RNF8

RNF8（Ring Finger Protein 8）

RNF8は、ヒトにおいてRNF8遺伝子の情報に基づいて合成される酵素タンパク質です。このタンパク質は、免疫システムの正常な機能維持に加えて、ゲノムの安定性を保つためのDNA修復機構において極めて重要な役割を果たします。

機能

RNF8タンパク質は、RINGフィンガーモチーフとFHAドメインという二つの主要な構造ドメインを持っています。これらのドメインを通じて、RNF8はUBE2E1（UBCH6）、UBE2E2、UBE2E3といった複数のクラスIIユビキチン結合酵素（E2）と連携することが知られています。この相互作用により、RNF8は特定の核内タンパク質にユビキチン分子を結合させるユビキチンリガーゼ（E3酵素）として機能すると考えられています。RNF8遺伝子からは、選択的スプライシングというメカニズムによって、機能的にわずかに異なる複数のアイソフォームが生成されることが報告されています。

RNF8の最も重要な機能の一つは、DNA損傷の修復促進です。細胞は日々、様々な原因でDNA損傷を受けますが、RNF8は、相同組換え修復（HRR）、非相同末端結合（NHEJ）、ヌクレオチド除去修復（NER）という主要な3つのDNA修復経路の効率を高めることで、これらの損傷を修復します。DNA損傷は、細胞のがん化の主要な要因の一つと考えられており、DNA修復が適切に行われないと、がんを引き起こすような遺伝子変異が蓄積する可能性があります。実際、マウスを用いた研究では、RNF8を欠損させるとがんを発症しやすくなることが示されています。

クロマチンリモデリング

DNAに二本鎖切断（DSB）のような重篤な損傷が生じた場合、HRRやNHEJによって修復を行うためには、損傷部位周辺のクロマチン構造が一時的に緩和される必要があります。このクロマチンリモデリングは、PARP1によって開始される経路と、DNA損傷に応答してリン酸化されたヒストンバリアントγH2AXによって開始される経路の二通りがあります。γH2AXを起点とするクロマチンリモデリングの経路は、RNF8に強く依存しています。

ヒストンバリアントH2AXは、ヒトのクロマチンを構成するヒストンH2Aの約10%を占めています。DNA二本鎖切断が起こると、損傷部位から約200万塩基対という広範囲にわたって、H2AXがリン酸化されてγH2AXとなります。γH2AX自体が直接的にクロマチン構造を緩和するわけではありませんが、放射線照射などによるDNA損傷後わずか1秒以内には、MDC1タンパク質がこのγH2AXに特異的に結合します。このMDC1への結合は、RNF8やDNA修復タンパク質であるNBS1といった他のタンパク質も損傷部位に集積させる引き金となります。RNF8は、ヌクレオソームのリモデリングと脱アセチル化に関わるNuRD複合体の一部であるCHD4タンパク質と相互作用することが知られており、この相互作用を介して、広範囲にわたるクロマチンの脱凝縮を媒介すると考えられています。

相同組換え修復における役割

相同組換え修復（HRR）は、DNA二本鎖切断を高精度に修復する主要な経路の一つです。HRRの初期段階において重要なのが、DNA末端の「削り込み」（DNA end resection）というプロセスです。これにより、3'末端が長く突き出した一本鎖DNA領域（3'オーバーハング）が形成され、これがHRRに関わる様々なタンパク質が結合するための足場となります。MRE11、RAD50、NBS1からなるMRN複合体は、この削り込みの初期段階を実行します。RNF8は、このMRN複合体の構成要素であるNBS1をユビキチン化することが知られています。このユビキチン化は、DNA損傷が起こる前にも損傷後にも見られ、効率的なHRRの進行に不可欠であることが示されています。一方、RNF8によるNBS1のユビキチン化は、エラーを起こしやすい別のDNA修復経路であるマイクロホモロジー媒介末端結合（MMEJ）の過程には必要とされません。

RNF8は、HRRにおいてNBS1のユビキチン化以外にも役割を持っています。RNF8はユビキチンリガーゼとして、γH2AXをモノユビキチン化する活性も持ちます。このγH2AXのユビキチン化は、DNA損傷部位に他のDNA修復分子を効率的に集めるための目印となります。特に、RNF8のユビキチン化活性は、HRRの中心的なタンパク質であるBRCA1をDNA損傷部位にリクルートするために必要不可欠です。

非相同末端結合における役割

非相同末端結合（NHEJ）は、相同な鋳型DNAがない場合にもDNA二本鎖切断を修復する経路ですが、際にエラーが生じやすいという特徴があります。NHEJによる修復の初期段階では、Kuタンパク質というタンパク質複合体が損傷を受けたDNAの両末端に結合します。Kuタンパク質はKu70とKu80というサブユニットからなるヘテロ二量体であり、DNA末端をリング状に取り囲む構造をとります。これにより、損傷末端が保護されるとともに、後続の修復酵素が作用するためのプラットフォームが提供されます。DNA末端が再結合されて修復が完了した後も、Kuタンパク質は完全になったDNAを取り囲んだままリング構造を形成しています。このKuタンパク質がDNAから除去されないと、細胞の生存に悪影響を及ぼします。Kuタンパク質の除去は、いくつかのメカニズムによって制御されています。その一つが、RNF8によるKu80のユビキチン化です。RNF8によるユビキチン化は、Kuタンパク質のリング構造を緩めてDNAから解離させるか、あるいはその後の分解を誘導することで、Kuタンパク質の効率的な除去を促進します。NEDD8という別のユビキチン様分子によるKuタンパク質の修飾も、DNAからの解離に関与することが知られています。

ヌクレオチド除去修復における役割

紫外線（UV）照射などによって生じるピリミジン二量体のようなDNA損傷は、放置すると細胞死を引き起こす可能性があります。これらの損傷の大部分は、ヌクレオチド除去修復（NER）という経路によって修復されます。UV照射を受けてDNA損傷が発生した後、RNF8は損傷部位へと集積します。RNF8は損傷部位周辺のクロマチン構造において、ヒストンH2Aをユビキチン化することが報告されています。このようなRNF8の応答は、UV照射による損傷から細胞を守る防御機構の一部であると考えられています。

精子形成の異常との関連

精子形成は、精原幹細胞から有糸分裂と減数分裂を経て成熟した精子が作られる複雑なプロセスです。この過程では、相同染色体間の組換えなど、DNA二本鎖切断が意図的に導入され、それが適切に修復される必要があります。RNF8は、このような精子形成過程におけるDNA二本鎖切断の存在シグナルを伝達する上で不可欠な役割を果たすことが示されています。RNF8遺伝子を破壊したオスマウスでは、精子形成に重篤な異常が見られ、その原因は相同組換え修復の欠陥にあることが示唆されています。

その他の相互作用

RNF8は、DNA修復関連タンパク質だけでなく、レチノイドX受容体α（RXRα）といった他のタンパク質とも相互作用することが研究によって示されています。

（注：本記事は提供された情報に基づき、辞書的な説明を目的としています。）

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