デリング）とDNA修復やチェックポイント応答が密接 にかかわっていることがわかってきている．G : T誤対 合の場合ではMutSα
がATP結合に依存して誤対合部位 に結合し，そのクロマチンリモデリング活性によりヒス トンコアタンパク質複合体をDNA上から引きはがす．G C CHG C G
3 CH3
MGMT T A T
アルキル化剤
DNA複製 DNA複製
MMR
アポトーシス
?
がん化
（G:C→A:T）突然変異
図1■O6-メチルグアニンに対する応答
アルキル化剤で生じたO6-メチルグアニンは2回の複製の後G : Cか らA : Tのトランジションを起こし，突然変異の原因となる．細胞 内ではO6-メチルグアニンはMGMTによって直接除かれるか，ま たはミスマッチ修復依存のアポトーシスで細胞ごと除かれる．
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化学と生物 Vol. 51, No. 9, 2013
このとき，ヒストンH3のリジン115および122のアセチ ル化は，MutS
α
のクロマチンリモデリング活性を促進 する（4）．一方，O6MeG : Tを基質とした実験結果はまだ 報告されておらず，MutSα
のO6MeG : T誤対合におけ るクロマチンリモデリング活性と，O6MeG : T誤対合に 依存したチェックポイント応答とアポトーシス発動の関 連については興味がもたれる．S期に生じたO6MeG : TにはMutS
α
が結合し，ATR, CHK1のリン酸化が起こるが，この段階ではチェックポ イントの応答は起こらずに細胞周期は停止することなく 次の細胞周期のラウンドに突入する．そして，O6MeG に起因するMMRが誘導するアポトーシスは，二度目の S期を経て停止したG2/M期で起こる．この時期には チェックポイントキナーゼATM, CHK2のリン酸化，さ らにはヒストンH2AX, 一本鎖結合タンパク質RPAのリ ン酸化も観察される（5）．これらのことから，MMRが O6MeG : T誤対合を修復できずに反応を繰り返すfutile repairが起こり，この際生じたssDNAギャップや二本 鎖切断などがアポトーシスの引き金になる可能性が示唆 される（6）．一方で，前述のようにMMRがATRを直接 活性化することや，修復能を欠いたMSH2の特定の変 異体がアルキル化損傷に応答してアポトーシスを誘導で きることから，O6MeG : Tに結合したMMRによる直接 的なアポトーシスシグナルの誘導の可能性も考えられて いる．われわれの研究グループでは，O6MeGに誘導される アポトーシスの分子機構を明らかにするため，ジーント ラップ法を用いて変異導入したマウス線維芽細胞より網 羅的なスクリーニングを行いアポトーシス関連遺伝子の 同定を試みている．その結果，新規に （O6- Methylguanine-induced apoptosis 1） お よ び
（O6-Methylguanine-induced apoptosis 2） を同定した．
そして，MAPO1は常染色体優性遺伝子疾患で皮膚病変 や腎腫瘍などを引き起こすBirt-Hogg-Dubé症候群の責 任遺伝子産物であるFLCN，細胞内エネルギーセンサー として働くAMPK複合体と相互作用してMMR依存の アポトーシス制御を行っていることを示した（7, 8）．ま た， を発現抑制した細胞ではアルキル化剤で引 き起こされる種々のアポトーシスのイベントが抑制され ることから，MAPO2はアポトーシス誘導過程で重要な 役割を果たしていることを示した（9）．しかしながら，こ れらの解析は複雑に入り組んだアポトーシス経路の一部
のみを観察していると考えられ，MMR依存のアポトー シス制御のメカニズムを把握するためには，MMRによ る損傷認識後にMAPO1ならびにMAPO2の活性化にか かわる新規因子の同定がブレイクスルーになると思われ る．
われわれの体はDNAをアルキル化するさまざまな物 質に常に暴露されている．また，テモゾロミドなどのア ルキル化剤はその特性から神経膠腫治療の有効な手段と して利用されている．このようにアルキル化損傷に応答 したMMRが誘導するアポトーシスは身近な場所でも常 に働いており，この経路を明らかにすることは，発がん 抑制とがん治療を考えるうえで重要であると考えてい る．
1） B. Kaina, M. Christmann, S. Naumann & W. P. Roos : （ ）, 6, 1079 （2007）.
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（ ）, 11, 259 （2012）.
9） R. Fujikane, M. Sanada, M. Sekiguchi & M. Hidaka : , 7, e44817 （2012）.
（藤兼亮輔，福岡歯科大学細胞分子生物学講座）
プロフィル
藤兼 亮輔（Ryosuke FUJIKANE）
＜略歴＞2005年大阪大学大学院理学研究 科生物科学専攻修了，博士（理学）／九 州大学農学研究院学術研究員 （〜 2006）， キ ャ ノ ン ヨ ー ロ ッ パ 財 団 フ ェ ロ ー （〜
2007），パリ第11大学ポスドク （〜2008）， アンリポワンカレナンシー第1大学ポスド ク （〜 2010），2010年4月より現職＜研究 テーマと抱負＞ミスマッチ修復タンパク質 に誘導されるアポトーシスの分子機構の解 明＜趣味＞猫，テニス，家庭菜園
