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癌抑制タンパク質p53の多量体形成に関連した生体化学

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図1 p53の細胞内機能

癌抑制タンパク質p53は、種々の遺伝毒性ストレスに応答した活性化、四量体化を介して、細胞周期停止やアポトーシスを誘導します。細胞内の様々な箇所で機能し、数多くの遺伝子の転写活性を制御するp53は、細胞周期制御に関わるシグナル経路において“ハブ”となる重要なタンパク質です。そのため、悪性腫瘍の約半数においてTP53遺伝子の変異が報告されており、ここからもp53が遺伝子の恒常性維持に大きく関与していることがわかります(図1)。

393アミノ酸残基からなるp53は、5つのドメイン(転写活性化ドメイン、プロリンリッチドメイン、DNA結合ドメイン、四量体形成ドメイン、塩基性ドメイン)によって構成されています。p53機能発現に必須である四量体形成を一義的に担っている四量体形成ドメイン(326-356位)は、C末端領域に位置しておりβストランド(326-333位)、ターン(334位)、αへリックス(335-356位)構造より形成されています(図2)。二つの逆平行βシートおよび4へリックスバンドルからなるユニークな四量体は、ランダムな構造をとる単量体との平衡状態にあります(図3)。

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図2  p53のドメイン構成

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図3  p53四量体形成ドメイン構造

 

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図4  蛍光タンパク質解析系

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図5 p53のさらなる理解に向けたアプローチ

当研究室では、p53機能発現に関わる重要なステップである四量体形成を軸にしたp53制御機構の解明およびバイオ関連機能性分子の開発を実施しています。化学合成した四量体形成ドメインペプチドの熱力学的安定性および多量体化の解析により、悪性腫瘍において数多く報告されている四量体形成ドメイン中の変異やアミノ酸残基の酸化は、四量体構造の安定性を低下させる事が明らかとなりました。これに対して我々は、不安定化した四量体構造を安定化させる低分子化合物や非天然型のアミノ酸を導入した超安定型アナローグを開発しています。一方で、p53の四量体を“生細胞”の“生理的濃度”において“定量的”にモニターすることは、細胞内でのp53の挙動を理解するうえで、極めて困難かつ重要な問題です。そこで我々は、蛍光タンパク質を用いた解析系をデザインし、研究を進めています(図4)。これにより、p53四量体形成量、初期の癌細胞における正常型と変異型とのヘテロ四量体形成、ドミナントネガティブ効果および下流標的遺伝子への選択性に関する知見を得る事が可能になります。

これらペプチドおよび生細胞における解析結果を、互いにフィードバックすることでp53に対する理解は飛躍的に進歩し、細胞癌化機構の解明や抗癌治療の革新へと展開されていくことが期待されます(図5)。