「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

　[[アフリカツメガエル]]の[[卵母細胞]]では[[cyclinB1]]、[[サイクリン依存性キナーゼ2]] ([[cdk2]])、[[c-mos]]等の母性[[mRNA]]が、[[ポリA鎖]]が短い状態で保存されている。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cytoplasmic polyadenylation element (CPE)配列（典型的には5’-UUUUAAU-3’）と呼ばれるシス配列が存在し、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おり、[[脊椎動物]]のmRNAの20-30%がCPEsを介した翻訳制御を受けると推定されている。<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><ref name=Pique2008><pubmed>18267074</pubmed></ref> 9–1516。

[[ファイル:Udagawa CPEB Fig1.png|サムネイル|'''図1. CPEBファミリータンパク質の系統樹'''<br>MEGA11により作成したマウス、アフリカツメガエル、ショウジョウバエ、アメフラシのCPEBタンパク質の最尤法系統樹。CPEB 1サブファミリーにはマウスCPEB1(MmCPEB)、アフリカツメガエルCPEB1(XtCPEB)、ショウジョウバエOrb（DmOrb）、アメフラシCPEB（AcCPEB）が含まれ、それ以外のCPEBタンパク質はすべてCPEB2サブファミリーに含まれる。]]

　CPEB1サブファミリーには哺乳類およびアフリカツメガエルのCPEB1、[[ショウジョウバエ]]の[[Orb]]、[[アメフラシ]]の[[AcCPEB]]が含まれる。その他のCPEBファミリータンパク質（哺乳類およびアフリカツメガエルの[[CPEB2]]-[[CPEB4|4]], ショウジョウバエの[[Orb2]]）はCPEB2サブファミリーに含まれる。CPEB1-4は20%程度の共通したmRNAを標的にする一方で、それぞれに特徴的な標的を持つ。CPEB1は典型的なCPE配列（5’-UUUUAAU-3’）に近い配列を持つmRNAを標的とする傾向があるのに対し、CPEB2-4はG置換を含む非典型的なCPE配列（5’-UUUUGUA-3’）を標的とする傾向がある。CPEB2-4の標的は大部分が共通している<ref name=Duran-Arque2022><pubmed>36096799</pubmed></ref>17。

　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>18,19。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>20–23。

　すべてのCPEBファミリータンパク質のC末端側には2つのRNA結合ドメイン（[[RRM1]]と[[RRM2]]）が存在し、これは標的mRNAとの結合に必要とされる。また、C末端付近には[[ZZドメイン]]と呼ばれる2つの[[亜鉛]]イオンが配位する領域を持ち、CPEB複合体のタンパク質間、及びタンパク質-RNA間相互作用に必要とされる<ref name=Afroz2014><pubmed>24990967</pubmed></ref>24。

　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>19,25,26。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>19。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>25。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>19。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。

　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>27。

　CPEB1はNMDA受容体刺激に応じてAurora kinaseによりリン酸化され、CaMKIIαや[[NMDA型グルタミン酸受容体]][[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。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<ref name=Alarcon2004 /><ref name=Berger-Sweeney2006 />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>28、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=Si2003b><pubmed>14697206</pubmed></ref>29。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>30。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>21,31。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<ref name=Guillen-Boixet2016><pubmed>27802129</pubmed></ref>22。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<ref name=Guillen-Boixet2016><pubmed>27802129</pubmed></ref>22。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<ref name=Chao2013><pubmed>24155305</pubmed></ref>32。

　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<ref name=Ogami2014><pubmed>23178487</pubmed></ref>33。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<ref name=Guillen-Boixet2016><pubmed>27802129</pubmed></ref>22。

　CPEBタンパク質が特定のヒト疾患の原因因子として報告された例はこれまでのところないが、いくつかの疾患との関連が報告されている。CPEB1は[[脆弱X精神遅滞症候群]]（FXS）の原因因子であるRNA結合タンパク質[[FMRP]]と相互作用する<ref name=Udagawa2013><pubmed>24141422</pubmed></ref>34。FXSはFMRPの機能欠失により発症する。FMRPは翻訳抑制因子として機能し、FMRPノックアウトマウスの脳や、FXS患者由来の細胞ではタンパク質合成が亢進していることが報告されており、これが病態の一つと考えられている<ref name=Darnell2013><pubmed>23584741</pubmed></ref>35。FMRPはシナプス刺激に応答した翻訳の過剰な活性化を抑える働きを持つと考えられている。一方CPEBはFMRPとは逆にシナプス刺激に応答して翻訳を促進する機能を持つ。FMRPとCPEB1は多くの共通した標的mRNAを持つことから両者が共通した標的mRNA発現のバランスを調整していると考えられる。実際、FMRPと反対の働きをするCPEB1の発現をFMRPノックアウトマウスにおいて抑制することにより、亢進したタンパク質合成レベルが正常レベルに低下し、FXS病態が改善されることが示されている<ref name=Udagawa2013 />34。

　[[ハンチントン病]]患者やマウスモデルの[[線条体]]ではCPEB1の発現が上昇し、CPEB4の発現が低下していることが報告されている<ref name=Pico2021><pubmed>34586830</pubmed></ref>36。この発現変化により全転写産物の17.3%のポリA鎖長が変化し、多くの[[神経変性疾患]]関連因子の発現が変動していることが明らかにされた。興味深いことに、このCPEB1 ,4の発現変化により別の神経疾患である[[ビオチン]]-[[チアミン]]応答性[[大脳基底核]]疾患の原因となる[[SLC19C]]の発現が低下することが見出された。さらに、ハンチントン病マウスモデルにチアミンピロリン酸を処理することにより一部のハンチントン病様表現系が改善されることが明らかにされた<ref name=Pico2021 />36。

　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>13,37。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>13,15,32,38,39。