細胞内シグナル PTEN/PI3 キナーゼ経路による白髪化やメラノーマの制御
九州大学生体防御医学研究所 / 秋田大学医学部

鈴 木聡

PTEN is a tumor suppressor gene inactivated in numerous sporadic cancers, including melanomas. To analyze Ptenfunctions in melanocytes, we used the Cre-loxP system to delete Pten specifically in murine pigment-producing cells andflox/flox
flox/flox
generated DctCrePten
mice. Half of DctCrePten
mice died shortly after birth with enlargements of the cerebral
flox/flox
cortex and hippocampus. Melanocytes were increased in the dermis of perinatal DctCrePten
mice. When the mutants
were subjected to repeated depilations, melanocyte stem cells in the bulge of the hair follicle resisted exhaustion andflox/flox
the mice were protected against hair graying. Although spontaneous melanomas did not form in DctCrePten
mice,flox/flox
melanomas developed after carcinogen exposure. DctCrePten
melanocytes were increased in size and exhibited
Kip1
heightened activation of Akt and Erks, increased expression of Bcl-2, and decreased expression of p27 . Our results showthat Pten is important for the maintenance of melanocyte stem cells and the suppression of melanomagenesis.

１．緒と、また化学発がんによるメラノーマ形成を加速すること

言５）を見出した 。

白髪化は老化現象の１つであり、コスメトロジーの分

２．実野においては、大きな関心事の１つであることは疑いな験

子機序の多くはいまだ不明で、Bcl-2、Mitf、Pax3、Notch、

2 ｰ 1 メラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスの作製とメラノサイトの培養：

c-Kit、Rab27A が欠損したマウスが白髪になることから、我々の作製した PTENflox マウスと DCT-Cre Tg マウ

メラノサイト幹細胞の細胞死やメラノサイト分化、メラニスとを交配し、メラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスをン色素の産生・輸送機構が白髪形成に関与する可能性があ作製した。メラノサイト培養細胞はディスパーゼによってると考えられている。

採取した皮膚上皮細胞をタイプ I コラーゲン上で、0.5mMい。白髪形成は遺伝的要素が強いとされるものの、その分PI3 キナーゼ（PI3K）は、EGF、FGF、SCF をはじめとする種々の成長因子やサイトカインによって活性化されDB-cAMP や 10nM endothelin-1 を 含 有 す る melanocytedefined medium（MDM）を用いて 14 日間培養した。

る。活性化された PI3K は、ホスホイノシチド - 4,5 - 二燐酸（PIP2）をホスホイノシチド -3,4,5- 三燐酸（PIP3）に変換し、さらに PIP3 は主に下流の PKB/Akt を活性化す

2 ｰ 2 マウスの頻回脱毛とメラノサイト幹細胞の可視化：ることによって、アポトーシス抵抗性・細胞増殖亢進・細毛髪周期が第二休止期にあるマウスを麻酔して背中の毛胞遊走亢進に働く。PTEN は、PIP3 を主な基質とするホを刈り、さらにその後テープを用いて脱毛した。その後約スファターゼで、PI3K 経路を負に制御する。

４週後に背中の毛が休止期に入っていることを確かめ、さ

我々は、PTEN 欠損マウスが胎生早期に致死であることを示し、次に PTEN の組織特異的な欠損マウス（PTENfloxマウス）を作成することによって、種々の臓器における１），２）

PTEN/PI3K 経路の機能を解析してきた本研究で我々は PTENflox マウス
スジェニックマウス

４）３）らに脱毛を５回繰り返した。マウスの皮膚は最後の脱毛後８日目で観察した。
メラノサイト幹細胞の可視化には、c-kit 抗体をマウス
６）の腹腔に投与後 、Dct 抗体で染色する方法を用いた。

。と DCT-Cre トランとを交配することにより、メラノ2－3

発がん剤投与によるメラノーマの発症：

サイト特異的 PTEN 欠損マウスを作成し、このマウスが3 週 齢 の マ ウ ス の 背 中 の 毛 を 剃 り、0.5 ㎎ のメラノサイト幹細胞の枯渇抵抗性から白髪抵抗性に働くこ

7,12-dimethylbenz[a]anthrcene（DMBA）塗 布 ２ 週 後、 ５Pten/PI3-kinase pathway in melanocytes
governs hair graying and melanomagenesisµg phorbol-12-myristate 13-acetate（TPA）を週２回、合計24 週間塗布した。

３．結Akira Suzuki
Medica l I nst itute of Bioreg ulat ion ,Kyushu University / Akita University
School of Medicine

3ｰ1

果メラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスの作製：

我々は PTEN

flox/+

マウスと Dct-Cre Tg マウスを用いてメラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスを作製した。この− 91 −

コスメトロジー研究報告 Vol.17, 2009

マウスでは約 70％のメラノサイトで PTEN が欠損していウスでは頻回脱毛とともに、白髪になるのに対し、PTENた。しかしながら、Dct は胎生期においてメラノサイトの欠損マウスでは頻回脱毛後の白髪形成に抵抗性であったみならず終脳などの神経組織にも発現するために、50％の（図１）。

マウスは脳細胞の膨化による巨脳を呈し、生後２か月以内に死亡した。また生後２か月を超えた残りのマウスも種々の神経症状を呈し、短命であった。

3 ｰ 3 PTEN 欠損による頻回脱毛による皮膚メラノサ
イト幹細胞の枯渇抵抗性：メラノサイト幹細胞が維持されないと白髪となることが７）

3 ｰ 2 PTEN 欠損による周産期皮膚真皮メラノサイト数の増加と白髪抵抗性：分化したメラノサイトやメラノブラストは個体から消失し、メラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスでは、周産期にメラノサイト幹細胞だけとなって DCT 抗体で可視化できるおける真皮メラノサイトの数が野生型マウスに比し約２倍６）。また PTEN はこれまでに前立腺細胞、神経細胞、肺増えていたが、毛髪色・皮膚色素量・網膜上皮や虹彩の色

胞細気管支細胞、始原生殖細胞などにおいて幹細胞数を制素量には変化がなく、成体における真皮メラノサイト数に御することが報告されている 。そこで我々は c-kit 抗体も変化がみられなかった。

を投与して可視化したメラノサイト幹細胞が、頻回脱毛にヒトにおいては約 10 回の毛髪周期のあと（約 40 歳相当）、白髪が生じることが知られている。しかしながら一般にマ知られている 。また c-kit 抗体（ACK2）を投与すると8）

よってどのように変化するかを、野生型マウスと PTEN欠損マウスで検討した。

ウスはヒトと異なり毛髪周期が終了後も毛髪が毛嚢に残りまずメラノサイト幹細胞数は野生型マウスと PTEN 欠続けることから、マウスの毛嚢には常時複数の毛髪が存在損マウスで有意な差は認めない。しかしながら野生型マウして白髪が明瞭とはならず、これがマウスを用いた白髪研

スでは頻回脱毛によって皮膚メラノサイト幹細胞数が枯渇究を困難にしてきた。

してくるのに対して、PTEN 欠損マウスでは頻回に脱毛

我々はメラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスを用いて、しても、いつまでもメラノサイト幹細胞数が保たれること

頻回脱毛による毛髪色変化を検討したところ、野生型マを見出した（図２）。

図１ メラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスにみられた白髪抵抗性

図２ PTEN 欠損マウスにみられる、頻回脱毛によるメラノサ
イト幹細胞の枯渇抵抗性− 92 −

細胞内シグナル PTEN/PI3 キナーゼ経路による白髪化やメラノーマの制御

3ｰ4

PTEN 欠損による発がん剤感受性の亢進：

多くの組織において、PTEN 欠損によってがんが自然発症することから、このマウスを経過観察して自然発症メラノーマがみられるかどうかを検討したが、発症は認められなかった。そこで DMBA+TPA による化学発がんを検討することにした。メラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスでは発がん剤投与後、野生型マウスと同様の頻度でケラチノサイト由来の乳頭腫が認められ、その頻度に差はなかった。しかしながら PTEN 欠損マウスでは発がん剤投与後 15 週間の観察期間中約 26％に Spindle cell melanomaが認められたのに対し、野生型では２％にメラノーマを認めるのみであった（図３）。

図３ PTEN 欠損マウスにみられる、発がん剤投与によるメラノーマ発症の加速

3ｰ5

PTEN 欠損による細胞学的・生化学的変化：

ら PTEN 欠損マウスにメラノーマが発症するには DMBA

我々は次にこれらマウスの皮膚から作製した培養メラノによる Ras 変異によってさらに ERK を活性化する必要がサイトを用いて PTEN 欠損によっておこる細胞学的・生あるのであろう。実際 PTEN 欠損マウスにおこった化学化学的変化を検討した。PTEN 欠損培養メラノサイトは発がんメラノーマではさらなる ERK の活性化を認めるが、細胞の個々のサイズが、野生型に比し、有意に増加していた。

Akt の活性化は化学発がんが見られない PTEN 欠損マウ

また、これまでメラノサイトの分化やメラニン合成に重スと同様であった。

要であることが報告されている９分子の発現を比較検討し我々の研究はメラノサイトにおける PTEN の機能をはたところ、PTEN 欠損メラノサイトでは Bcl-2 の発現が著じめて解析したものである。また、これまで白髪になる遺しく高値であった。

伝子改変動物は数多く存在するが、メラノサイト特異的

さらにこの他にも PTEN 欠損メラノサイトでは Akt やERK の活性亢進、p27 の発現低下が認められた。さらにPTEN 欠損マウスに DMBA+TPA を投与して引き起こさPTEN 欠損マウスは、はじめての白髪抵抗性モデルマウ
スであると思われる。
ヒトにおいて白髪は最も容易にわかる加齢現象であり、れたメラノーマにおいては、ERK の活性化がさらに増加

メラノーマもまた加齢に伴う紫外線や化学物質への暴露にしていたが、Akt の活性化は癌化していない PTEN 欠損よっておこる腫瘍である。本研究は、PTEN やその下流メラノサイトと同様であった。

分子は白髪や腫瘍を研究するコスメトロジーやオンコロジ４．考ー研究者にとって魅力的な分子標的であることを示した。

察

またメラノサイト特異的 PTEN 欠損マウスはヒトの白髪

PTEN 欠損マウスでは、PTEN の下流の Akt や Erk の活性化、またその下流の p27 の発現低下、Bcl-2 の発現亢やメラノーマへの新規治療を考えるにあたって優れた動物モデルとなろう。

進をひきおこすことによってメラノサイト幹細胞は枯渇抵抗性となり、白髪抵抗性になったものと考えられる。実（引用文献）

際これらの分子の内 Bcl-2 の欠損マウスはメラノサイト幹１）Suzuki A, Nakano T, Mak TW ほか：Portrait of PTEN

細胞が維持されず、マウスは第二毛髪周期から白髪を呈し、:Messages from Mutant Mice. Cancer Science, 9, 209-７）

PTEN 欠損マウスとちょうど反対の発現形を示している 。

213, 2008

PTEN 欠損マウスでは自然発症メラノーマは認められ

２）Knobbe CB, Lapin V, Suzuki A ほか：The role of PTEN

なかったが、発がん物質に対して感受性が亢進していた。

in development, physiology and tumorigenesis in

これまでにメラノーマ形成に関わるシグナル経路としては

mouse models: a tissue-by-tissue survey. Oncogene, 27,

Ras-ERK 経路、p16-Rb 経路、p19-p53 経路、PI3K-Akt 経

5398-5415, 2008

路などがある。しかしながらこれらのどの経路も１つの

３） Suzuki A, Yamaguchi MT, Ohteki T ほか：T Cell-Specific

シグナル経路ではメラノーマ形成はおきず、２つあるいLoss of Pten Leads to Defects in Central and Peripheral

は３つの経路の変異によってはじめてメラノーマ形成がTolerance. Immunity, 14, 523-534, 2001

おきると考えられている。PTEN 欠損マウスでは Akt と４）Guyonneau L, Rossier A, Richard C ほか： Expression

ERK の活性化が認められ、これら２つの経路は皮膚発がof Cre recombinase in pigment cells. Pigment Cellんにおいて相乗的に働くことが示されている。しかしながResearch, 15, 305-309, 2002

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コスメトロジー研究報告 Vol.17, 2009５）Inoue-Narita T, Hamada K, Sasaki T ほか：Pten deficiency

７）Nishimura EK, Granter SR, Fisher DE ほか：Mechanisms

in melanocytes results in resistance to hair graying andof hair graying: incomplete melanocyte stem cellsusceptibility to carcinogen-induced melanomagenesis.

maintenance in the niche. Science 307, 720-724, 2005
８）Yanagi S, Kishimoto H, Kawahara K ほか：Pten controls

Cancer Research 68, 5760-5768, 2008６）Botchkareva NV, Khlgatian M, Longley BJ ほか：SCF/

lung morphogenesis, bronchioalveolar stem cells, andc-kit signaling is required for cyclic regeneration of theonset of lung adenocarcinomas. Journal of Clinicalhair pigmentation unit. Faseb Journal, 15, 645-658, 2001

Investigation, 117, 2929, 2007

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