p14ARF (ARF 、p14ARF )は、CDKN2A 遺伝子 いでんし 座 ざ (INK4a /ARF 遺伝子 いでんし 座 ざ )の代替 だいたい リーディングフレーム (a lternate r eading f rame)からのタンパク質 たんぱくしつ 産物 さんぶつ である[ 1] 。p14ARFはMyc やRas の異常 いじょう な増殖 ぞうしょく シグナルなど、分裂 ぶんれつ 促進 そくしん 刺激 しげき の増大 ぞうだい に応答 おうとう して誘導 ゆうどう される[ 2] 。主 おも に核 かく 小体 こてい に蓄積 ちくせき し、そこでNPM (英語 えいご 版 ばん ) またはMdm2 と安定 あんてい な複 ふく 合体 がったい を形成 けいせい する。これらの因子 いんし との相互 そうご 作用 さよう はそれぞれリボソーム の生 なま 合成 ごうせい の阻害 そがい 、またはp53 依存 いぞん 的 てき な細胞 さいぼう 周期 しゅうき の停止 ていし とアポトーシス の開始 かいし を引 ひ き起 お こすため、p14ARFはがん抑制 よくせい 因子 いんし として作用 さよう する[ 3] 。p14ARFは、その転写 てんしゃ 、アミノ酸 あみのさん 組成 そせい 、分解 ぶんかい の面 めん で非 ひ 典型 てんけい 的 てき なタンパク質 たんぱくしつ である。p14ARFは他 た のタンパク質 たんぱくしつ p16INK4a の代替 だいたい リーディングフレームとして転写 てんしゃ され、きわめて塩基 えんき 性 せい が高 たか く、N末端 まったん がポリユビキチン化 か される[ 4] 。
p16INK4aとp14ARFはどちらも細胞 さいぼう 周期 しゅうき の調節 ちょうせつ に関与 かんよ している。p14ARFはMdm2を阻害 そがい し、それによってp53を促進 そくしん する。p53はp21 の活性 かっせい 化 か を促進 そくしん し、p21は特定 とくてい のサイクリン -CDK 複 ふく 合体 がったい に結合 けつごう して不 ふ 活性 かっせい 化 か する。この不 ふ 活性 かっせい 化 か がなければ、サイクリン-CDK複 ふく 合体 がったい によって細胞 さいぼう 周期 しゅうき のG1 /S期 き チェックポイント を通過 つうか させる遺伝子 いでんし の転写 てんしゃ が促進 そくしん される。CDKN2A 遺伝子 いでんし のホモ接合 せつごう 型 がた 変異 へんい によるp14ARFの喪失 そうしつ はMdm2レベルの増加 ぞうか をもたらし、p53の機能 きのう と細胞 さいぼう 周期 しゅうき の制御 せいぎょ が喪失 そうしつ する。
ヒトのp14ARFはマウスのp19ARFに相当 そうとう する。
p14ARFの転写 てんしゃ 産物 さんぶつ は1995年 ねん にヒトで初 はじ めて同定 どうてい され[ 5] [ 6] 、同 おな じ年 ねん にはマウスでタンパク質 たんぱくしつ 産物 さんぶつ が確認 かくにん された[ 7] 。その遺伝子 いでんし 座 ざ はヒトでは9番 ばん 染色 せんしょく 体 たい (英語 えいご 版 ばん ) の短 たん 腕 うで に位置 いち し、マウスでは4番 ばん 染色 せんしょく 体 たい の対応 たいおう する位置 いち に存在 そんざい する[ 1] 。遺伝子 いでんし はINK4a とINK4b のタンデムリピートの近傍 きんぼう に位置 いち しており、INK4a とINK4b はそれぞれp16INK4aとp15INK4b をコードする。これらのINK4タンパク質 たんぱくしつ は、サイクリンD 依存 いぞん 性 せい キナーゼCDK4 とCDK6 を直接 ちょくせつ 阻害 そがい する。他 た の染色 せんしょく 体 たい には他 た のINK4遺伝子 いでんし が存在 そんざい するが、それらはがんとは関係 かんけい しておらず、機能 きのう は重複 じゅうふく していないようである。CDK4/6のサイクリン依存 いぞん 的 てき な重要 じゅうよう な基質 きしつ にはRbタンパク質 たんぱくしつ がある。RbはG1 期 き の終盤 しゅうばん にリン酸化 さんか され、G1 期 き からの脱出 だっしゅつ を可能 かのう にする。Rbタンパク質 たんぱくしつ は、DNA複製 ふくせい に必要 ひつよう な遺伝子 いでんし の転写 てんしゃ を活性 かっせい 化 か するE2F ファミリー転写 てんしゃ 因子 いんし の活性 かっせい を阻害 そがい することで、細胞 さいぼう 増殖 ぞうしょく を制限 せいげん する。RbがG1 期 き にサイクリンDとサイクリンE に依存 いぞん 的 てき なキナーゼによってリン酸化 さんか されると、RbはE2F依存 いぞん 的 てき な転写 てんしゃ を抑制 よくせい できなくなり、細胞 さいぼう はDNA合成 ごうせい 期 き であるS期 き へと移行 いこう する[ 8] 。そのため、INK4aとINK4bはRbのリン酸化 さんか を担 にな うCDKを阻害 そがい することで細胞 さいぼう 増殖 ぞうしょく を制限 せいげん し、がん抑制 よくせい 因子 いんし として機能 きのう する[ 7] 。
INK4a/ARF遺伝子 いでんし 座 ざ からはINK4aに加 くわ えて、アミノ酸 あみのさん 配列 はいれつ は無関係 むかんけい なタンパク質 たんぱくしつ ARFが代替 だいたい リーディングフレームから産 さん 生 む される[ 1] 。INK4aとARFのmRNAはそれぞれ3つのエクソン からなる。エクソン2と3は両者 りょうしゃ に共通 きょうつう であるがエクソン1は異 こと なり、それぞれエクソン1α あるふぁ 、1β べーた と呼 よ ばれる。エクソン1β べーた はINK4aとINK4bの遺伝子 いでんし の間 あいだ に位置 いち する[ 1] 。エクソン1α あるふぁ と1β べーた はサイズは同 どう 程度 ていど であるが、エクソン1βには自身 じしん のプロモーター と開始 かいし コドン が存在 そんざい し、エクソン2のリーディングフレームは異 こと なるものとなる(ARFのエクソン3は翻訳 ほんやく されない)。そのため、INK4aとARFは重複 じゅうふく したコーディング領域 りょういき を持 も つにもかかわらず両者 りょうしゃ のアミノ酸 あみのさん 配列 はいれつ は無関係 むかんけい であり、異 こと なる機能 きのう を持 も つ。このようにコーディング配列 はいれつ が2つの異 こと なるリーディングフレームで用 もち いられることは哺乳類 ほにゅうるい では一般 いっぱん 的 てき でなく、ARFを特殊 とくしゅ なタンパク質 たんぱくしつ にしている[ 1] 。ARFの転写 てんしゃ 産物 さんぶつ が発見 はっけん されたときには、タンパク質 たんぱくしつ をコードしないと考 かんが えられていた[ 5] [ 6] 。ARFはヒトでは14 kDa、132アミノ酸 あみのさん のタンパク質 たんぱくしつ (p14ARF)、マウスでは19 kDa、169アミノ酸 あみのさん のタンパク質 たんぱくしつ (p19ARF)へと翻訳 ほんやく される[ 1] 。マウスとヒトのARFは、エクソン1β べーた 部分 ぶぶん は45%が同一 どういつ 、ARF全体 ぜんたい では50%が同一 どういつ である。INK4aはエクソン1α あるふぁ 部分 ぶぶん は72%が同一 どういつ 、INK4a全体 ぜんたい では65%が同一 どういつ である[ 7] 。
INK4aとARFは構造 こうぞう 的 てき にも機能 きのう 的 てき にも異 こと なるが、どちらも細胞 さいぼう 周期 しゅうき の進行 しんこう に関与 かんよ しており、これらの持 も つ幅広 はばひろ い阻害 そがい 機能 きのう は発 はつ がん性 せい シグナルへの対抗 たいこう を助 たす けている可能 かのう 性 せい がある。上述 じょうじゅつ したように、INK4aはRbがE2F転写 てんしゃ 因子 いんし に結合 けつごう したままの状態 じょうたい を維持 いじ することで、間接 かんせつ 的 てき に増殖 ぞうしょく を阻害 そがい する。ARFはMdm2(ヒトではHDM2とも呼 よ ばれる)を阻害 そがい することでp53の活性 かっせい 化 か に関与 かんよ している[ 8] 。Mdm2はp53に結合 けつごう し、その転写 てんしゃ 活性 かっせい を阻害 そがい する。Mdm2はp53に対 たい するE3ユビキチンリガーゼ 活性 かっせい も持 も っており、分解 ぶんかい のため細胞 さいぼう 核 かく から細胞 さいぼう 質 しつ への輸送 ゆそう を促進 そくしん する。ARFはMdm2によるp53の転写 てんしゃ 活性 かっせい の阻害 そがい に対抗 たいこう し、細胞 さいぼう 周期 しゅうき の停止 ていし やアポトーシスを引 ひ き起 お こす。そのため、ARFやp53の喪失 そうしつ は細胞 さいぼう の生存 せいぞん に有利 ゆうり となる[ 1] 。
ARFの機能 きのう は主 おも にMdm2/p53を介 かい した機構 きこう であると考 かんが えられてきたが、p53またはp53とMdm2を喪失 そうしつ した細胞 さいぼう でもARFは増殖 ぞうしょく を阻害 そがい する[ 9] 。2004年 ねん 、ARFのp53非 ひ 依存 いぞん 的 てき 機能 きのう の1つがヌクレオフォスミン/B23(NPM)への結合 けつごう が関与 かんよ するものであることが発見 はっけん された[ 9] 。NPMは酸性 さんせい のリボソームシャペロン であり、p53非 ひ 依存 いぞん 的 てき にリボソーム前駆 ぜんく 体 たい のプロセシングと核 かく 外 がい 輸送 ゆそう に関与 かんよ し、自身 じしん とp14ARF とともにオリゴマー化 か する。p14ARF の約 やく 半分 はんぶん が高分子 こうぶんし 量 りょう (2–5 MDa)のNPM含有 がんゆう 複 ふく 合体 がったい 中 ちゅう に存在 そんざい する。ARFの強制 きょうせい 発現 はつげん は、47S/45S rRNA の初期 しょき のプロセシングを遅 おく らせ、32S rRNAの切断 せつだん を阻害 そがい する。このことからは、p14ARF はNPMに結合 けつごう してrRNAのプロセシングを阻害 そがい することが示唆 しさ される[ 9] 。ARF欠損 けっそん 細胞 さいぼう は核 かく 小体 こてい 領域 りょういき が増加 ぞうか し、リボソーム生 せい 合成 ごうせい が増加 ぞうか し、タンパク質 たんぱくしつ 合成 ごうせい が増加 ぞうか する[ 10] 。無制限 むせいげん なリボソーム生 せい 合成 ごうせい はNPMがARFに結合 けつごう していないときにみられ、ARFとNPMの双方 そうほう が欠損 けっそん しているときにはみられない。リボソームとタンパク質 たんぱくしつ の増加 ぞうか によるサイズの増大 ぞうだい は細胞 さいぼう 増殖 ぞうしょく の増加 ぞうか とは関係 かんけい していないが、ARFの正常 せいじょう な基底 きてい レベルは通常 つうじょう 低 ひく いにもかかわらずこうしたARF欠損 けっそん 表現 ひょうげん 型 がた が出現 しゅつげん する。そのため、発 はつ がん性 せい シグナルに応答 おうとう したARFの誘導 ゆうどう が最 もっと も重要 じゅうよう であると考 かんが えられるが、間 あいだ 期 き の細胞 さいぼう でみられる低 てい レベルのARFも細胞 さいぼう 成長 せいちょう の抑制 よくせい という面 めん では大 おお きな影響 えいきょう を持 も っており、NPM/ARF複 ふく 合体 がったい 中 ちゅう の基底 きてい レベルのARFは増殖 ぞうしょく の防止 ぼうし とは独立 どくりつ して定常 ていじょう 的 てき なリボソーム生 せい 合成 ごうせい を監視 かんし しているようである[ 10] 。
INK4a、ARF、Rbやp53の機能 きのう 喪失 そうしつ と関係 かんけい したがんはきわめて一般 いっぱん 的 てき である[ 11] 。INK4aが存在 そんざい しない場合 ばあい 、CDK4/6はRbに対 たい して不適切 ふてきせつ なリン酸化 さんか を行 おこな い、E2F依存 いぞん 的 てき な転写 てんしゃ の増加 ぞうか を引 ひ き起 お こす。ARFが存在 そんざい しない場合 ばあい 、Mdm2はp53を不適切 ふてきせつ に阻害 そがい し、細胞 さいぼう 生存 せいぞん の増加 ぞうか を引 ひ き起 お こす。
多 おお くの種類 しゅるい の腫瘍 しゅよう でINK4a /ARF 遺伝子 いでんし 座 ざ が欠 かけ 失 しっ したりサイレンシングされたりしていることが知 し られている。例 れい として、100の原発 げんぱつ 性 せい 乳 にゅう がん のうち約 やく 41%でp14ARFの欠陥 けっかん がみられる[ 12] 。別 べつ の研究 けんきゅう では、大腸 だいちょう 腺腫 せんしゅ (非 ひ がん性 せい 腫瘍 しゅよう )の32%でプロモーターの高 こう メチル化 か によるp14ARFの不 ふ 活性 かっせい 化 か がみられている。p19ARF、p53、Mdm2を欠 かけ 失 しっ したマウスモデルは、p53とMdm2のみを欠 かけ 失 しっ したマウスよりも腫瘍 しゅよう を形成 けいせい しやすい。このことは、p19ARFがMdm2やp53に依存 いぞん しない影響 えいきょう も与 あた えていることを示唆 しさ している[ 13] 。このアイデアは近年 きんねん のsmARFの発見 はっけん につながった[ 14] 。
CDKN2A(ARF)のホモ接合 せつごう 型 がた 欠 かけ 失 しつ や他 た の変異 へんい は膠 にかわ 芽 め 腫 しゅ と関係 かんけい していることが判明 はんめい している[ 15] 。
近年 きんねん まで、ARFはNPMとの相互 そうご 作用 さよう による成長 せいちょう 阻害 そがい とMdm2との相互 そうご 作用 さよう によるアポトーシスの誘導 ゆうどう という2つの影響 えいきょう を与 あた えることが知 し られていた。現在 げんざい では、小 ちい さなミトコンドリア 型 かた アイソフォーム であるsmARFによる、p53非 ひ 依存 いぞん 的 てき な細胞 さいぼう 死 し に関 かん する機能 きのう が明 あき らかにされている[ 14] 。全長 ぜんちょう 型 がた ARFは細胞 さいぼう 周期 しゅうき の停止 ていし やアポトーシスによるタイプI細胞 さいぼう 死 し によって細胞 さいぼう 成長 せいちょう を阻害 そがい するのに対 たい し、smARFはオートファジー によるタイプII細胞 さいぼう 死 し を引 ひ き起 お こす。ARFと同様 どうよう 、smARFの発現 はつげん は異常 いじょう な増殖 ぞうしょく シグナルによって増加 ぞうか する。smARFは過剰 かじょう 発現 はつげん するとミトコンドリアマトリックス に局在 きょくざい し、ミトコンドリアの膜 まく 電位 でんい や構造 こうぞう にダメージを与 あた え、オートファジーによる細胞 さいぼう 死 し を引 ひ き起 お こす[ 16] 。
ヒトとマウスの細胞 さいぼう では、この切 き り詰 つ められたARFであるsmARFの翻訳 ほんやく はARF転写 てんしゃ 産物 さんぶつ 内部 ないぶ のメチオニン (M45)から開始 かいし される。smARFはラットでも検出 けんしゅつ されるが、ラットの転写 てんしゃ 産物 さんぶつ にはこうした内部 ないぶ のメチオニンは存在 そんざい しない。このことはsmARFを産 さん 生 せい するための代替 だいたい 的 てき 機構 きこう が存在 そんざい することを示唆 しさ しており、このアイソフォームの重要 じゅうよう 性 せい が強調 きょうちょう される[ 14] 。smARFの役割 やくわり はARFとは異 こと なり、核 かく 局在 きょくざい 化 か シグナル (NLS)を欠 か いており、Mdm2ともNPMとも結合 けつごう しない[ 3] 。しかし一部 いちぶ の細胞 さいぼう 種 しゅ では、全長 ぜんちょう 型 がた ARFもミトコンドリアに局在 きょくざい してタイプII細胞 さいぼう 死 し を誘導 ゆうどう しており、飢餓 きが や他 た の環境 かんきょう 応答 おうとう としてのオートファジーに加 くわ えて、がん遺伝子 いでんし の活性 かっせい 化 か に対 たい する応答 おうとう にも関与 かんよ していることが示唆 しさ される[ 2] 。
ARFの発現 はつげん は発 はつ がん性 せい シグナル伝達 でんたつ によって調節 ちょうせつ されている。MycやRasなどによる異常 いじょう な分裂 ぶんれつ 促進 そくしん 刺激 しげき はARFの発現 はつげん を増加 ぞうか させる、p53の変異 へんい やMdm2の増幅 ぞうふく でも同様 どうよう の変化 へんか がみられる[ 8] 。ARFはE2Fの強制 きょうせい 発現 はつげん によっても誘導 ゆうどう される。E2Fの発現 はつげん は細胞 さいぼう 周期 しゅうき 中 ちゅう に増加 ぞうか するが、おそらくARFの発現 はつげん には2つ目 め の未知 みち の転写 てんしゃ 因子 いんし が必要 ひつよう であるため、一過 いっか 的 てき なE2Fの増加 ぞうか に対 たい するARFの応答 おうとう は防 ふせ がれている[ 11] 。ARFはRb-E2F複 ふく 合体 がったい とp53の活性 かっせい 化 か によって負 まけ に調節 ちょうせつ されている[ 8] [ 11] 。異常 いじょう な増殖 ぞうしょく シグナルはsmARFの発現 はつげん も増加 ぞうか させる[ 16] 。
ARFはきわめて塩基 えんき 性 せい が高 たか く(pI > 12)、かつ疎水 そすい 的 てき なタンパク質 たんぱくしつ である[ 8] 。その塩基 えんき 性 せい はそのアルギニン 含量によるものであり、アミノ酸 あみのさん の20%以上 いじょう がアルギニンである。一方 いっぽう で、リジン はほとんどまたは全 まった く含 ふく まれない。こうした特性 とくせい のため、ARFは他 た の標的 ひょうてき に結合 けつごう していない状態 じょうたい では構造 こうぞう をとらないと考 かんが えられている。ARFは25種類 しゅるい 以上 いじょう のタンパク質 たんぱくしつ と複 ふく 合体 がったい を形成 けいせい することが報告 ほうこく されているが、これら個々 ここ の相互 そうご 作用 さよう の重要 じゅうよう 性 せい は未 み 解明 かいめい である[ 1] 。こうした相互 そうご 作用 さよう の1つではSUMO化 か がもたらされることから、ARFは結合 けつごう するタンパク質 たんぱくしつ を修飾 しゅうしょく している可能 かのう 性 せい が示唆 しさ されている。SUMOタンパク質 たんぱくしつ は低 てい 分子 ぶんし 量 りょう ユビキチン様 さま 修飾 しゅうしょく 因子 いんし であり、リジンのε いぷしろん -アミノ基 もと に付加 ふか される。この過程 かてい は、ユビキチン化 か 経路 けいろ に似 に た3つの酵素 こうそ によるカスケード反応 はんのう を伴 ともな う。E1は活性 かっせい 化 か 酵素 こうそ であり、E2は結合 けつごう 酵素 こうそ 、E3はリガーゼである。ARFは既知 きち の唯一 ゆいいつ のSUMO化 か E2酵素 こうそ であるUBC9 (英語 えいご 版 ばん ) と結合 けつごう し、ARFがSUMOの結合 けつごう を促進 そくしん していることが示唆 しさ される。この役割 やくわり の重要 じゅうよう 性 せい は不明 ふめい であるが、SUMO化 か はタンパク質 たんぱくしつ 運搬 うんぱん 、ユビキチン化 か への干渉 かんしょう 、遺伝子 いでんし 発現 はつげん の変化 へんか などさまざまな機能 きのう に関与 かんよ している[ 1] 。
ARFの半減 はんげん 期 き は約 やく 6時 じ 間 あいだ であり[ 4] 、smARFの半減 はんげん 期 き は1時 じ 間 あいだ 未満 みまん である[ 3] 。どちらのアイソフォームもプロテアソーム によって分解 ぶんかい される[ 1] [ 4] 。通常 つうじょう 、タンパク質 たんぱくしつ がユビキチン化 か されるのはリジン残 ざん 基 もと であるが、ARFはN末端 まったん がユビキチン化 か されることでプロテアソームの標的 ひょうてき となる[ 4] 。ヒトのp14ARFにはリジンは含 ふく まれておらず、マウスのp19ARFには1つだけ含 ふく まれている。マウスのリジン残 ざん 基 もと をアルギニンに置換 ちかん しても分解 ぶんかい に影響 えいきょう を与 あた えないことから、同様 どうよう にN末端 まったん がユビキチン化 か されていることが示唆 しさ される。これもARFタンパク質 たんぱくしつ の独特 どくとく さの1つであり、真 ま 核 かく 生物 せいぶつ のタンパク質 たんぱくしつ の大 だい 部分 ぶぶん はN末端 まったん がアセチル化 か されているため、この部位 ぶい のユビキチン化 か は防 ふせ がれている。N末端 まったん のアセチル化 か の効率 こうりつ は末端 まったん から2番目 ばんめ の残 ざん 基 もと の影響 えいきょう を受 う け、酸性 さんせい 残 ざん 基 もと によって促進 そくしん され、塩基 えんき 性 せい 残 ざん 基 もと によって阻害 そがい される。p19ARFのN末端 まったん のアミノ酸 あみのさん 配列 はいれつ はMet -Gly -Arg 、p14ARFはMet-Val -Argであり、メチオニンアミノペプチダーゼ によってメチオニン は除去 じょきょ されるがアセチル化 か は行 おこな われないことで、ユビキチン化 か の進行 しんこう が可能 かのう となる。smARFの配列 はいれつ はメチオニンで開始 かいし されるがメチオニンアミノペプチダーゼで切断 せつだん されず、おそらくアセチル化 か され、ユビキチン化 か なしでプロテアソームによって分解 ぶんかい される[ 1] 。
核 かく 小体 こてい に存在 そんざい する全長 ぜんちょう のARFはNPMによって安定 あんてい 化 か されているようである。NPM-ARF複 ふく 合体 がったい はARFのN末端 まったん を保護 ほご するわけではないが、ARFへの分解 ぶんかい 装置 そうち のアクセスを防 ふせ いでいると考 かんが えられる[ 4] 。ミトコンドリアマトリックスタンパク質 たんぱくしつ p32 (英語 えいご 版 ばん ) はsmARFを安定 あんてい 化 か する[ 16] 。このタンパク質 たんぱくしつ はさまざまな細胞 さいぼう タンパク質 たんぱくしつ やウイルス タンパク質 たんぱくしつ に結合 けつごう するが、その正確 せいかく な機能 きのう は不明 ふめい である。p32のノックダウン によってsmARFのターンオーバーが上昇 じょうしょう し、smARFレベルは劇的 げきてき に低下 ていか する。一方 いっぽう 、p19ARFのレベルはp32のノックダウンの影響 えいきょう を受 う けない。p32は特異 とくい 的 てき に安定 あんてい 化 か し、おそらくプロテアソームまたはミトコンドリアのプロテアーゼ からsmARFを保護 ほご している[ 16] 。
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