「細胞質ポリアデニル化要素結合タンパク質」の版間の差分

{{box|text=　細胞質ポリアデニル化要素結合タンパク質（cytoplasmic polyadenylation element binding protein, CPEB）はmRNA の3’UTRに存在するCPE配列(典型的には5’-UUUUAU-3’)に結合し、ポリA鎖の長さを調節することで、翻訳（タンパク質合成）を制御するRNA結合タンパク質である。CPEBはもともとアフリカツメガエルの卵母細胞において母性mRNAの翻訳制御を介して減数分裂進行を制御する因子として知られていた。その後、CPEBは神経細胞においてシナプスへのmRNA輸送とシナプス刺激に応答した局所翻訳を制御することが明らかにされた。CPEBノックアウトマウスはシナプス可塑性や学習と記憶に異常を示すことからCPEBによるシナプス刺激に応答したmRNA輸送と局所翻訳は学習と記憶に重要な役割を担うと考えられる。

　アフリカツメガエルの卵母細胞ではポリA鎖が短い状態でcyclinB1、cdk2、c-mos等の一群の母性mRNAが保存されている。卵母細胞がプロジェステロンの刺激を受けると、ポリA鎖が伸長し、それらのmRNAの翻訳が促進されることで減数分裂が進行することが知られていた。これらのmRNAの3’UTRにはしばしばCPE（cytoplasmic polyadenylation element）配列（典型的には5’-UUUUAU-3’）と呼ばれるシス配列が存在し、CPEBはこのCPE配列に結合する配列特異的RNA結合タンパク質として同定された<ref name=Hake1994><pubmed>7954828</pubmed></ref><ref name=Stebbins-Boaz1996><pubmed>8665866</pubmed></ref>1,2。CPEBは卵母細胞の成熟過程だけでなく、精子形成にも必要とされることが明らかにされ<ref name=Luitjens2000><pubmed>11040214</pubmed></ref>3、生殖細胞における重要な翻訳制御因子として、その分子制御機構の解明が進められてきた。

　その後、CPEBは神経系においても高発現し、シナプス局所へのmRNA輸送とシナプス刺激に応じた特異的mRNAのポリA鎖伸長と翻訳促進を担うことが明らかにされ<ref name=Huang2002><pubmed>11980711</pubmed></ref><ref name=Huang2003><pubmed>12629046</pubmed></ref><ref name=Udagawa2012><pubmed>22727665</pubmed></ref>4–6、さらに、シナプス可塑性や学習と記憶にもCPEBが重要な役割を担うことが示された<ref name=Alarcon2004><pubmed>15169862</pubmed></ref><ref name=Berger-Sweeney2006><pubmed>16452649</pubmed></ref>7,8。CPEB（後に、CPEB1と遺伝子名が変更）とCPEBファミリータンパク質は、生殖系と神経系以外にも、細胞老化、がん、ストレス応答、器官形成などの様々な局面で働くことが現在までに報告されている<ref name=Groisman2006><pubmed>17015432</pubmed></ref><ref name=Burns2011><pubmed>21478871</pubmed></ref><ref name=Nagaoka2012><pubmed>22334078</pubmed></ref><ref name=Davidson2016><pubmed>26947065</pubmed></ref><ref name=Calderone2016><pubmed>26627607</pubmed></ref><ref name=Maillo2017><pubmed>28092655</pubmed></ref><ref name=Pascual2020><pubmed>32440535</pubmed></ref>9–15。

　CPEBファミリータンパク質のN末端側の配列はCPEB1-4の間で多様性がある（図2）。哺乳類、及びアフリカツメガエルのCPEB1のN末端領域のセリン残基のリン酸化はCPEB複合体の翻訳抑制型から翻訳促進型への変換に必要とされる<ref name=Mendez2000><pubmed>11106762</pubmed></ref><ref name=Kim2006><pubmed>17052452</pubmed></ref>16,17。CPEB2-4、Orb2、及びアメフラシのAcCPEBのN末端側には天然変性領域が含まれ、これらのタンパク質は液-液相分離、またはプリオン様の性質を示す<ref name=Si2003><pubmed>14697205</pubmed></ref><ref name=Majumdar2012><pubmed>22284910</pubmed></ref><ref name=Guillen-Boixet2016><pubmed>27802129</pubmed></ref><ref name=Hervas2020><pubmed>32165583</pubmed></ref>18–21。

　アフリカツメガエルの卵母細胞におけるCPEB複合体因子として、デアデニレース（ポリA短鎖化酵素）PARN、細胞質型ポリAポリメラーゼGld2、mRNAの3’末端プロセッシング因子CPSFタンパク質群、足場タンパク質Symplekin、eIF4E結合翻訳抑制因子Maskin等が同定されている<ref name=Kim2006><pubmed>17052452</pubmed></ref><ref name=Stebbins-Boaz1999><pubmed>10635326</pubmed></ref><ref name=Barnard2004><pubmed>15550246</pubmed></ref>17,23,24。おそらくCPEB1を含むいくつかのCPEB複合体因子はmRNAの3’末端近傍のポリA付加シグナル（5’-AAUAAA-3’）、及びその近く位置するCPE配列に核内で結合した後に、細胞質に輸送されると考えられる。

　細胞質に輸送されたmRNAはCPEB複合体因子PARNの働きで、速やかにそのポリA鎖が短鎖化される<ref name=Kim2006><pubmed>17052452</pubmed></ref>17。同時に、CPEB複合体はMaskinを介してeIF4Eに結合し、eIF4GのeIF4Eとの結合を妨げ、翻訳を抑制状態に維持する<ref name=Stebbins-Boaz1999><pubmed>10635326</pubmed></ref>23。プロジェステロンの刺激により、Aurora KinaseがCPEB1をリン酸化すると、PARNは複合体から排出され、Gld2によるポリA鎖伸長が優勢となる<ref name=Kim2006><pubmed>17052452</pubmed></ref>17。これにより、複数のポリA結合タンパク質PABPが伸長したポリA鎖に結合し、PABP・eIF4G・eIF4Eの結合が促進され、翻訳開始複合体がmRNAの5’末端に形成される。

　このようにして、CPEB1を含む細胞質ポリA鎖制御複合体は、cyclinB1、cdk2、c-mos等の減数分裂の進行を担う因子の発現のスイッチを時期特異的に切り替えると考えられる。

　哺乳類神経細胞では、CPEBはCPE配列を含むmRNAの翻訳を抑制した状態で細胞体から樹状突起の遠位に輸送する働きを持つことが報告されている<ref name=Huang2003><pubmed>12629046</pubmed></ref>5。哺乳類神経細胞におけるCPEB複合体は概ねアフリカツメガエルのそれと同様であり、Symplekinを足場タンパク質として、PAPD4（Gld2の哺乳類ホモログ）、PARN、CPSFが結合した複合体がマウス脳、及び、初代培養神経細胞の樹状突起で顆粒状に検出され、輸送顆粒を形成していると考えられる6。アフリカツメガエルで同定されたeIF4E結合タンパク質Maskinは哺乳類細胞には保存されていないが、同じくeIF4E結合タンパク質であるNeuroguidin（Ngd）が哺乳類細胞におけるCPEB複合体因子として同定されており、Maskinと同様にCPEB複合体による翻訳抑制の機能を担うと考えられる<ref name=Jung2006><pubmed>16705177</pubmed></ref>25。

　CPEB1はNMDA受容体刺激に応じてAurora kinaseによりリン酸化され、CaMKIIやNMDA受容体GluN2Aサブユニット等のシナプス機能に重要な因子をコードするmRNAのポリA鎖を伸長し、翻訳を活性化することが示されている<ref name=Huang2002><pubmed>11980711</pubmed></ref><ref name=Udagawa2012><pubmed>22727665</pubmed></ref>4,6。（こちらの方が流れが良いのではないかと思います）CPEB1ノックアウトマウスでは学習と記憶の分子基盤となるタンパク質合成依存的長期増強（LTP）が阻害されており、幾つかの海馬依存的な学習と記憶の試験において異常が認められることから、CPEB複合体によるmRNA輸送と局所翻訳がシナプス可塑性や学習と記憶に重要な役割を果たすと考えられる7,8。

　一方、CPEB複合体において翻訳を促進する機能を果たすPAPD4の発現抑制はLTPを阻害するものの<ref name=Udagawa2012><pubmed>22727665</pubmed></ref>6、PAPD4ノックアウトマウスは海馬依存的な学習と記憶の試験で異常を示さないことも報告されており<ref name=Mansur2016><pubmed>27495319</pubmed></ref>26、CPEB複合体による学習と記憶の制御機構についてはまだ未解明な点も多い。

　アメフラシにおいてもCPEB（AcCPEB）による局所翻訳が感覚ニューロンのシナプス可塑性の一種である長期促通（LTF）に必要とされることが報告されている<ref name=Si2003><pubmed>14697206</pubmed></ref>27。興味深いことに、AcCPEBはN末端側にタンパク質凝集体を形成するプリオン様の性質を持ち、凝集体型のAcCPEBが翻訳を活性化する機能を持つことが示されている<ref name=Si2010><pubmed>20144764</pubmed></ref>28。同様に、ショウジョウバエのOrb2もまたプリオン様の性質を持ち、Orb2のオリゴマーがポリAの長鎖化と翻訳の促進を担う機能を持ち、Orb2のモノマーはポリAを短鎖化させ、翻訳を抑制することが報告されている<ref name=Majumdar2012><pubmed>22284910</pubmed></ref><ref name=Khan2015><pubmed>26638074</pubmed></ref>19,29。いずれの場合にもオリゴマー形成が長期記憶の維持に重要であるとされている。

　一方、哺乳類のCPEB2-4はN末端ドメインを介して液-液相分離による液滴を形成し、その機能に重要な役割を果たす可能性が指摘されている20。CPEB4はN末端の天然変性領域を介して液-液相分離による液滴を形成するが、細胞周期のM期においてCdk1およびErk2によりN末端ドメインが過リン酸化されるとモノマー型に変換され活性化されることが報告されている20。CPEB2-4による翻訳制御機構の詳細はまだ明らかでないが、CPEB3ノックアウトマウスは海馬依存的な学習と記憶を亢進させることが報告されている30。

　哺乳類のCPEB1を含むすべてのCPEBファミリータンパク質は体細胞においてPARNではなく、デアデニース複合体CCR4-NOTをリクルートしmRNAの不安定化に関わることも報告されている31。一方、その制御機構はCPEB1とCPEB2-4で異なっているらしい。CPEB1は上述のようにN末端ドメインの単一アミノ酸残基のリン酸化で複合体の構成と翻訳抑制型・翻訳活性化型の変換が制御されているが、CPEB2-4ではN末端ドメインの複数のプロリン残基のリン酸化がタンパク質の液-液相分離を制御し、それが標的mRNAの制御に重要であるとされている。また、CPEB1は典型的なCPE配列をもつmRNAを標的とする一方、CPEB2-4はCPEB1と共通したmRNAを標的としつつ、それぞれに異なる非典型的なCPE配列をもつmRNAも標的にすることが報告されている20。

　CPEB1は生殖細胞と神経細胞以外の体細胞にも発現し、がん原遺伝子mycやがん抑制遺伝子p53の制御を介した細胞老化の制御<ref name=Groisman2006><pubmed>17015432</pubmed></ref><ref name=Burns2011><pubmed>21478871</pubmed></ref>9,10、mRNAの局在化を介した細胞極性の形成<ref name=Nagaoka2012><pubmed>22334078</pubmed></ref>11、器官形成等にも関わることが報告されている<ref name=Calderone2016><pubmed>26627607</pubmed></ref><ref name=Zeng2022><pubmed>35177647</pubmed></ref>13,35。また、その他のCPEBファミリータンパク質とがん、肝機能障害、神経機能障害との関わりについても報告されている<ref name=Calderone2016><pubmed>26627607</pubmed></ref><ref name=Pascual2020><pubmed>32440535</pubmed></ref><ref name=Chao2013><pubmed>24155305</pubmed></ref><ref name=Villanueva2017><pubmed>28300077</pubmed></ref><ref name=Huang2014><pubmed>25404896</pubmed></ref>13,15,30,36,37。

* [[RNA結合タンパク質]]

* [[プリオン]]