TPX2

TPX2（Targeting protein for Xklp2）

TPX2は、ヒトゲノム上のTPX2遺伝子にコードされる重要なタンパク質です。主に有糸分裂期において、細胞が分裂のために形成する紡錘体の構築に必須の役割を果たします。特に、微小管の組み立てや伸長、そして細胞分裂に必要な様々な構造の形成に深く関与しています。

主要な構造と機能ドメイン

TPX2には、その機能発現に不可欠ないくつかの構造ドメインが存在します。核内への移行を媒介するNLS（核局在シグナル）含有ドメインは、タンパク質のN末端とC末端の両方に位置します。特にC末端側は、NLSに加え、タンパク質全体の約3分の2以上を占める特徴的なタンデムリピート構造を持ち、主にαヘリックスから構成されると予測されています。この領域は、保存されたアミノ酸配列からなる5つのクラスター（α3からα7）に分類され、多くに「FKARP」モチーフや長いαヘリックス（コイルドコイル形成予測）が含まれます。

また、細胞周期の進行に伴うTPX2の分解を制御するAPC/C（Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome）による認識に必要なモチーフも複数存在します。KENボックスモチーフが1つ（87番アミノ酸）、そしてDボックスモチーフが3つ（119番、341番、708番アミノ酸）です。これらのモチーフに変異が生じると、APC/Cによる分解に抵抗性を示すことが知られています。加えて、N末端の最初の83アミノ酸領域も、APC/Cの活性化因子であるCdh1による認識に関与しています。C末端の最後の35アミノ酸は、細胞分裂に必要なキネシンモーターであるEg5との相互作用に重要です。

微小管の動態制御における役割

TPX2は微小管結合タンパク質として機能し、M期には紡錘体微小管上に局在します。その主要な機能の一つは、微小管の「核形成」、すなわち微小管の新たな鎖が形成される過程を促進することです。この核形成活性は、細胞内でRanGTPと呼ばれる小さなGTP結合タンパク質によって制御されています。間期には、TPX2はインポーチンαという核内移行因子に結合しており、その活性が抑えられています。有糸分裂期に入りRanGTP濃度が高まると、インポーチンαがTPX2から解離し、TPX2の微小管核形成活性が解放されます。

TPX2が微小管核形成を促進する詳細なメカニズムは研究途上ですが、蛍光顕微鏡を用いた観察から、TPX2が微小管の末端でチューブリンサブユニットの解離を直接抑制することが示唆されています。また、遊離しているチューブリンサブユニットを捕捉し、小さな複合体を形成することで、新規微小管の成長に必要な遊離チューブリンの有効濃度を調節している可能性も提唱されています。計算機シミュレーションからは、TPX2が微小管末端の特定のチューブリン結合をランダムに強化することで、チューブリンの重合・脱重合速度を抑制するというモデルも提案されています。

さらに、TPX2は微小管の「分枝核形成」にも重要な役割を果たします。特にクロマチンの近くで、TPX2はAugminと呼ばれる複合体と協力し、既存の微小管から枝分かれするように新しい微小管を形成させ、微小管の量を増やし、紡錘体の極性を維持するのに貢献します。この分枝核形成には、TPX2のC末端側にある特定の領域（319番から716番アミノ酸）が不可欠であり、特にドメインα5からα7、FKARPモチーフ、そしてEg5結合領域が重要であることが分かっています。これらの領域は、γ-TuRCのような既知の微小管核形成因子と類似したモチーフを持つことが示されていますが、分枝核形成にはこれらの複数の領域が協調して働く必要があります。微小管への結合や束形成（バンドリング）にも、複数のC末端ドメイン（α3からα7のうち少なくとも3つ）が協調的に関与していると考えられています。

オーロラAキナーゼの活性化

TPX2は、細胞分裂に必須なセリン/スレオニンキナーゼであるオーロラAの活性化因子としても機能します。TPX2のN末端のわずか43アミノ酸の領域が、オーロラAの触媒ドメインに特異的に結合し、キナーゼを活性化された立体構造に固定します。この結合により、オーロラAの活性化セグメントが基質との結合に適した形になり、通常はリン酸化状態を解除される重要なリン酸化部位が保護されることで、オーロラAは持続的に活性化されます。この活性化機構は、他のキナーゼでも見られる一般的な調節様式と類似しています。活性化されたオーロラAはTPX2自身もリン酸化しますが、このリン酸化がTPX2の活性にどう影響するかはまだ完全には解明されていません。

細胞周期における調節と分解

TPX2の発現量は細胞周期を通じて大きく変動します。細胞が分裂期（M期）に向かうG2期からM期にかけて最も高まり、細胞分裂が終了してG1期に入ると劇的に減少します。その後、DNA複製期（S期）の開始とともに再び増加し始めます。この急激な分解は、有糸分裂の終結に重要なユビキチンリガーゼ複合体であるAPC/Cと、その活性化因子であるCdh1によって厳密に制御されています。Cdh1はTPX2に直接結合し、TPX2のユビキチン化とそれに続くプロテアソームによる分解を誘導することで、細胞周期に応じたTPX2量の調節を可能にしています。

間期における核内での機能

有糸分裂期以外の間期には、TPX2はインポーチンα/β複合体との結合能力を利用して主に核内に局在しています。これは、細胞質に存在するチューブリンとの相互作用を防ぎ、間期に不適切な微小管の核形成が起こるのを防ぐための機構と考えられています。しかし、核内においてもTPX2の重要な役割がいくつか見つかっています。

その一つがDNA損傷応答への関与です。TPX2を欠損させた細胞では、電離放射線によるDNA二本鎖切断後に生じるDNA損傷マーカーであるγ-H2AXの蓄積が増強されることが報告されています。逆にTPX2を過剰に発現させると、γ-H2AXや別の損傷応答因子であるMDC1の焦点形成が抑制されます。TPX2はDNA二本鎖切断部位に集まり、DNA損傷応答に関わる因子と相互作用しますが、DNA損傷に伴うγ-H2AXレベルへの影響の正確な分子メカニズムはまだ不明です。

DNA損傷がない場合でも、TPX2はクロマチンと結合します。TPX2を過剰発現させた細胞では、クロマチンの構造に異常が生じ、通常よりも構造化されたDAPI染色パターンを示すことがあります。また、非照射細胞におけるTPX2の枯渇は、ヒストンH4K16のアセチル化レベルを低下させることが示されています。このヒストン修飾の変化は、DNA損傷応答における重要な因子である53BP1の損傷部位へのリクルートに影響を与える可能性があります。TPX2がどのようにしてこのアセチル化レベルに影響を及ぼすのかも、詳細なメカニズムは明らかになっていません。

がんとの関連性

TPX2は、細胞増殖と有糸分裂に不可欠なタンパク質であるため、多くのがんでその発現が異常に高まっていることが知られています。特に、肝細胞がん（HCC）、甲状腺髄様がん、膀胱がん、特定の乳がんなどで過剰発現が見られ、腫瘍の成長や転移を促進する要因と考えられています。HCCにおいては、TPX2の発現レベルが高いほど予後不良や再発リスクが高いという相関関係が示されています。

TPX2の過剰発現ががんの進行に寄与するメカニズムとして、腫瘍細胞の増殖速度の向上や、細胞の運動性および浸潤能力の増強が挙げられます。培養細胞を用いた実験では、TPX2の機能を抑制すると、がん細胞の増殖が鈍化し、移動能力や浸潤能力が低下することが多くの種類のがん（HCC、食道がん、子宮頸がん、前立腺がんなど）で確認されています。

興味深いことに、肝臓がん細胞でTPX2を抑制すると、ゲノムの不安定性が顕著に増大し、多核化やDNA損傷が増加することが観察されています。多くの腫瘍細胞はゲノム不安定性を有していますが、過度の不安定性はかえって細胞死を誘導し、抗腫瘍効果をもたらす可能性があります。このことから、TPX2を標的としてその機能を阻害することは、がん細胞のゲノム不安定性を限界を超えて増大させ、細胞死を誘導するという新たな治療戦略につながる可能性が示唆されています。TPX2は、がん研究における重要なテーマの一つであり、新規治療法開発に向けた研究が進められています。

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