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Fused in sarcoma | |||
• 要約 | |||
FUS (fused in sarcoma)はTLS(translated in liposarcoma)とも称されるRNA結合タンパク質で、主として核内に局在し転写、選択的スプライシング、RNA輸送などRNA代謝全般に機能する分子である。Chopなどとの融合タンパク質が癌の原因遺伝子となることで発見され命名されたが、近年は筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因遺伝子および病態関連分子として注目されている。 | |||
• イントロダクション（背景、歴史的推移など） | |||
FUSは脂肪肉腫などの癌において、転座に伴う融合タンパク質（FUS-CHOP）として同定された<ref name=Rabbitts1993><pubmed>7503811</pubmed></ref><ref name=Crozat1993><pubmed>8510758</pubmed></ref><ref name=Eneroth1990><pubmed>2372777</pubmed></ref> 。N末端のFUSと、C末端のCHOPなどの様々な転写因子が融合することで非常に強力な転写活性を獲得し、癌化に寄与するものと考えられる<ref name=Bertolotti1999><pubmed>10637511</pubmed></ref><ref name=Prasad1994><pubmed>7970732</pubmed></ref> 。これとは別に、FUSはpre-mRNAの成熟に関わる複合体のサブユニットhnRNP P2としても同定された<ref name=Calvio1995><pubmed>7585257</pubmed></ref> 。そして2009年に2つのグループから家族性ALSの原因遺伝子であることが報告され<ref name=Kwiatkowski2009><pubmed>19251627</pubmed></ref><ref name=Vance2009><pubmed>19251628</pubmed></ref> 、神経研究の分野で大きな注目を集めることになった。それ以降、TDP-43を含む多くのRNA結合タンパク質と同様にALSおよびその類縁疾患である前頭側頭葉変性症 (FTLD) の病態に強く関係することが明らかにされてきた。 | |||
• 構造 | |||
タンパク質立体構造については、RNA認識モチーフ（RRM）がRNAのステムループ部分に、C末端のzinc finger (ZnF) motifがRNAのGGU配列を認識して結合することが報告されている<ref name=Loughlin2019><pubmed>30581145</pubmed></ref> 。 | |||
• サブファミリー | |||
FUSはFET protein familyに含まれる。FET protein family にはEWS、TAF15も含まれるが、どれも家族性ALSの原因遺伝子であることがわかっている<ref name=Bertolotti1999><pubmed>10637511</pubmed></ref><ref name=Morohoshi1998><pubmed>9795213</pubmed></ref><ref name=Svetoni2016><pubmed>27415968</pubmed></ref> 。これら3つのFET protein familyはN末端のQGSY-rich領域、高度に保存されているRNA認識モチーフ（RRM）、アルギニン残基のジメチル化が特徴であるRGGリピート、およびC末端のzinc finger (ZnF) motifの構造が共通である<ref name=Crozat1993><pubmed>8510758</pubmed></ref><ref name=Prasad1994><pubmed>7970732</pubmed></ref><ref name=Morohoshi1998><pubmed>9795213</pubmed></ref><ref name=Iko2004><pubmed>15299008</pubmed></ref> 。 | |||
• 発現（組織分布、細胞内分布） | |||
FUSはユビキタスな組織分布をとり、細胞内では主に核に局在するが、一部は細胞質すなわち神経細胞の軸索や樹状突起にも局在する（https://www.proteinatlas.org/ENSG00000089280-FUS/tissue）。 | |||
• 機能（できればタンパク質としての機能と個体での機能を分けて） | |||
in vitro解析で，FUSはRNAおよび一本鎖DNAに結合性を示すものの二本鎖DNAにはほとんど結合しない<ref name=Crozat1993><pubmed>8510758</pubmed></ref><ref name=Wang2008><pubmed>18509338</pubmed></ref><ref name=Baechtold1999><pubmed>10567410</pubmed></ref><ref name=Zinszner1997><pubmed>9264461</pubmed></ref> 。実際の生体内におけるFUSのRNA結合部位は複数のグループからFUSのCLIP-seq解析結果が報告されており、主にFUSはスプライシングを受ける前のpre-mRNAに結合し，特に選択的スプライシングを受けるexon周囲や，選択的転写開始・終結点を持つ領域に結合する。FUS認識RNAモチーフは明瞭ではないが，GUリッチな配列に指向性が認められ、FUS結合領域ではRNAは二次構造をとりやすい<ref name=Masuda2016><pubmed>27192881</pubmed></ref><ref name=Ishigaki2012><pubmed>22829983</pubmed></ref><ref name=Lagier-Tourenne2012><pubmed>23023293</pubmed></ref><ref name=Rogelj2012><pubmed>22934129</pubmed></ref><ref name=Lerga2001><pubmed>11098054</pubmed></ref> 。 | |||
FUSは転写制御に関与していることが知られており<ref name=Coady2015><pubmed>26251528</pubmed></ref> 、合成途中のRNAへの結合を介してRNAポリメラーゼIIの転写速度を減弱させる。FUSのPrion like domainは，繊維状の構造物を作ってRNAポリメラーゼIIのC末端領域と結合し、RNP顆粒の形成に関わっている<ref name=Masuda2016><pubmed>27192881</pubmed></ref><ref name=Lerga2001><pubmed>11098054</pubmed></ref><ref name=Masuda2015><pubmed>25995189</pubmed></ref><ref name=Schwartz2013><pubmed>24268778</pubmed></ref> 。FUSはRNA結合を介し，積極的にポリアデニル化制御を行っており、mRNA長制御を中心にRNAプロセシングに深く関与し、神経分化やシナプス形成に関係する遺伝子の制御に関わると推測される<ref name=Sun2015><pubmed>25625564</pubmed></ref><ref name=Yamazaki2012><pubmed>23022481</pubmed></ref><ref name=Udagawa2015><pubmed>25968143</pubmed></ref><ref name=Yokoi2017><pubmed>28954225</pubmed></ref> 。 | |||
一方、FUSはspliceosomeに含まれ、SFPQ、NONO、hnRNPA1、TDP-43、SMN、他のFET proteinなど多くのRNPと結合し選択的スプライシングに関与することが知られている<ref name=Coady2015><pubmed>26251528</pubmed></ref><ref name=Sun2015><pubmed>25625564</pubmed></ref><ref name=An2019><pubmed>30642400</pubmed></ref><ref name=Ishigaki2017><pubmed>28147269</pubmed></ref><ref name=Kahl2018><pubmed>29426953</pubmed></ref><ref name=Tsuiji2013><pubmed>23255347</pubmed></ref> 。FUS はMAPT、Camk2a、およびFmr1といった神経変性に関連する分子などの選択的スプライシングを制御する<ref name=Ishigaki2012><pubmed>22829983</pubmed></ref><ref name=Lagier-Tourenne2012><pubmed>23023293</pubmed></ref><ref name=Rogelj2012><pubmed>22934129</pubmed></ref><ref name=Orozco2013><pubmed>23974990</pubmed></ref><ref name=Fujioka2013><pubmed></pubmed></ref> 。とくに、タウの遺伝子であるMAPTはexon10の制御はタウの代表的アイソフォームである3-repeat tauと4-repeat tauの生成に直結し、FUSの機能低下が結果としてタウのisoformである4-repeat tauが増加させることが複数のグループから報告されている<ref name=Ishigaki2012><pubmed>22829983</pubmed></ref><ref name=Orozco2013><pubmed>23974990</pubmed></ref><ref name=Fujioka2013><pubmed></pubmed></ref><ref name=Orozco2012><pubmed>22710833</pubmed></ref> 。 | |||
また、FUSはDNA修復機能に関与することが数多く報告されている。FUSはHDAC1への結合を介して神経細胞におけるDNA損傷に関与することや、PARP依存的なDNA修復への機能がALS関連変異で障害されることなどが知られている<ref name=Naumann2018><pubmed>29362359</pubmed></ref><ref name=Singatulina2019><pubmed>31067465</pubmed></ref><ref name=Wang2018><pubmed>30206235</pubmed></ref><ref name=Qiu2014><pubmed>24509083</pubmed></ref> 。 | |||
FUSは核だけではなく、細胞質すなわち樹状突起や軸索内にも存在してRNA輸送や局所翻訳、axonal guidanceなどの制御を介して神経細胞の機能維持に働いている<ref name=Fujii2005><pubmed>16317045</pubmed></ref><ref name=Sephton2014><pubmed>25324524</pubmed></ref><ref name=Errichelli2017><pubmed>28358055</pubmed></ref> 。 | |||
FUSの全身KOマウスは背景により異なったフェノタイプを示す。C57B6の近交系では免疫系の異常により出生してすぐに死に至る一方で、非近交系では精子形成異常以外はほぼ正常に生育することが報告されている<ref name=Hicks2000><pubmed>10655065</pubmed></ref><ref name=Kuroda2000><pubmed>10654943</pubmed></ref> 。 | |||
• 疾患との関わり | |||
FUSは家族性ALS（ALS6）の原因遺伝子であり、家族性 ALS の原因遺伝子として，わが国では SOD1 に次いで頻度が高い遺伝子と考えられており、C末側に多く認められほとんどがpoint mutationである（青木正志、臨床神経, 53：1080－1083, 2013 53巻11号）。病理学的にはFUSが核内から細胞質に局在が変化してユビキチン陽性の細胞質封入体として神経細胞内に認められることが特徴である。FUSに変異が存在しない孤発性のALSにおいても、このようなFUSの病理所見が陽性の症例が存在し、塩基性封入体が特徴であることからbasophilic inclusion body disease (BIBD)と呼ばれる。ALSは認知症の１つであるFTLDと臨床的、病理学的、遺伝学的に同一の疾患スペクトラムを形成すると考えられ、FTLD症例にもFUS陽性の病理像を示すグループが存在し、FTLD-FUSと称される。 | |||
FUS変異による家族性ALSの中には、発達障害や精神疾患を併発するものあること、FUSの変異によって非特異的なタウオパチーを呈する症例があること、核内でのFUSの局在変化がALS, FTLDのみならず、4Rタウオパチーである進行性核上性麻痺(PSP)や大脳皮質基底核変性症(CBD)症例でも認められること、などからFUSはより広範な神経精神疾患のメカニズムに関わる可能性が示唆されている<ref name=Ishigaki2020><pubmed>32770214</pubmed></ref><ref name=Ferrer2015><pubmed>25756587</pubmed></ref><ref name=Baumer2010><pubmed>20668261</pubmed></ref><ref name=Yamashita2012><pubmed>22057404</pubmed></ref> 。 | |||
FUSが神経変性や神経機能障害を引き起こすメカニズムについては毒性獲得、機能喪失など様々な仮説が提唱されているが、未だ多くが不明のままである。TDP-43のモデルと同様に、FUSの過剰発現モデルでALS様のフェノタイプを示すことがこれまで知られており、これは毒性獲得仮説の根拠となっている<ref name=Scekic-Zahirovic2016><pubmed>26951610</pubmed></ref><ref name=Gao2017><pubmed>28916614</pubmed></ref> 。単純な過剰発現ではフェノタイプを呈さないこともあるが、FUSの発現は転写、翻訳のレベルで自己制御されているため、自己制御が破綻すると毒性獲得に至るものと推測されている<ref name=Ling2019><pubmed>30747709</pubmed></ref> 。一方で、運動神経特異的にFUSをKOしてもALSにはならないことから、機能喪失のALSへの関与は限定的と考えられているが<ref name=Scekic-Zahirovic2016><pubmed>26951610</pubmed></ref><ref name=Sharma2016><pubmed>26842965</pubmed></ref> 、大脳の神経細胞での機能喪失はFTLD様の高次脳機能障害を引き起こすことが、マウス、ゼブラフィッシュやショウジョウバエなどのFUS喪失動物モデルから明らかにされている<ref name=Udagawa2015><pubmed>25968143</pubmed></ref><ref name=Ishigaki2017><pubmed>28147269</pubmed></ref><ref name=Kino2015><pubmed>25907258</pubmed></ref><ref name=Kabashi2011><pubmed>21829392</pubmed></ref><ref name=Sasayama2012><pubmed>22724023</pubmed></ref> 。ALS/FTLDを含むFTLDスペクトラムで核内でのFUSとSFPQの結合性低下が存在することなどを考え合わせると<ref name=Ishigaki2020><pubmed>32770214</pubmed></ref> 、前述のようにFUSの機能は大脳の神経細胞にも重要であり広範な神経疾患メカニズムに関わるものと推定される。 | |||
FUSの病態との関わりについて特筆すべきは、液-液相分離 （Liquid-Liquid Phase Separation: LLPS）との関連である。液-液相分離は狭義にはin vitroで観察される現象を示し、特定の高分子が膜の存在しない集合体を形成する現象を称する。FUSは精製後にタグから切断するとすぐに液滴 (droplet)を形成し、その液-液相分離は変異やリン酸化、RNA濃度など様々な条件で変遷する。またそのことが核膜を通じたFUSの細胞局在変化に関与することなどが明らかにされ、病態におけるストレス顆粒や細胞質封入体、FUS複合体との関連性にも注目を集めており、FUS以外の多くのRNA結合タンパク質についても同様に液-液相分離が病態に関わる可能性が示唆されている<ref name=Chong2016><pubmed>27552079</pubmed></ref><ref name=Monahan2017><pubmed>28790177</pubmed></ref><ref name=Murakami2015><pubmed>26526393</pubmed></ref><ref name=Murray2017><pubmed>28942918</pubmed></ref><ref name=Patel2015><pubmed>26317470</pubmed></ref><ref name=Shiina2019><pubmed>30606735</pubmed></ref><ref name=Yoshizawa2018><pubmed>29677513</pubmed></ref> 。しかしながら、神経変性疾患の封入体を含めて疾患の病理所見にどのように関連するのかについては、直接的な証拠が乏しいためにまだ明らかではない。 | |||
近年、FUSが関連するALS/FTLDがこれまでに報告されてきたFUS陽性のALS/FTLDという範疇にとどまらず、より広い範囲のALS/FTLDに関与することを示唆する報告がなされており<ref name=Ishigaki2020><pubmed>32770214</pubmed></ref><ref name=Ikenaka2020><pubmed>32142134</pubmed></ref><ref name=Tyzack2019><pubmed>31368485</pubmed></ref><ref name=Fujimori2018><pubmed>30127392</pubmed></ref> 、詳細な液-液相分離と疾患の病態との直接的な関連が明らかにされることで、FUSの構造、機能に着目した新たな疾患バイオマーカーや治療法の標的が見いだされることが期待される。 | |||
• 関連語 | |||
筋萎縮性側索硬化症 | |||
前頭側頭葉変性症 | |||
RNA結合タンパク質 | |||
TDP-43 | |||
液-液相分離 | |||
• 参考文献 | |||