「アセチル化」の版間の差分

ヒストンがHATによりアセチル化された状態ではヒストン-DNA間の結合が緩むことで、TFやPolⅡの結合が可能となり、転写は活性化される。逆にHDACにより、ヒストンが脱アセチル化されるとTF、PolⅡが結合出来ないため転写は抑制される。<br>GTF：general transcription factor：[[基本転写因子]]群、Ac：acetylation：アセチル化]]

　タンパク質のアセチル化において最も多く報告されているのがヒストンのアセチル化及び脱アセチル化である。これらは[[wikipedia:ja:遺伝子の発現|遺伝子の発現]]制御に密接に関わっている。ヒストンはアセチル化されることでヒストン中の特定の[[wikipedia:ja:リジン|リジン]]残基のアミノ基（-NH₂（-NH₃⁺））を[[wikipedia:ja:アミド|アセトアミド]]（-NHCOCH₃）に変換することにより電荷を中和し、ヒストン-DNA間の結合を部分的に弱める。これにより、DNA鎖に対して転写因子や[[wikipedia:ja:RNAポリメラーゼ|RNAポリメラーゼ]]（[[wikipedia:PolⅡ|PolⅡ]]）がより結合しやすい状態になり、結果として転写が活性化される。逆に、ヒストンが脱アセチル化されるとアセチル基が[[wikipedia:ja:加水分解|加水分解]]により除去され、元のアミノ基に戻ることによりヒストンへのDNAの巻きつきが強められ転写が抑制される（図2）。  

:代表的なヒストンアセチル基転移酵素（HAT、histone acetyltransferase）として、[[CBP/p300（CREB binding protein）]]や[[PCAF（p300/CBP-associated factor）]]などが存在する。

:[[ヒストン脱アセチル化酵素]]（[[HDAC]]、[[histone deacetylase]]）には5つのファミリーがあり、それぞれCLASSⅠ（[[HDAC1]]、[[HDAC2|2]]、[[HDAC3|3]]、[[HDAC8|8]]）、CLASSⅡa（HDAC4、[[HDAC5|5]]、[[HDAC7|7]]、[[HDAC29|9]]）、CLASSⅡb（[[HDAC6]]、[[HDAC10|10]]）、CLASSⅢ（[[SIRT1]]～[[SIRT7|7]]）、CLASSⅣ（[[HDAC11]]）である。これらの酵素を含む複合体は､様々なシグナル経路に応答して、[[DNA]] に結合する[[転写因子]]（Transcription factor：TF）と協調して働くことが知られている。

:HDAC阻害剤も多く存在し、代表的なものとして、[[バルプロ酸]]（Valproic acid：VPA）、[[酪酸ナトリウム]]（Sodium butyrate：SB）、[[トリコスタチンA]]（Trichostatin A：TSA）、[[スベロイルアニリドヒドロキサム酸]]（suberoylanilide hydroxamic acid：SAHA）が知られている。

=== 非ヒストンタンパク質 ===

　その他にも、[[p53]] 、[[E2F]]、[[MyoD]]、[[STAT3]]など数多くの非ヒストンタンパク質もまた、部位特異的にアセチル化されることが知られている<ref name="ref1"><pubmed>18804549</pubmed></ref>（表1、2）。アセチル化により、これらタンパク質の安定性や分解をはじめ、活性や局在、特異的相互作用などが制御され、転写、[[細胞増殖|増殖]]、[[アポトーシス]]、[[細胞分化|分化]]など、細胞の様々な過程がコントロールされている。現在では、ヒストンおよび非ヒストンタンパク質のアセチル化が、[[メチル化]]や[[リン酸化]]など他の修飾とクロストークし、最終的なシグナル発現に重要な働きをしていることが明らかとなっている。いくつかの修飾がある決まった順序で組み合わさることが、ある機能発現には必要であり､一方では、互いに阻害し合うこともある。このように組み合わせを変えることで、細胞内情報伝達のネットワークの多様性を生み出している<ref><pubmed>18722172</pubmed></ref>。  

|+ '''表1: 代表的なアセチル化酵素<ref name="ref1" />'''  

| [[ACTR]]、[[ATF-2]]、[[CBP]]、[[CDY]]、[[CLOCK]]、[[EWI]]、[[Elp3]]、[[GCN5L]]、[[GRIP]]、[[HAT1]]、[[HBO1]]、[[MCM3AP]]、[[MORF]]、[[MOZ]]、[[p300]]、[[PCAF]]、[[p/CIP]]、[[SRC-1]]、[[HTAFII250]]、[[TFIIB]]、[[Tip60]]　

|+ '''表2: 代表的なアセチル化される非ヒストンタンパク質<ref name="ref1" />'''  

| ACS、ACTR、[[AP endonuclease]]、[[AR]]、[[ATM]]、[[Brm]]、[[E2F1]], [[E2F2|2]], [[E2F3|3]]、[[EKLF]]、[[ERα]]、[[FoxO1]], [[FoxO2|2]], [[FoxO3|3]]、[[GATA1]]、[[HIF-1α]]、[[HMG A1]]、[[熱ショックタンパク質|HSP90]]、[[Importin-α]]、[[Ku70]]、[[MEF2A]]、[[ミトコンドリア]]タンパク質、MyoD、[[C-Myb]]、[[C-Myc]]、[[NF-κB]]、[[p21]]、p53、[[p73]]、P300、[[PCNA]]、[[PGC-1α]]、[[PR]]、STAT3 　

| style="text-align:center" | [[GATA1]], HIF-1α, [[PRb]]

| style="text-align:center" | p53, [[SRY]], STAT3, GATA, E2F1, [[P50]] (NF-κB), [[ERα]], [[P65]] (NF-κB), c-Myb, MyoD, [[HNF-4]], [[AML1]], [[BETA2]], [[NF-E2]], [[KLF13]], [[TAL1]]/[[SCL]], [[TAF(I)68]], [[AP endonuclease]]  

| style="text-align:center" | [[YY1]], HMG-A1, [[HMG-N2]], [[P65]] (NF-κB), [[DEK]], [[KLF13]], [[Fen-1]]

| style="text-align:center" | p53, [[HMG-A1]], STAT3, AR, [[ER]]α (basal), GATA, [[EKLF]], MyoD, E2F1, p65 (NF-κB), [[GR]], p73, PGC1α, [[MEF2D]], [[GCMa]], [[PLAG1]], [[PLAG2]], [[Bcl-6]], [[Β-カテニン]], [[KLF5]], [[Sp1]], [[BETA2]], [[Cart1]], [[RIP140]], [[TAF(I)68]]  

| style="text-align:center" | [[P65]] ([[RelA]]), [[Ku70]], [[HSP90]]

| style="text-align:center" | PCAF, SRY, [[CtBP2]], [[POP-1]], [[HNF-4]], [[PCNA]]  

| style="text-align:center" | [[C-Abl]], p300, PAP

| colspan="2" style="text-align:center" | '''[[mRNA]]の安定性'''

| style="text-align:center" | [[P21]], [[Brm]]  

| style="text-align:center" |[[ノルアドレナリン#.E5.90.88.E6.88.9|TH]], [[eNOS]]

| style="text-align:center" | p300, [[ATM]]  

| style="text-align:center" | [[PTEN]], [[HDAC1]], [[Mdm2]], ACS, [[Neil2]], [[Polβ]]

略称一覧（ABC順） ACS: [[アセチルコエンチームＡ合成酵素]]、 ACTR: [[Histone acetyltransferase and nuclear receptor coactivator]]、 AML: [[急性骨髄性白血病タンパク質]]、 AP endonuclease: [[Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1]]、 AR: [[アンドロゲン受容体]]、 ATF: [[Activating transcription factor]]、 ATM: [[Ataxia telangiectasia mutated]]、 BACE: [[細胞外プロテアーゼ#BACE1|&beta;セクレターゼ]]、 Bcl: [[B-cell CLL/lymphoma]]、 BETA2: [[BETA2転写因子]]、 Brm: [[The catalytic subunit of SWI/SNF chromatin remodeling complex]]、 c-Abl: [[C-abl癌遺伝子]]、 c-Myb: [[V-myb myeloblastosis viral oncogene homolog]]、 c-Myc: [[V-myc myelocytomatosis viral oncogene homolog]]、 Cart: [[Cartilage homeoprotein]]、 CBP（CREBBP）: [[CREB結合タンパク質]]、 CDY: [[Chromodomain protein, Y-linked]]、 CLOCK: [[Circadian locomotor output cycles kaput]]、 CtBP（CTBP）: [[C-terminal-binding protein]]、 DEK: [[DEK癌遺伝子]]、 E2F: [[E2F転写因子]]、 EKLF: [[Erythroid Krüppel様因子]]、 Elp3: [[Elongator complex protein]]、 eNOS: 内皮型[[一酸化窒素合成酵素]]、 ER: [[エストロゲン受容体]]、 ER81: [[Ets-related protein 81]]、 EWI: [[Egg-white inhibitor of cysteine proteinase]]、 Fen-1: [[Flap endonuclease-1]]、 Fox: [[Forkhead box]]、 GATA: [[GATA-binding protein]]、 GCM: [[Glial cells missing homolog]]、 GCN(KAT2): [[General control non-derepressible]] ([[K(lysine) acetyltransferase]])、 GR: [[グルココルチコイド受容体]]、 GRIP（NCOA2）: [[グルココルチコイド受容体結合蛋白質]]（[[Nuclear receptor coactivator 2]]）、 H2A: [[ヒストン2Aサブユニット]]、 HAT: ヒストンアセチル基転移酵素、 HBO: [[Histone acetyltransferase binding to ORC]]、 HDAC: ヒストン脱アセチル酵素、 HIF: [[低酸素誘導因子]]、 HMG: [[High mobility group]]、 HNF: [[Hepatocyte nuclear factor]]、 HSP: [[熱ショックタンパク質]]、 hTAFII: [[Human TATA-binding protein-associated factor]]、 KLF: [[Krüppel様因子]]、 Ku70（XRCC6）: [[Lupus Ku autoantigen protein p70]] ([[X-ray repair complementing defective repair in Chinese hamster cells 6]])、 MCM3AP: [[Minichromosome maintenance complex component 3 associated protein]]、 Mdm（MDM2）: [[Murine double minute]] ([[P53 E3 ubiquitin protein ligase homolog]])、 [[MEF]]: [[Myocyte-specific enhancer factor]]、 MORF（KAT6B）: [[Monocytic leukemia zinc-finger protein related factor]] ([[K(lysine) acetyltransferase 6B]] )、 MOZ（KAT6A）: [[Monocytic leukemia zinc-finger protein]] ([[K(lysine) acetyltransferase 6A]] )、 MyoD: [[Myogenic differentiation]]、 Neil: [[DNA Glycosylase Nei-like]]、 NF-E: [[Nuclear factor, erythroid-derived]]、 NF-κB: [[Nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells]]、 p/CIP: [[P300/CBP interacting protein]]、 p21: [[Cyclin-dependent kinase inhibitor]]、 p300: [[E1A binding protein p300]]、 p50 (NF-κB): [[Nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells 1]]、 p53: [[Tumor protein p53]]、 p65 (NF-κB): [[Nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells subunit protein 65]]、 p65 (RelA): [[V-rel reticuloendotheliosis viral oncogene homolog A]]、 p73: [[Tumor protein p73]]、 PAP: [[Poly(A) polymerase]]、 PCAF(KAT2B): p300/CBP-associated factor([[K(lysine) acetyltransferase 2B]])、 PCNA: [[Proliferating cell nuclear antigen]]、 PGC: [[PPAR-γ coactivator]]、 PLAG: [[Pleiomorphic adenoma gene]]、 Pol: [[Polymerase (DNA directed)]]、 POP-1: [[Wnt signaling nuclear effector]]、 PR: [[プロゲステロン受容体]]、 pRb（RB）: [[Retinoblastoma]]、 PTEN: [[Phosphatase and tensin homolog deleted from chromosome 10]]、 RIP140: [[Receptor interacting protein 140]]、 Runx: [[Runt-related transcription factor]]、 Smad: [[Sma and Mad Related Family]]、 Sp1: [[Specificity protein 1]]、 [[Src|SRC]]-1: [[ステロイド受容体コアクチベーター1]]、 SREBP1a: [[Sterol regulatory element binding transcription factor 1]]、 SRY: [[Sex-determining region Y]]、 [[STAT]]: [[シグナル伝達兼転写活性化因子]]、 TAF(I)68: [[TATA box binding protein (TBP)-associated factor (I)68]]、 TAL1/SCL: [[T-cell acute lymphoblastic leukemia 1/Stem cell leukemia]]、 TFIIB（GTF2B）: [[General transcription factor IIB]]、  TH:[[ノルアドレナリン#.E5.90.88.E6.88.90|チロシン水酸化酵素]] 、Tip60（KAT5）: [[Tat interactive protein, 60kDa]]（[[K(lysine) acetyltransferase 5]]）、 YY1: [[転写抑制因子yin-yang 1]]

　アセチル化は神経機能にも関与している。特にヒストンのアセチル化、脱アセチル化は[[神経幹細胞]]の[[分化]]や神経機能、神経系疾患に密接に関わっていることが報告されている。神経幹細胞の分化は「[[ヒストン]]」の項を参考にして頂き、ここではヒストンアセチル化と神経機能、及び神経系疾患に着目する。  

　[[哺乳類]]においてヒストンのアセチル化、脱アセチル化、及びHAT、HDACの活性は[[シナプス]]の[[可塑性]]や記憶の形成に関与する。[[NMDA型グルタミン酸受容体]]の活性化及びそれに伴う[[protein kinase A]]（[[PKA]]）、[[protein kinase C]]（[[PKC]]）経路の活性化はヒストンH3のアセチル化を誘導し<ref name="ref3"><pubmed>18003853</pubmed></ref>、海馬神経のKClによる[[脱分極]]はヒストンH2Bのアセチル化を促進する<ref><pubmed>20167251</pubmed></ref>。さらに、マウスでの記憶学習訓練もヒストンＨ3のアセチル化を誘導することが知られている<ref name="ref3" /><ref><pubmed>18638560</pubmed></ref>。また、[[恐怖条件づけ]]が[[脳由来神経栄養因子]]（[[brain-derived neurotrophic factor]]：[[BDNF]]）[[プロモーター]]領域のヒストンＨ3のアセチル化と[[ホスホアセチル化]]を亢進することが報告されている<ref name="ref6"><pubmed>17522015</pubmed></ref><ref><pubmed>18923034</pubmed></ref>。ヒストンH3のアセチル化亢進は[[記憶]]の[[再固定]]や[[想起]]の際に誘導されることも明らかになっており、ヒストンのアセチル化が記憶に密接に関わっていることが示されている<ref><pubmed>17880897</pubmed></ref>。同様にHDACやHATの活性も神経機能に重要である。HDACの阻害は、シナプス間での神経伝達物質の伝達効率の指標であり、学習・記憶に重要とされる[[長期増強]]（long-term potentiation：LTP）や記憶形成を増強させ<ref><pubmed>19424149</pubmed></ref><ref><pubmed>19470462</pubmed></ref>、恐怖条件づけによる恐怖の消去を促進させる<ref name="ref6" /><ref><pubmed>17907845</pubmed></ref>。代表的なHATであるCBPの変異マウスはLTP及び記憶形成が障害を受け<ref><pubmed>15805310</pubmed></ref>、抑制性の切断型p300の[[トランスジェニックマウス]]やPCAF欠損マウスでは記憶障害が起こることが報告されている<ref><pubmed>17761541</pubmed></ref><ref><pubmed>17805310</pubmed></ref>。さらに、重度の脳萎縮、及び神経脱落を起こしたマウスにHDAC阻害剤を投与すると、[[樹状突起]]の再形成と[[シナプス]]の増加が観察され、学習能力や長期記憶が回復することが明らかになっている<ref><pubmed>17468743</pubmed></ref>。これらのように、シナプス可塑性（LTP）や記憶形成においてヒストンのアセチル化とそれを制御する酵素は非常に重要な役割を果たしている。

　HDACはヒストンタンパク質のアセチル化状態の恒常性を維持することで転写等の細胞の基本的な活性を制御するのに重要な役割を果たしており、多くの脳疾患でタンパク質のアセチル化レベルが不均衡となっていることが知られている。このような点からも種々のHDAC阻害剤が新たな脳疾患治療薬として有用である可能性が示唆されている。HDAC阻害剤は神経保護、神経栄養性、及び抗炎症の特徴を有し、学習記憶や脳疾患にみられる他の表現型などを改善できることが示されている<ref><pubmed>18827828</pubmed></ref><ref><pubmed>19775759</pubmed></ref>（図3）。具体的には、[[脳血管障害]]、[[ハンチントン病]]、[[筋萎縮性側索硬化症]]、[[脊髄性筋委縮症]]、[[パーキンソン病]]、[[アルツハイマー病]]、[[ルビンシュタイン・テイビ症候群]]、[[レット症候群]]、[[フリードリッヒ運動失調症]]、[[多発性硬化症]]などが挙げられ、多くの脳疾患でヒストンの低アセチル化及び転写の機能障害が起こっている。ヒストンのアセチル化が関与する脳疾患の例を以下に示す。  

　パーキンソン病は[[神経変性疾患]]で、[[黒質]]での[[ドーパミン神経]]の選択的欠損に伴う運動機能障害を特徴としている。パーキンソン病の大部分は孤発性である。[[ドーパミン]]毒素によりパーキンソン病様症状を呈した[[モデル動物]]に、HDAC阻害剤の[[フェニルブチレート]]を投与すると、黒質でのドーパミンの欠乏とドーパミンの生合成酵素である[[チロシン水酸化酵素]]を発現する神経の減少が抑制される<ref><pubmed>15626823</pubmed></ref>。また、HDAC阻害剤の投与により[[中脳]]の[[アストロサイト]]で誘導される[[グリア細胞株由来神経栄養因子]]（[[glial cell line-derived neurotrophic factor]]：[[GDNF]]）は、ドーパミン神経特異的に生存と[[軸索伸長]]に作用する因子である（図3）。そのため、HDAC阻害剤投与はパーキンソン病を含む神経変性疾患の治療において有望な治療法となると考えられている<ref><pubmed>11988777</pubmed></ref>。  

　家族性のパーキンソン病では[[シナプス前]]タンパク質である[[Α-シヌクレイン]]の遺伝子変異が原因のひとつとされている。[[ヒト]][[神経芽腫細胞]]において、α-シヌクレインはヒストンに結合し、HATであるCBPやp300、PCAFを不活性化することでヒストンの低アセチル化、及び[[アポトーシス]]を引き起こすことが示されている<ref name="ref24"><pubmed>16959795</pubmed></ref>。現在までの研究により、HDAC阻害剤のSBやSAHAの投与が、in vitro、in vivo両方においてα-シヌクレインの過剰発現による[[神経細胞死]]を減弱させることが明らかとなっている<ref name="ref24" />。これらのことも、パーキンソン病においてHDAC阻害剤が治療に有効であると考えられる根拠となっている。

　[[脳血管障害]]は急性の神経変性疾患であり日本では死因の第三位を占めている。脳血管障害の一つの大きな原因として[[脳虚血]]が挙げられる。脳虚血のモデル[[動物]]は[[中大脳動脈閉塞術]]（[[midle cerebral artery occlusion]]：[[MCAO]]）により作成することができる。[[wikipedia:ja:ラット|ラット]]及び[[wikipedia:ja:マウス|マウス]]のMCAOモデルでは、虚血脳全体のヒストンのリジン残基でアセチル化が抑制されるが、この変化はHDAC阻害剤の投与により梗塞体積の減少と共に回復される<ref name="ref25"><pubmed>15189338</pubmed></ref><ref name="ref26"><pubmed>17371805</pubmed></ref><ref name="ref27"><pubmed>16946032</pubmed></ref>。ラットのMCAOモデルでは傷害後のVPA、SB、TSAの投与により、状態の改善がみられることが示されている<ref name="ref25" /><ref name="ref26" />。SBを投与したMCAO[[ラット]]では虚血脳で、[[神経新生]]の増加が確認されるが、これは[[BDNF]]-[[TrkB]]の経路を遮断すると消失してしまう<ref><pubmed>19549282</pubmed></ref>。

　さらに、[[マウス]]への[[フェニルブチレート]]の投与は[[eukaryotic translation initiation factor2α]]（[[EIF2α]]）のリン酸化減少とeIF2αに制御される[[C/EBP homologous protein]]（[[CHOP]]）の発現によって[[ERストレス]]（[[endoplasmic reticulum stress]]）から虚血脳を保護できることが報告されている<ref><pubmed>15226415</pubmed></ref>。HDAC阻害剤の投与は虚血によって引き起こされるp53の発現上昇を抑制し、[[heat-shock protein 70]]（[[HSP70]]）の発現を誘導することが知られている<ref name="ref25" /><ref name="ref26" /><ref name="ref27" />（図3）。[[Hsp70|HSP70]]はマウスMCAOモデルでHSP70- I-κBα- NF-κB（nuclear factor-kappa B）の安定な複合体を形成することにより、 NF-κBを不活性化することで抗炎症作用を示すことが明らかにされている<ref><pubmed>17473852</pubmed></ref>。<br>  

== 非ヒストンタンパク質のアセチル化と神経機能・神経疾患 ==

　上述してきたように、一般にHDACの阻害は脳疾患治療に有用であると思われる。しかし、HDAC6のようにHDACの働きが脳機能に重要であることも知られており、HDACの阻害が常によい方向に働くとは限らない。HDAC6は脳で高く発現しており、ヒストンのみならずα-チュブリン、[[Hsp90|HSP90]]、コルタクチンを脱アセチル化する。なかでもHDAC6の主要な基質はα-チュブリンであり、α-チュブリンのアセチル化レベルを制御することで[[微小管]]の安定性をコントロールし、その輸送等に重要な役割を果たすことが報告されている<ref name="ref34"><pubmed>12486003</pubmed></ref><ref><pubmed>20520769</pubmed></ref>。微小管のアセチル化が促進されると、神経細胞において微小管と[[キネシン]]-1との結合が促進され、[[JNK-interacting Protein 1]]やBDNFなどのキネシン-1の[[カーゴタンパク質]]の[[極性輸送]]が促進される<ref><pubmed>17084703</pubmed></ref>。HDAC6による微小管の安定性制御は神経細胞におけるキネシン-1によるミトコンドリアの輸送にも重要であり<ref name="ref34" /><ref><pubmed>16306220</pubmed></ref>、異常なミトコンドリア輸送は、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、[[筋委縮性側索硬化症]]などの脳疾患に関係することが知られている<ref><pubmed>22750523</pubmed></ref>。また、HDAC6は[[軸索]]の末端領域に局在することで軸索の伸長にも重要な役割を果たしており、TSAなどのHDAC阻害剤によるtubulinの脱アセチル化阻害は軸索の伸長を阻害することが報告されている<ref><pubmed>20886111</pubmed></ref>。<br>  

　しかし逆に、HDAC6はマウスの[[情動]]行動に関与し、HDAC6の欠損やHDAC6阻害剤が運動亢進、[[不安]]の軽減などの抗うつ様の行動を誘導することで、[[うつ病]]等の治療によい影響を与えることも明らかになっている。HDAC6は、[[気分障害]]等の[[精神疾患]]に深く関与する[[セロトニン神経細胞]]の豊富な中脳の[[縫線核]]、[[青斑核]]、黒質の神経細胞に多く存在している。しかし、HDAC6の欠損マウスにおいて、[[セロトニン]]の量、及び既存の[[抗うつ薬]]である[[選択的セロトニン再取り込み阻害薬]]/[[セロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬]]（[[Selective serotonin reuptake inhibitors|Selective Serotonin Reuptake Inhibitors]]/ [[Serotonin]] &amp; Norepinephrine Reuptake Inhibitors：[[SSRI]]/SNRI）に対する応答性には変化がなく、SSRI/SNRIの急性投与による大幅なうつ様行動の改善はHDAC6の欠損マウスと野生型マウスで同程度である。このことからHDAC6阻害剤による抗うつ作用メカニズムは既存の抗うつ薬とは異なると考えられており、HDAC6の阻害はうつ病の病態解明や新規抗うつ薬の開発につながる可能性が示唆されている<ref><pubmed>22328923</pubmed></ref>。  

 

<references />