◆サイトカインの一種であるTGF-βは、がんの悪性化(浸潤や転移)を促進します。◆TGF-βシグナル依存的な遺伝子発現の活性化に重要なタンパク質分子間相互作用の構造基盤を明らかにしました。◆得られたタンパク質複合体構造を基とした、あらたな創薬研究の展開が期待されます。【発表概要】TGF-βは、細胞の増殖や分化を制御する多機能性のサイトカイン(注1)です。TGF-βシグナルの異常な活性化は、がんの悪性化(浸潤や転移)を誘導することが知られており、そのシグナルの阻害は、がんの治療に有効であると考えられています。田之倉優特任教授を中心とする研究グループは、X線結晶構造解析法(注2)により、SMAD2によるCBPの認識機構を明らかにしました。SMAD2に対する結合力を強化した改変型のCBPペプチド断片は、TGF-βシグナル依存的な遺伝子発現の活性化を抑制できることが明らかになりました。SMAD2/3によるCBP認識機構の構造基盤が明らかになったことにより、構造に基づいた新規TGF-βシグナル阻害剤の開発が可能となりました。得られる新規阻害剤は、がんをはじめとするTGF-βシグナル関連疾患の治療への応用が期待されます。TGF-βは、細胞増殖抑制や免疫機能の抑制、がんの悪性化にも関与する多機能な分泌ペプチドです。TGF-βは、細胞表面の受容体に結合することで、そのシグナルを伝達します。今回の研究では、このシグナル伝達の鍵となる転写因子SMADタンパク質が、シグナル伝達に必要な転写活性化因子CBPとどのようにして結合するかを結晶構造解析で解明しました。TGF-βの阻害剤は、がんの悪性化を抑制し、免疫機能を活性化する薬として応用が期待されています。転写活性化因子CBPとSMADとの特異的な結合様式の解明は、ピンポイントで作用する薬の開発に重要な知見を提供するものと考えられます。【発表内容】トランスフォーミンググロースファクターβ(TGF-β)は、細胞の増殖や分化、細胞死等を制御する多機能性のサイトカインです。そのためTGF-βシグナルの機能不全は、がんや線維症をはじめとする様々な疾病へとつながることが知られています。TGF-βのシグナルは、細胞表層において、SMADと呼ばれる転写因子群のリン酸化へと変換されます。非常に高い相同性を持つ二つのタンパク質SMAD2及びSMAD3(SMAD2/3)は、細胞内におけるTGF-βシグナル伝達系のハブとして作用する主要転写因子で、TGF-βのシグナル依存的に活性化(リン酸化)を受け、様々な遺伝子発現の調節を行います。CREB結合タンパク質(CBP)は、ヒストンのアセチル化を通じて転写の活性化を促すことができる転写活性化因子であり、SMAD2/3依存的な転写の活性化には、CBPが重要な役割を果たしていることが知られています。そこで本研究グループは、SMAD2/3によるCBPの認識機構、つまりSMAD2/3による遺伝子発現活性化にかかわる構造基盤を明らかにすべく、SMAD2-CBP複合体の構造学的な解析を行いました。1ドメインを、C末端側にタンパク質分子間相互作用に利用されるMH2ドメインを持ち、そのMH2ドメインを利用してCBPと結合することが知られています。CBPは、そのC末端側に存在する領域を用いてSMAD2/3と相互作用することが知られています。Factoryのタンパク質結晶構造解析用ビームラインAR-NE3AにてX線回折データの取得を行いました。CBPのSMAD2/3結合領域は、特定の立体構造をとらない無秩序な領域であるとそのアミノ酸配列から予測されていましたが、得られたX線回折データを用いてSMAD2とCBPの複合体構造を決定したところ、CBPは親水的な分子表面と疎水的な分子表面を併せ持つ両親媒性のαヘリックス構造を形成し、その疎水的な分子表面を利用してSMAD2と強く結合することが明らかになりました。実験の過程で発見・同定された、SMAD2との結合力が強くなるCBP改変ペプチド(CBP-E1963Lペプチド)を利用することによって、TGF-βシグナル依存的な遺伝子発現の活性化を抑制できることが分かりました。CBP改変ペプチドが、SMAD2/3に対して優先的に結合することにより、CBP依存的な転写の活性化が抑制されたと考えられます(図)。今回の研究では、TGF-βシグナル依存的な遺伝子発現の活性化機構の構造基盤を明らかにすることができました。過剰なTGF-βのシグナルは、がんの悪性化(浸潤や転移など)を誘導するため、その阻害はがんの治療に有効であると考えられています。TGF-βシグナル依存的な遺伝子発現の活性化は、SMAD2/3とCBPの間の相互作用によって誘導されるため、SMAD2/3-CBP相互作用の阻害剤は、TGF-βシグナルの新たな阻害剤となるはずです。今回SMAD2-CBP複合体の構造をあきらかにできたことにより、構造に基づいた新規TGF-βシグナル阻害剤の開発が可能となりました。得られる新規阻害剤は、がんに代表されるTGF-βシグナル関連疾患の新規治療法の開発へとつながることが期待されます。Tanokura*DOI番号:10.1126/scisignal.abb9043【用語解説】(注1)サイトカイン:細胞から分泌されるタンパク質で、細胞間の情報伝達を媒介する生理活性物質の総称です。制御等、様々な機能を示します。(注2)X線結晶構造解析法:生体高分子の結晶を作製し、そこにX線を照射すると、その結晶に特徴的な回折像が得られます。この回折像は、結晶を形成する分子の構造情報と相関があるので、そのパターンや強度を解析することによって、目的分子の三次元構造を決定することができます。(注3)大型放射光施設:生体高分子の立体構造解析の精度は、構造解析の際に用いるX線回折データの品質(分解能)に大きく依存します。正確な立体構造を決定するためには、高品質なX線を利用できる大型放射高施設の利用が欠かせません。図:SMAD2/3-CBP複合体の解析とその制御TGF-β依存的な遺伝子発現の活性化には、SMAD2/3-CBP複合体の形成が必要です。今回の研究では、SMAD2-CBP複合体の立体構造をX線結晶構造解析法により決定しました。