UBQLN4は悪性腫瘍で過剰発現しており、相同組換えによる修復が抑制されている
| 論文標題 | UBQLN4 Represses Homologous Recombination and Is Overexpressed in Aggressive Tumors |
|---|---|
| 著者 | Jachimowicz RD, Beleggia F, Isensee J, Velpula BB, Goergens J, Bustos MA, Doll MA, Shenoy A, Checa-Rodriguez C, Wiederstein JL, Baranes-Bachar K, Bartenhagen C, Hertwig F, Teper N, Nishi T, Schmitt A, Distelmaier F, Lüdecke HJ, Albrecht B, Krüger M, Schumacher B, Geiger T, Hoon DSB, Huertas P, Fischer M, Hucho T, Peifer M, Ziv Y, Reinhardt HC, Wieczorek D, Shiloh Y |
| 雑誌名・巻・ ページ・発行年 |
Cell. 176(3): 505-519, 2019 |
| キーワード | DNA二本鎖切断修復 , 非相同末端結合 , 相同組換え , UBQLN4 , 分子標的治療 |
【背景と目的】
放射線によるDNAの二本鎖切断（double strand break; DSB）は細胞死や、染色体異常、やがてはがん化に繋がりうる重篤な損傷である。DSBの主な修復経路としては非相同末端結合（non-homologous end joining; NHEJ）と相同組み換え（homologous recombination; HR）があり、それぞれの経路がバランス良く働くことが正確なDSB修復を行うためには重要である。
修復経路が働く際のDNA損傷応答としては、まずDSB部位にてATMが活性化し、数多の基質タンパクをリン酸化して、修復に関するシグナル伝達を促す。DNA損傷応答におけるリン酸化標的は豊富にあるのに対して、ユビキチン化されるものとして知られている基質は少ない。ユビキチン化修飾は基質タンパクの機能変化やプロテアソームを介したタンパク分解に寄与する。これまでに筆者らはDSB部位へプロテアソームが集積することを報告しており、DSB部位でのタンパクのターンオーバーが適切なDSB応答には重要であることを示した。今回紹介する論文は、プロテアソームへ基質タンパクを輸送するシャトル因子UBQLN4のDSB修復における役割、およびUBQLN4の発現量を指標としたがん治療へのアプローチを提案した一報である。
【主な結果】
まず、毛細血管拡張性運動失調症などのゲノム不安定性疾患と似た症状を持つ患者からUBQLN4 c.976 C > Tを同定した。この一塩基置換はUBQLN4 nullとなり、新規常染色体劣性遺伝子疾患の発症につながると示唆した。
次に、UBQLN4のDNA損傷応答の関与について、放射線の作用と似たDSBを誘発するDNA損傷誘発剤（ネオカルチノスタチン（NCS）など）に対するDSB修復能や生存、細胞死への影響を検討した。UBQLN4の欠損または発現抑制細胞は野生型およびコントロールshRNA導入細胞（コントロール）と比較してDSB修復欠損および高い感受性を示した。また、UBQLN4はDNA損傷部位に集積することを確認し、ATM依存的なリン酸化を受けることを明らかにした。リン酸化修飾が起こらない変異が入ると、UBQLN4の発現抑制と同様、NCSに対して高い感受性を示した。したがって、ATM依存的なUBQLN4のリン酸化はDSB修復に必要であることが示された。
次に、UBQLN4のDSB修復経路への関与について、NHEJとHRの相対的な修復効率を検討した。UBQLN4発現抑制はコントロールと比較してHRの相対的な使用効率が顕著に上昇した。他のHRアッセイでも同様の結果が得られた。HRはDSB末端でのMRE11によるDNAの削り込みが起点となり進行する。免疫沈降による解析から、DNA損傷時、UBQLN4はUBAドメインを介してユビキチン化されたMRE11と結合し、その結合にはATMによるUBQLN4のリン酸化が必要であることが示された。このことから、UBQLN4はDSB部位に集積したMRE11のタンパク分解を制御していることが示唆された。
一方、UBQLN4を過剰発現させると相対的にNHEJ効率が顕著に上昇し、NCS誘発のアポトーシスが抑制され、生存率の上昇が示された。また、UBQLN4の発現量とがんとの関連性について、498例の神経膠芽腫の患者データからUBQLN4の発現上昇は全生存率に対して負に相関することを示した。この関連性はメラノーマ、子宮がん、乳がん、肺がんにおいても同様の結果であった。さらに、HR修復欠損はPARP1阻害剤に対して高い感受性を示すという報告と同様、UBQLN4高発現がん細胞株はPARP1阻害剤に対する感受性が高いことを示した。このようにUBQLN4の発現はPARP1阻害剤に対する感受性に寄与することが明らかとなった。
【まとめ】
ゲノム不安定性疾患と似た症状を呈するUBQLN4欠損症候群を同定した。UBQLN4欠損は遺伝毒性ストレスに対して高い感受性を示すことを明らかにした。また、筆者らはDSB誘発時のUBQLN4はDSB部位に集積し、ATM依存的にリン酸化され、ユビキチン化されたMRE11と相互作用してDSB部位からの除去を適切に行い、DSB修復経路選択を制御していることを示した。しかしながら、UBQLN4には核移行シグナルが存在しないため、未知なる翻訳後修飾が核移行に関与しているのではないかと推測している。
がんにおけるUBQLN4の高い発現量は低い全生存率を示すことを明らかにした。UBQLN4過剰発現は相対的にNHEJの利用率が上昇したことから、HRで修復されるべき領域がNHEJにより修復された場合は、ゲノム不安定性や発がん性形質転換の促進につながると考察している。一方、UBQLN4の過剰発現はHR効率が低下するため、BRCA1やBRCA2の機能喪失によるHR欠損同様、PARP1阻害剤に対して感受性が高かった。したがって、がんにおけるUBQLN4の発現量は全生存率を予測する因子であり、UBQLN4の発現量が高い場合はPARP1阻害剤が治療選択の一つになりうることが本研究により示された。