SF― /Ad BP による新たな転写調節メカニズム

REVIEW
SF― /Ad BP による新たな転写調節メカニズム
水谷哲也，河邊真也，石兼
真，宮本
薫
福井大学医学部生命情報医科学講座分子生体情報学領域
（ALAS ）
［
はじめに
［
］および ferredoxin reductase（FDXR）
］が含まれていた．
転写因子 Steroidogenic Factor /Ad binding protein
（SF― /Ad BP）は，性腺や副腎の発育・分化に必須で
あり，ステロイドホルモン代謝を含むさまざまな機能に
．そのため
重要であることが明らかになっている［ ― ］
．GSTA ファミリー
GSTA を含む GSTA ファミリー（A ―A ）は約
kb
にわたりクラスターを形成している．間葉系幹細胞およ
SF― /Ad BP による転写調節メカニズムやその標的遺伝
び副腎由来 H
子を明らかにすることは，性腺や副腎の機能を解明する
現を検討したところ，GSTA ファミリーすべての発現は
うえで極めて重要だと考えられる．一方，私どもは間葉
SF― /Ad BP 依存的であった．また ChIP-on-Chip 法の
系幹細胞に SF― /Ad BP を導入することでステロイド
解析より，GSTA ，A の転写開始点近傍に SF― /Ad BP
R 細胞を用いて GSTA ファミリーの発
ホルモン産生細胞への分化誘導系を確立している［，］
．
の結合が認められなかったことから，これらの遺伝子発
この分化誘導系を用いて，①網羅的な SF― /Ad BP 標
現は SF― /Ad BP 依存的な高次クロマチン構造変化を
的遺伝子の同定と，②核内 SF― /Ad BP 複合体構成タ
介していることが示された．この仮説を証明するために
ンパク質の同定を行い，包括的に SF― /Ad BP の機能
Chromosome Conformation Capture assay を行ったと
解析を行った．本稿ではこれらの解析から得られた最近
ころ，SF― /Ad BP 依存的に GSTA 上流の SF― /Ad BP
のデータを中心に概説する．
結合領域が GSTA プロモーターに近接していることが
明らかとなった（図
網羅的な SF― /Ad BP 標的遺伝子の同定
）
．また SF― 転写活性化領域を VP
のそれに置き換えたキメラタンパク質（SF― /VP ）
を幹細胞に導入したところ，転写開始点近傍に SF― /Ad
上述のように SF― /Ad BP は性腺や副腎の発生・分
BP が結合する GSTA ，A の転写は促進されたが，SF
化およびステロイドホルモン産生を制御するマスター因
― /Ad BP 依存的な高次クロマチン構造変化が必要だと
子である．そのため，その標的遺伝子は副腎・性腺の形
考えられる GSTA ，A の転写は促進されなかった．さ
成やステロイドホルモン産生疾患の原因遺伝子として同
らにドメインマッピングの結果，Hinge 領域がクロマチ
定されているものが多い．一方，未だ原因遺伝子が特定
ン構造変化に重要であることが示された．これらのこと
されない副腎低形成，性分化異常およびステロイドホル
から，SF― /Ad BP の Hinge 領域を介した特異的なク
モン産生疾患も多く残されている．これらの原因遺伝子
ロマチン構造変化が GSTA ファミリーの発現に重要で
として新たな SF― /Ad BP 標的遺伝子の存在も考えら
あることが示された［
れる．
そこで私どもは DNA microarray と Promoter tiling
］
．
一方，GST は一般的に解毒作用を持つタンパク質と
array を併用したゲノムワイドな解析より，新たな SF―
して知られているが，GSTA ファミリーにはイソメラー
/Ad BP 標的遺伝子の同定を試みた．その結果，今まで
ゼ活性を有することがリコンビナントタンパク質の解析
SF― /Ad BP の標的遺伝子とは考えられていなかった
より明らかになっている［
］
．しかし細胞内における
遺伝子を同定した［
］
．その中には，glutathione S-trans-
ステロイドホルモン産生の役割は明らかになっていな
ferase（GST）A ［
］
, ―aminolevulinic acid synthase
い．そこで GSTA ファミリーのアデノウィルス発現系
を構築し，その役割を検討した．卵巣顆粒膜細胞由来
連絡先：水谷哲也，福井大学医学部生命情報医科学講座分子
生体情報学領域
〒 ―
福井県吉田郡永平寺町松岡下合月 ―
TEL ：
― ―
FAX：
― ―
E-mail：[email protected]
KGN 細胞を用いて，それぞれの GSTA ファミリーまた
は β Hydroxy Steroid Dehydrogenase（ β―HSD）の過
剰発現によるアンドロステンジオンおよびプロゲステロ
ン産生における役割を検討した．その結果，GSTA ファ
日本生殖内分泌学会雑誌（2015）20 : 25-28
25
水谷
哲也
他
A
は同様な DNA 配列に結合し転写を調節する［，］
．
Relative interaction
frequency
hGSTA2 hGSTA1
hGSTA3
ICK
LRH― の卵巣特異的コンディショナルノックアウトマウ
スでは，排卵障害により不妊になることから，卵巣にお
いても重要な転写因子であることが示されている［］
．
2
*
1.5
一方，LRH― は肝臓でも発現し，胆汁酸合成因子などの
*
転写に重要なことが明らかになっている［，］
．LRH
1
― と ALAS が発現している肝臓由来 HepG 細胞と KGN
*
細胞を用いて，ALAS の発現に対する LRH― の影響を
0.5
検討したところ，KGN 細胞では− ．kb 領域に LRH―
0
0
40
80
120
160
200
Distance from hGSTA1 TSS (kb)
UE7T-13-LacZ
図
hGSTA4
UE7T-13-SF-1
GSTA ファミリークラスター領域における SF― 依存的なクロマ
チン構造変化
GSTA プロモーター領域と SF― 結合領域が次元的に近接して
いるかを明らかにするために，Chromosomal Conformation Capture 法を用いて検討した．その結果，アデノウィルスを用いて SF
― を導入した間葉系幹細胞
（UE T― ）
では，GSTA プロモーター
領域が GSTA プロモーター領域に近接し転写制御していること
が示された．
のリクルートが認められたが，HepG 細胞では− ．kb
領域へのリクルートは認められなかった．さらに LRH―
の過剰発現において，KGN 細胞では ALAS の発現誘
導が認められたが，HepG 細胞ではその影響は認めら
れなかった．これらのことから，LRH― による ALAS
の発現誘導には組織特異性が示された［
］
．
また，私どもは転写共役因子 Peroxisome Proliferator
-Activated Receptor-γ Coactivator― α（PGC― α）が卵巣
において NR A ファミリーと相互作用して転写活性を
増強することを明らかにしている［］
．ALAS におい
ミリーの中で GSTA ― と A ― には β―HSD と同様， ―
ても同様，PGC― αが NR A ファミリーを介して顕著に
ケト―Δ ―ステロイドから ―ケト―Δ ―ステロイドへのイソ
発現誘導させることを明らかにした．一方，肝臓では卵
メラーゼ活性を有していることが明らかとなった．これ
巣の場合とは異なり，そのプロモーター付近に結合した
らのことから，GSTA ― と A ― が新たなステロイドホ
forkhead box protein O と nuclear respiratory factor―
ルモン代謝酵素のメンバーであることが示された［
が PGC― αと相互作用することで転写が促進されると
］
．
報告されている［］
．このことから，肝臓と性腺・副
．ALAS
腎（特に卵巣）では PGC― αが ALAS の転写を調節す
ALAS は，ヘム生合成の律速酵素でユビキタスに発現
る共通の因子だが，その調節メカニズムには組織特異性
が認められる［］
．しかしその発現は肝臓，副腎およ
が存在すると推察された［
］
．
び性腺で高い．多くのステロイドホルモン代謝酵素がシ
トクロム P
．FDXR
ファミリーに属し活性部位にヘムをもつ
FDXR はミトコンドリア内で FDX と協調して，
ことから，高発現の ALAS がステロイドホルモン産生
に寄与していると考えられた．そこでステロイドホルモ
NADPH から P
ン産生細胞における ALAS の転写調節メカニズムにつ
これらは P
いて解析したところ，ALAS 転写開始点上流約．kb
（−
ド代謝酵素の活性に必須である．FDXR および FDX の
．kb 領域）に SF― /Ad BP 結合領域が存在し，この領
SF― /Ad BP による転写調節メカニズムについて検討し
域を介して ALAS の転写が促進されることが明らかと
なった．また，副腎由来（H
R および Y 細胞）および
酵素へ電子を伝達する．そのため，
scc，P
aldo，P
たところ，FDXR はイントロン
BP 結合領域を介して［
βなどのステロイ
に存在する SF― /Ad
］
，FDX は転写開始点上流
ベースに SF― /Ad BP と cAMP responsive element
卵巣由来の細胞（KGN 細胞）を用いて ALAS の発現を検
―
討すると，SF― /Ad BP の過剰発現により ALAS の発現
binding protein が結合し，これらが協調して転写調節し
が誘導され，そのノックダウンにより ALAS の発現は
ていることを明らかにした［］
．一方，ミクロソーム
抑制された．以上より，ユビキタスに発現している ALAS
の電子伝達を行う P
は，ステロイドホルモン産生細胞では SF― /Ad BP に
よって正に転写制御されていることが示された［
］
．
シトクロムオキシドレダクター
ゼ（POR）においても SF― /Ad BP によって発現誘導
されることを明らかにしている［］
．さらにヒト POR
（LRH― ）は SF― /Ad BP
遺伝子変異において，ステロイドホルモン産生障害を呈
と共に NR A ファミリーに属する転写因子で，これら
することが明らかになっており，その重要性が示されて
Liver Receptor Homolog
26
日本生殖内分泌学会雑誌
Vol.20 2015
SF― /Ad BP による新たな転写調節メカニズム
C/EBP
SF-1 SF-1
SF-1
STAR gene
SF-1
SF-1
-3.0k
C/EBP
C/EBP
CYP11A1 gene
SF-1
AP1 AP1
C/EBP
-2.0k
HSD3B2 gene
SF-1
C/EBP
-1.6k
C/EBP
SF-1
SF-1
C/EBP
SF-1
C/EBP
-4.0k
図
SF― と C/EBP ファミリーによるプロゲステロン産生関連因子の遺伝子発現調節
ヒト
，
および
遺伝子上流域における SF― と C/EBP ファミリー結合領域を示
す．これらの遺伝子上流域には，SF― と C/EBP ファミリーの結合領域が近接して存在する．これらの
中で，
遺伝子上流− ．kb 付近では，C/EBP ファミリーは DNA へ結合せず SF― や AP と protein-protein interaction を介して転写制御に関与する．
いる［，］
．このようにミクロソームおよびミトコ
ン産生に必須な因子である STAR ，CYP
ンドリア内における P
HSD B のすべてまたはその一部の遺伝子発現に影響
酵素への電子伝達系において
も，SF― /Ad BP によって調節されていると推察された．
A および
を及ぼしていると推察された．そこでこれらの遺伝子発
現に対する影響を検討したところ，すべての遺伝子が C
核内 SF― /Ad BP 複合体構成タンパク質の同定
/EBPβによって転写制御されていることが示された．
さらにこれらの遺伝子上流域には SF― /Ad BP と C/
転写因子が標的遺伝子の転写を調節する際，さまざま
EBPβの結合領域が近接して存在し，SF― /Ad BP と C
なタンパク質とともに複合体を形成することで作用を発
/EBPβが協調することで転写調節していることが明ら
）
．以上より，C/EBPβ
（および C/EBPα）
揮する．そのため，転写因子複合体を構成するタンパク
かとなった（図
質を同定することは，その機能を理解するうえで重要で
は SF― /Ad BP（および LRH― ）とともに転写レベル
ある．
そこでアフィニティークロマトグラフィーと
でプロゲステロン産生を調節する重要な転写因子である
MALDI-TOF MS/MS 解析より SF― 複合体構成因子の同
ことが示された．
定を試みたところ，の SF― 複合体構成因子を同定し
た［］
．その中には，転写関連因子以外にも DNA 修
おわりに
復因子や RNA 結合タンパク質なども含まれていた．私
どもはこれらのタンパク質の中から転写因子 CCAAT/
SF― /Ad BP は，ステロイド代謝酵素の転写調節因子
enhancer binding protein（C/EBPβ）に着目した．C/
として発見されたが，多くの研究によりその機能は多岐
EBPβ（および C/EBPα）は，Preovulatory Follicle で LH
にわたることが明らかになっている．本稿でも示すよう
サージによって誘導される転写因子で，これらの遺伝子
に，ステロイドホルモン産生を間接的に支える因子も SF
改変マウスの解析より排卵および黄体形成に必須である
― /Ad BP（および LRH― ）により転写制御を受け，効
．しかしながら，そ
ことが明らかになっている［ ― ］
率的にステロイドホルモン産生を調節している．またス
の分子機構はほとんど明らかになっていない．そこで C
テロイドホルモン産生のみならず，SF― /Ad BP 発現細
/EBPβの機能解析として，プロゲステロン産生に対す
胞の維持や分化に重要であることが示唆されている．今
る影響を検討した．KGN 細胞を用いて C/EBPβノック
後，さらなる SF― /Ad BP の解析より，予想外の機能
ダウンによるステロイドホルモン産生に対する影響を検
や重要性が明らかになっていくと考えられる．
討したところ，cAMP 刺激時のプロゲステロン産生が顕
著に減少した．このことから C/EBPβがプロゲステロ
REVIEW
27
水谷
哲也
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