NEDD8

NEDD8（neural precursor cell expressed, developmentally down-regulated 8）は、ヒトにおいてNEDD8遺伝子から作られるタンパク質です。出芽酵母ではRub1という名で呼ばれています。このタンパク質はユビキチンと構造的に非常に類似しており、特定の細胞内タンパク質に共有結合で結合する翻訳後修飾を行います。この結合プロセスは「NEDD化」と呼ばれ、よく知られたユビキチン化と同様のメカニズムをたどります。ヒトのNEDD8は、ユビキチンとアミノ酸配列の約60%が共通しています。

NEDD化のプロセスと主要な機能

NEDD8は、ユビキチンやSUMOといった他のユビキチン様タンパク質と同様に、多段階の酵素反応を経て基質タンパク質に付加されます。まず、NEDD8のC末端テールが特定のプロテアーゼによって切断され、活性化可能な状態になります。次に、APPBP1とUBA3からなるヘテロ二量体であるE1酵素が、ATPの加水分解エネルギーを利用してNEDD8を活性化し、高エネルギーのチオエステル中間体を形成します。活性化されたNEDD8は、E2酵素であるUbcH12（UBE2M）へ転移されます。最後に、適切なE3リガーゼの助けを借りて、NEDD8は標的となる基質タンパク質の特定のリジン残基に共有結合的に付加されます。

NEDD8の最もよく特性解析されている主要な標的タンパク質はCullinファミリーです。Cullinは、Cullin-RINGユビキチンリガーゼ（CRL）と呼ばれる巨大なタンパク質複合体の中心的な足場として機能します。CRLは細胞内の多数のタンパク質のユビキチン化を媒介し、それらの分解や機能制御に関与しています。Cullinタンパク質がNEDD化されると、CRL複合体に立体構造の変化が誘導され、そのユビキチンリガーゼ活性が劇的に高まります。具体的には、NEDD化されたCullinはE2酵素をCRLに効率的にリクルートし、標的タンパク質へのユビキチン転移を促進します。このように、NEDD化は多くのCRLの活性調節に不可欠であり、細胞周期の進行、シグナル伝達、細胞骨格の制御など、広範な細胞機能に関与しています。

NEDD化の解除

NEDD8による修飾は可逆的なプロセスであり、NEDD化されたタンパク質からNEDD8を取り除く特異的なプロテアーゼ（脱NEDD化酵素）が存在します。いくつかのプロテアーゼがこの役割を担うことが知られています。例えば、UCHL1、UCHL3、USP21といった酵素は、NEDD8とユビキチンの両方に対して切断活性を持つ二重特異性プロテアーゼです。一方、SCFユビキチンリガーゼ複合体のCUL1サブユニットから特異的にNEDD8を除去するCOP9シグナロソームや、NEDD8に対して高い特異性を持つSENP8（NEDP1、DEN1）のような酵素も存在します。これらの脱NEDD化酵素は、NEDD化シグナルの適切な制御とバランス維持に重要です。

DNA修復における役割

NEDD化シグナルは、DNA損傷応答やDNA修復プロセスにおいても重要な役割を果たしています。DNA損傷部位にはNEDD8が動的に蓄積することが観察されています。特に、紫外線などによって引き起こされるDNA損傷を修復するヌクレオチド除去修復（NER）経路の一部であるグローバルゲノム修復（GGR）サブパスウェイにおいて、NEDD化は一時的に必要とされます。このプロセスでは、損傷認識に関わるDDB2を含む複合体の一部であるCUL4AがNEDD化されることで活性化され、損傷除去ステップへと進行します。

また、NEDD化はDNA二本鎖切断の修復にも関係しています。二本鎖切断の主要な修復経路である非相同末端結合（NHEJ）の初期段階では、Ku70/Ku80ヘテロ二量体がDNA末端を取り囲むリング構造を形成し、損傷部位を保護します。NHEJプロセスが完了した後、このKuヘテロ二量体は転写や複製を妨げるため、除去される必要があります。Kuヘテロ二量体はDNA損傷に依存してNEDD化され、その後のユビキチン化と修復部位からのKuおよびその他のNHEJ関連因子の遊離を促進することが示唆されています。

がん化学療法との関連

DNA修復能力の低下はゲノムの不安定性を招き、がん発生や悪性化の要因となります。DNA修復に関わる遺伝子の機能喪失は、遺伝子変異だけでなく、プロモーター領域のメチル化によるエピジェネティックなサイレンシングによっても起こりえます。多くの種類のがんにおいて、DNA修復遺伝子のエピジェネティックなサイレンシングが高頻度に見られます。

前述の通り、NEDD8の活性化はNERとNHEJという二つの重要なDNA修復経路に必要です。NEDD8の活性化が阻害されると、これらの修復経路が機能不全に陥り、DNA損傷が蓄積して細胞死を招く可能性があります。がん細胞において、代替的なDNA修復経路に関わる遺伝子が既にエピジェネティックなサイレンシングなどによって機能不全になっている場合、NEDD8活性化阻害は正常細胞よりもがん細胞に対してより深刻なDNA修復不足を引き起こし、細胞死を誘導する可能性が考えられます（合成致死性のアプローチ）。

NEDD8の活性化を特異的に阻害する薬剤であるペボネジスタット（MLN4924）は、このような原理に基づいた抗がん剤として開発が進められています。2015年から2016年にかけて行われた急性骨髄性白血病、骨髄異形成症候群、多発性骨髄腫、リンパ腫、悪性黒色腫、固形腫瘍などを対象とした複数の第I相臨床試験では、ペボネジスタットが有望な治療効果を示すことが報告されています。

その他の生理機能と前臨床研究

NEDD8シグナルは、DNA修復やCRL活性化以外にも様々な生理機能に関与することが示唆されており、前臨床研究でその役割が探求されています。

PPARγ

ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γ（PPARγ）は、脂肪細胞の分化（アディポジェネシス）や細胞内への脂質蓄積に重要な核内受容体です。活性化されたNEDD8はPPARγを安定化させ、アディポジェネシスを促進することが報告されています。マウスを用いた研究では、NEDD8活性化阻害薬であるペボネジスタットが、高脂肪食による肥満や耐糖能異常を予防する効果を示すことが明らかになっています。

NF-κB

転写因子NF-κBは、炎症応答や免疫機能において中心的な役割を果たします。NF-κBの活性は、その核移行を阻害するIκB（IκBαやIκBβなど）というタンパク質との結合によって主に制御されています。IκBαの分解はユビキチン化によって媒介され、このユビキチン化を担うE3リガーゼの一部はNEDD化によって活性が調節されています。ペボネジスタットはNEDD8の活性化を阻害することでIκBのユビキチン化と分解を抑制し、結果としてNF-κBの核移行を阻害します。白血病細胞を移植したマウスモデルでは、ペボネジスタットがNF-κBとその標的であるmiR-155に対する影響を介して、マウスの生存期間を延長することが報告されています。

大腸がん

大腸がん細胞株を用いた研究では、ペボネジスタットによるNEDD8活性化阻害が、調べた細胞株の約13%において増殖停止やアポトーシス（プログラムされた細胞死）を誘導することが示されました。また、患者腫瘍組織をマウスに移植したモデルを用いた解析では、ペボネジスタットが特に低分化型の高グレード粘液癌に対して有効である可能性が示されています。

まとめ

NEDD8はユビキチン様の修飾因子として、Cullinを含む様々なタンパク質の機能や安定性を制御しています。NEDD化はCRLの活性化によるタンパク質ユビキチン化、DNA修復、細胞周期、さらには代謝や炎症応答など、生命維持に不可欠な多岐にわたる細胞プロセスに関与しています。その異常は様々な疾患、特にがんの発症や進行に関わる可能性が示唆されており、NEDD8シグナル経路は新たな治療薬開発の重要な標的として注目されています。

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