Mdm2

MDM2

MDM2は、がん抑制因子として知られるp53の機能を抑制的に調節するタンパク質です。ヒトにおいてはMDM2遺伝子にコードされています。MDM2タンパク質は、p53のN末端に位置する転写活性化ドメイン（TAD）に結合することで、そのE3ユビキチンリガーゼ活性を介したp53のユビキチン化を促進し、さらにp53による標的遺伝子の転写活性化を妨げる阻害因子としても働きます。

発見とその多岐にわたる機能

MDM2をコードする[遺伝子]]は、当初マウスの形質転換細胞株である3T3-DMから、がん遺伝子]として発見されました。この[[遺伝子の過剰な発現は、発がん性タンパク質であるRasと協力してげっ歯類細胞の形質転換を促進し、ヌードマウスでの腫瘍形成を引き起こすことが報告されています。後にヒトにおけるホモログが同定され、Hdm2と呼ばれることもあります。軟部肉腫や骨肉腫、乳腺腫瘍など、複数のヒトのがんにおいてMDM2遺伝子のレベルが上昇していることが確認されており、MDM2ががんの発生や進行に関わるがんタンパク質としての側面を持つことが裏付けられています。

MDM2の主要な機能は、ユビキチン化を通じてp53を分解へと導き、その活動を抑制することです。しかし、MDM2はp53の存在に依存しない多様な機能も担っています。例えば、Polycomb群タンパク質を介した細胞種特異的な遺伝子発現抑制を助ける役割があり、この過程はp53の活性とは無関係に進みます。p53が存在しない状況下でMDM2が欠損すると、ヒト間葉系幹細胞の分化が促進されたり、がん細胞の集落形成能力が失われたりします。MDM2が調節する多くの遺伝子は、ポリコーム抑制複合体2 (PRC2) やその中心的な触媒酵素EZH2の不活性化によっても同様に影響を受けることが分かっています。MDM2はクロマチン上でEZH2と直接結合し、標的遺伝子のヒストンH3の特定の部位（リジン27番）のメチル化や、ヒストンH2Aの特定の部位（リジン119番）のユビキチン化を促進します。これらの修飾に関わる別のE3リガーゼであるRing1B/RNF2とMDM2の両方を同時に除去すると、遺伝子発現の誘導がさらに強まり、結果として細胞増殖が抑制されることが示されています。

MDM2の類縁タンパク質としてMDM4（MdmXとも呼ばれる）も発見されており、これもまたp53の重要な抑制因子として機能します。

また、MDM2は器官の発生や組織が正常な状態を保つ上でも必要不可欠です。これは、MDM2がp53の活性化を抑制することで、「ポドプトーシス」と呼ばれるp53の過剰な活性化によって引き起こされるカスパーゼ非依存的な細胞死を防いでいるためです。ポドプトーシスはアポトーシスとは異なるメカニズムによる細胞死です。組織が損傷を受けた後の修復過程、特に創傷治癒における上皮細胞の再生においても、MDM2の細胞分裂促進機能が求められます。MDM2の働きを阻害すると、この再生過程が損なわれる可能性があります。さらに、MDM2は核内で転写因子のように振る舞い、p53とは独立してNF-κBの活性化に関与します。このため、組織の損傷時には炎症を促進する役割も持ち、MDM2の機能を阻害することは強力な抗炎症作用をもたらす可能性が示唆されています。MDM2の阻害剤は、抗炎症作用と抗細胞分裂作用を併せ持つことから、がんのような炎症と過剰増殖を特徴とする疾患や、全身性エリテプトーデスや急速進行性糸球体腎炎といった自己免疫疾患に対する相加的な治療効果が期待されています。

加えて、MDM2の過剰発現は、p53とは独立してDNAの二本鎖切断修復を妨げることが報告されています。これは、MDM2とNbs1というタンパク質との直接的な結合によって引き起こされます。p53の状態に関わらず、MDM2のレベルが高い状態ではDNA二本鎖切断修復が遅延し、染色体の異常やゲノムの不安定性が生じやすいことが分かっていますが、Nbs1との結合部位を欠損させたMDM2ではこれらの現象は見られません。これらのデータは、MDM2によるゲノム不安定性の誘発が、MDM2とNbs1の相互作用を介しており、p53との結合とは独立した機能である可能性を示唆しています。

p53のユビキチン化とその制御ループ

MDM2の最もよく知られた標的は、がん抑制因子p53です。MDM2はp53と相互作用し、その転写活性を抑制するタンパク質として最初に同定されました。具体的には、MDM2はp53のN末端に位置するTADに結合することで、p53の活性を妨げます。興味深いことに、MDM2遺伝子の転写はp53によって促進されます。つまり、p53が様々なストレスシグナルを受けて安定化されると、MDM2遺伝子の発現が誘導され、MDM2タンパク質のレベルが上昇します。

E3ユビキチンリガーゼとして機能するMDM2は、p53にユビキチン分子を結合させ、プロテアソームと呼ばれる細胞内の分解システムによるp53の分解を促進します。このプロセスにより、p53タンパク質のレベルが低下します。このように、p53がMDM2の発現を誘導し、MDM2がp53を分解するという関係は、ネガティブフィードバックループを形成しています。このループにより、DNA損傷などのp53を安定化させるシグナルがない通常の状況下では、p53のレベルは低く保たれています。p53のC末端にある複数のリジン残基がユビキチン化される主要な部位として特定されています。MDM2自身も自己ユビキチン化を受けてプロテアソームによる分解の標的となります。また、MDM2はユビキチン化に関わる別のタンパク質であるp300と複合体を形成し、p53に多数のユビキチン分子を付加するポリユビキチン化を効率的に行うこともできます。DNA損傷などが生じてp53が安定化される強いシグナルが存在する状況では、このネガティブフィードバックループは、様々なキナーゼによるリン酸化や、p16遺伝子座から生成されるp14ARFなどのタンパク質によって阻害され、p53の安定化が維持されます。

分子構造と機能ドメイン

mdm2遺伝子の全長転写産物は、491個のアミノ酸からなる約56キロダルトンのタンパク質をコードしています。このタンパク質は、いくつかの保存された構造的な領域（ドメイン）を含んでいます。N末端に位置するp53との相互作用ドメインの構造は、X線結晶構造解析によって詳細に解明されています。タンパク質の中央部には、アミノ酸番号230番から300番にかけて「central acidic domain」と呼ばれる酸性の領域が存在します。この領域内の特定のアミノ酸残基のリン酸化は、MDM2の機能調節において重要な役割を果たすと考えられています。さらに、この領域には核外輸送シグナルと核移行シグナルが含まれており、MDM2が核と細胞質の間を適切に移動するために不可欠です。MDM2内に保存されている他のドメインとしてはジンクフィンガードメインがありますが、その詳細な機能はまだ完全に解明されていません。

MDM2のC末端には、アミノ酸番号430番から480番に位置するRINGドメインが含まれています。このドメインは、2つの亜鉛イオンを結合するためのC3-H2-C3というコンセンサス配列を持っており、これらの残基は亜鉛の結合とRINGドメインが正しく折りたたまれるために必須です。MDM2のRINGドメインはE3ユビキチンリガーゼ活性を持ち、MDM2自身のユビキチン化を行うのに十分な能力を持っています。MDM2のRINGドメインは、核小体局在化配列を含むことや、ヌクレオチド結合タンパク質に特徴的なWalkerモチーフを含んでいる点で、他のRINGドメインとは異なるユニークな特徴を持っています。このRINGドメインはRNAに特異的に結合することが示されていますが、その生物学的な意義はまだ不明です。

MDM2の活性制御機構

MDM2タンパク質の活性は、複数の機構によって緻密に調節されています。その一つがリン酸化による調節です。MDM2は細胞内で様々な部位がリン酸化されます。例えば、DNA損傷が起きた後のMDM2のリン酸化は、タンパク質の機能に変化をもたらし、p53の安定化に繋がります。一方で、central acidic domain内の特定の残基のリン酸化は、逆にp53の分解を促進する場合もあり、HIPK2のようなタンパク質がこの方法でMDM2を調節します。

p16遺伝子の別の読み枠から翻訳されるp14ARFタンパク質も、MDM2-p53間の相互作用を負に制御する重要な因子です。p14ARFはMDM2と直接結合し、p53による転写応答を促進します。これは、p14ARFがMDM2を核小体と呼ばれる細胞内構造体に隔離することで、p53が核から細胞質へ移行するのを妨げ、結果としてp53を活性化させることによります。p53が分解されるためには、核から細胞質への適切な輸送が必要不可欠だからです。

MDM2-p53間の相互作用を特異的に阻害する薬剤も開発されており、cis-イミダゾリン誘導体であるヌトリンはその代表例です。

MDM2自身のレベルと安定性も、ユビキチン化によって調節されています。MDM2は自己ユビキチン化されてプロテアソームによって分解されます。しかし、MDM2はユビキチン特異的プロテアーゼであるUSP7とも相互作用します。USP7はMDM2からユビキチン分子を取り除く（脱ユビキチン化）ことで、MDM2がプロテアソームによって分解されるのを防ぎ、MDM2を安定化させます。興味深いことに、USP7はMDM2の主要な標的であるp53の脱ユビキチン化も行い、p53の分解も防ぐ働きがあります。このように、MDM2とUSP7は複雑な制御ネットワークを構築しており、p53の安定性と活性を細かく調節しています。これらの因子の適切なバランスは、p53がその機能を十分に発揮するために極めて重要です。

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