要 旨
脳虚血後には種々の分子シグナリングの経路が活性化されるが，虚血の程度が強い場合には，アポトーシス 関連経路が活性化されることになる．アポトーシス関連経路においては p53 が重要な役割を果たし，転写依存 的に多数のアポトーシス関連分子を活性化し，その結果として Bcl-2 ファミリーメンバーの相互作用を介して ミトコンドリア膜間腔に存在する cytochrome c や apoptosis-inducing factor などが放出される．その後に caspase-9，caspase-3 の活性化が続きアポトーシスを誘導するが，この「放出」のステップが不可逆的であるため に，ここが細胞死を決定づける段階であると考えられている．本稿では，このステップを制御すると考えられ る p53 依存性の分子と Bcl-2 ファミリーのタンパクとの相互作用の中から，我々のグループが研究を重ねた Bax, PUMA, PIDDを中心に概説する．
（脳循環代謝 25：117∼121，2014）
キーワード : アポトーシス，脳虚血，神経細胞死，p53
1．はじめに
p53 はアポトーシスの誘導により細胞死を制御する 「master regulator」である1）．p53 は，Bax（Bcl-2-assosicated
X protein）2），Bid（BH3 interacting domain death agonist）3, 4），
Noxa（NADPH oxidase activator 1）5），p53AIP1（p53
acetate-induced protein 1）6），PUMA（p53-upregulated
modulator of apoptosis）7, 8）などのアポトーシス関連遺伝
子を encode しており，これらは直接ミトコンドリア に作用してアポトーシスを誘導する．また，p53 は PIDD（p53-induced protein with a death domain）も encode しており，これは caspase-2 の活性化を通してアポ トーシスを制御する9~12）．また，p53 は転写非依存的に 直接アポトーシスを制御するということも報告され注 目されている13）． 中枢神経系においても，脳虚血や神経変性疾患にお いて p53 が神経細胞死を制御することが示されてい る14~18）．また，SOD1（copper/zinc-superoxide dismutase） を overexpression させることにより PUMA が抑制され ることも示され19），酸化ストレスと p53 シグナリング の関連性も示された．このように，虚血に起因するミ トコンドリアでの活性酸素種過生成，それに引き続く p53関連分子を含む分子シグナルの活性化，そしてシ グナルがミトコンドリアに戻りミトコンドリアに作用 してアポトーシスが誘導される一連のメカニズムが 徐々に明らかになってきた．本稿では，脳虚血後の p53関連の神経細胞死の分子シグナルから，我々のグ ループが研究した，Bax，PUMA，PIDD に着目して概 説する．
2．Bax
Bax は Bcl-2 と相同性を有する蛋白であり，細胞質 に存在する．アポトーシスの刺激後に転写依存的に活 性 化 さ れ， ミ ト コ ン ド リ ア に translocate し， cytochrome cの放出を引き起こす20, 21）． 神経細胞死においては，全脳虚血後に Bax の mRNA が増加することが示され22），また，蛋白レベルでも全 脳虚血23），局所脳虚血後24）に Bax が増加することが示 された．局所脳虚血後に p53 依存的に Bax の転写が活脳虚血後の神経細胞死における p53 依存的経路の役割
新妻 邦泰，冨永 悌二
東北大学大学院医学系研究科神経外科学分野 〒 980-8574 宮城県仙台市青葉区星陵町 1-1 TEL: 022-717-7230 FAX: 022-717-7233 E-mail: [email protected]性化し，さらに JNK（c-Jun N-terminal kinase）により Baxのミトコンドリアへの translocation が制御され る25）．Bax は Bid，Bim，PUMA と 相 互 作 用 し， cytochrome cの放出を介して神経のアポトーシスを制 御する19, 25, 26）． 図 1 に示すように，アポトーシスの刺激に応じて Baxは転写依存的に増加し，かつミトコンドリアに translocateする．ミトコンドリアにおいて Bax は他の Bcl-2ファミリーと相互作用し，cytochrome c 放出から 神経細胞死を引き起こす．
3．PUMA
PUMA はアポトーシスを強く誘導する分子である． In vitroでは，PUMA の発現により速やかにアポトー シスが誘導され8），相補的なオリゴヌクレオチドで抑 制することにより，アポトーシスが抑制される7）こと が示されている．PUMA によるアポトーシスの誘導は ミトコンドリア依存性である7）．PUMA は他の Bcl-2 ファミリーと BH3 ドメインを介して相互作用するこ とが知られ27），Bax28, 29）, Bcl-2や Bcl-XL7, 8）と結合し， cytochrome cを放出しアポトーシスを誘導する． 神経細胞死においては，in vitro では初代培養の神経 細胞において，PUMA の過剰発現がアポトーシスを誘 導し30），PUMA をホモ接合型欠損させることにより神 経細胞が araC 誘導性のアポトーシスに抵抗性を示す ことが報告された31）．酸化ストレス誘導性のアポトー シスも PUMA が関連することが示された29）．さらに我々は，in vivo でも，PUMA により全脳虚血後の神経
細胞死が制御されることを報告した（図 2）19）． 図 1 に示すように，PUMA はアポトーシス刺激に応 じて p53 により転写依存的に誘導され，他の Bcl-2 ファミリーと相互作用することにより cytochrome c を 放出しアポトーシスを誘導する． 図 1．脳虚血後の p53 関連シグナリングと神経細胞死の関連 脳虚血後にミトコンドリアで活性酸素種が生成され，p53 が転写依存的に Bax，Noxa，p53AIP1， PUMA，Bid などのアポトーシス関連分子を生成し，これらはミトコンドリア上で相互作用す る．p53 は PIDD 生成にも関与し，PIDD は 2 回切断されて PIDD-CC に変化し，caspase-2 を活性 化し，Bid の活性化を誘導する．p53 は転写非依存的にミトコンドリアに移動し，相互作用する ことも知られている．BH3-only タンパクや p53 はミトコンドリア上で Bcl-2 ファミリーメンバー の相互作用を引き起こし，Bax の重合化を介して cytochrome c を放出し，神経細胞死が誘導され る．（文献 37 より引用）
4．PIDD
PIDD もまた，p53 の標的遺伝子として同定され た32）．PIDD は細胞内で分解され N 末端と C 末端のフ ラグメントに分かれ，C 末端のフラグメントである PIDD-Cがさらに分解され PIDD-CC に変化する12, 33）． この PIDD-CC が PIDDosome と呼ばれる複合体を介し て caspase-2 を 活 性 化 す る12）．Apoptosome の 中 で caspase-9が活性化するのと同様の構造で，PIDDosome の中で caspase-2 が活性化され，ストレス依存性のア ポトーシスを制御する12, 34）． 神経細胞死においては，全脳虚血後に PIDD-CC が 増加し，caspase-2 の活性化とそれによる Bid の切断が 生じることを我々のグループは示した（図 3）35）．活性化した Bid は Bax と相互作用し，cytochrome c 放出を 誘導する35, 36）．siRNA を用いて PIDD を抑制すること により，全脳虚血後の caspase-2 の活性化および神経 細胞死が抑制することも示された35）． 図 1 に示すように，PIDD は p53 により転写依存的 に誘導され，自己分解により 2 回切断されて PIDD-CC に変化する．PIDD-CC は PODDosome と呼ばれる複合 体を形成することにより caspase-2 を活性化し，Bid の 活性化，Bax との相互作用を介して cytochrome c 放出 からアポトーシスを誘導する．
5．おわりに
脳虚血後の神経細胞死のメカニズムに関しては，い まだ不明な点は多いが，p53 依存性のシグナリングは 重要な役割を果たす．その中から，過去に我々のグ ループが研究してきたものを中心に概説した．虚血の insultからアポトーシスによる神経細胞死が生じるま でにはタイムラグがあり，本稿で示したような経路は 分子治療の潜在的な標的になると考えられ，今後のさ らなる研究が望まれる． 図 2．全脳虚血後の PUMA の役割 （A）ウェスタンブロット法では全脳虚血後 4 時間をピークとして海馬 CA1 領域のミトコンドリア での PUMA の発現上昇を認める．細胞質では 24 時間をピークとして cleaved caspase-9 の増加と cytochrome cの放出を認める．COX IV, cytochrome oxidase subunit IV; c, control.（B）共免疫沈降法．IPは免疫沈降に用いた抗体，IB はウェスタンブロット法に用いた抗体を表す．全脳虚血後 4 時
間以降で Bcl-XLと PUMA の結合が増加し，24 時間以降で Bax と PUMA の結合が増加してい る．（文献 19 より一部改変）
図 3．全脳虚血後の PIDD の役割
ウェスタンブロット法では，全脳虚血後 4∼8 時間に海馬 CA1領域で PIDD-CC の増加を認める．それに応じて Pro-caspase-2は減少し，caspase-2 は 8∼24 時間をピークとし て発現の上昇を認める．PIDD-FL, full-length PIDD; RAIDD, receptor-interacting protein-associated ICH-1/CED-3 homolo-gous protein with a death domain. （文献 35 より一部改変）
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