Ewing肉腫は主に思春期から若年成人にかけて発生する、攻撃的ながんの一種で、多くの場合、EWS::FLI1と呼ばれる異常なタンパク質が駆動力となっています。IRBバルセロナのチームは、Sant Joan de Déu病院のInstitut de Recerca Sant Joan de Déuおよび小児がんセンターと連携し、酵母という動物細胞よりもはるかに単純な細胞系を用いて、このタンパク質の二つの主要な活動を個別に検討しました。すなわち、特定のDNA領域を活性化する能力と、遺伝子発現を広範囲に変化させる能力です。
この研究はPNAS Nexus誌に掲載されており、これら二つの活性は同じ細胞機構に依存していないことを示しています。酵母において、EWS::FLI1は通常は沈黙している反復性DNA領域を活性化する能力を保持しますが、全体的な遺伝子発現の再プログラム能力は大幅に低下します。
人間でがんを引き起こすタンパク質が酵母で機能し続けるという事実は実に興味深い：この控えめな生物をEwing肉腫の解読における予想外の味方へと変えるのです
Diego Velázquez
「より単純な生物を用いていくことで、機構を一つずつ分解して理解することができます。酵母は動物細胞に存在する多くの因子を排除し、進化的に保存された成分を必要とするオンコ遺伝子活性と、より新しい進化経路に属する活性とを見極める助けとなります」と、この研究を共同主導したIRBバルセロナの名誉教授カイエタノス・ゴンサレス博士は説明します。
この研究はフリオ・ドロスフィラの研究を踏まえた取り組みです。ショウジョウバエでは、EWS::FLI1はEwing肉腫で観察されるいくつかの分子活性を再現し、何百もの遺伝子に影響を及ぼす広範な発現の乱れを含みます。酵母はさらに単純で、進化的にも遠い系統です。動物細胞でEWS::FLI1活性に関与するいくつかのタンパク質や分子複合体が欠如しており、通常の分子環境の多くが取り除かれても、どのタンパク質機能が保持されるのかを科学者たちは調べることができました。
研究者たちは、EWS::FLI1が酵母ゲノムの数百か所に結合し、それらへ向けてDNA転写を可能にするRNAポリメラーゼIIを再分布させるのを観察しました。しかし、これらの変化は遺伝子発現の変化へとほとんど結びつきませんでした。
最も顕著な違いは、GGAAミクロサテライトと呼ばれる反復配列を、この生物には自然には存在しない状態で酵母ゲノムに導入したときに現れました。これらの反復は隣接する遺伝子の活性を抑制しました。EWS::FLI1を発現させると、タンパク質はこの抑制を反転させ、遺伝子を再活性化させることができました。「最も衝撃的な発見は、EWS::FLI1が人間の細胞とは非常に異なる細胞でも、そしてこの過程で我々が以前必須と考えた因子のいくつかを欠く細胞でも、これらの配列を活性化できるという点でした。人間でがんを引き起こすタンパク質が酵母でも機能するという事実は魅力的であり、謙虚なこの生物をEwing肉腫の解読における思いがけない味方へと変えます』と、この研究の共同第一著者デイゴ・ベラズケス博士はクリスティーナ・モルナー博士とともに説明します。
結果は、EWS::FLI1がGGAAミクロサテライトを活性化する能力は、非常に基本的な細胞機構や機能的に同等の経路に依存している可能性があることを示唆します。一方で、遺伝子発現を広範囲に再プログラムする能力は、動物細胞特有の成分によりより大きく依存していると考えられます。
酵母はEwing肉腫を再現するわけではありませんが、EWS::FLI1の異なる機能を個別に研究するための単純化された実験系を提供します。現在のモデルは、それぞれの活性に必要な細胞成分を特定するゲノム全体規模の遺伝子スクリーニングを行う道を開きます。研究の共同第一著者デイゴ・ベラズケス博士は、IRBバルセロナのフランセスク・ポサス博士の研究室でこの系を酵母で引き続き発展させ、ゴンサレス博士の指導の下で進めていく予定です。
「遺伝子活性を変えるためにEWS::FLI1が必要とする機構を理解することは、Ewing肉腫の生物学をより深く理解するうえで不可欠です。このモデルは、非常に複雑な過程を分解し、がん遺伝子タンパク質が機能するのに真に必要な要素を個別に調べることを可能にします」と、本研究を共同指導した Jaume Mora 博士は強調します。
この研究は、欧州地域開発基金、科学技術・イノベーション省、国家研究庁、Fundació Sant Joan de Déu pour la Recerca から資金提供を受けました。
出典： Institute for Research in Biomedicine Barcelona
