最近のトピックス

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最 近 の ト ピ ッ ク ス
身長が130cm，女性で125cm程度にしかならない。外見

致死型軟骨無形成症の組織異常と細胞内シグナリング−小胞体からのアポトーシスシグナルの可能性−
Histological alterations and cellsignaling of thanatophoric dysplasia :Possible involvement of endoplasmic
reticulum-derived signal in apoptosis

的には頭囲が大きく鼻が低いという共通の特徴があり，背骨の彎曲が大きく，お尻が出るというような姿勢になる。その他にも，腰痛・関節痛等の障害，および頚椎や大後頭孔が狭いために起こる水頭症をはじめとする脳神経に関する問題，腰椎の狭窄による歩行困難・排泄障害など，多種の重大な問題が報告されている。この疾患の顎顔面領域に対する影響として，合併症の中耳炎により言語能力が後れる可能性，鼻の周囲や顎が狭いための睡眠時無呼吸症，また，顎骨の発達が悪く，歯並びに影響するという報告がある。軟骨無形成症の病因は長い間不明とされていたが，1994年，線維芽細胞増殖因子受容体

新潟大学 大学院医歯学総合研究科

III型（FGFR3）の遺伝子異常により軟骨成長が抑制さ

加齢・高齢者歯科学分野１れることが Shiangら１）と Rousseau ら２）により，同時

顎顔面解剖学分野２にCellとNatureに報告されている。また，この病気の発

新潟大学 超域研究機構３症は常染色体優性遺伝の様式をとり，原因遺伝子が重複

那須真樹子1,2，網塚 憲生2,3，李敏啓2,3，
野村 修一１，前田 健康2,3

した場合には致死性となり生存率はかなり低いものにな

Niigata University Graduate Schoolる。

of Medical and Dental Sciences, Division of
Oral Anatomy, and Maxillofacial Surgery, and１

３．軟骨無形成症の発症の分子病理メカニズム

Oral Health in aging and fixed Prothodontics.

２Center for Transdisciplinary Research,３Niigata University, Niigata, Japan.

Makiko Nasu1,2，Norio Amizuka2,3，Minqi Li2,3
Shuichi Nomura１，Takeyasu Maeda2,3

FGFR3は細胞内の２つのチロシンキナーゼ領域，疎水性アミノ酸からなる膜貫通領域，細胞外の３つの免疫グロブリン様構造（Ig）から構成される糖タンパクである。健常者の場合，FGFR3は線維芽細胞増殖因子（FGF）を結合させることで二量体となり，レセプター

１．はじめにのチロシンリン酸化ドメインを互いにリン酸化し合うことによりシグナル伝達が起きる。現在までに報告されて先天性骨格病変である軟骨無形成症や骨・軟骨異形成いる24種の FGF との結合特異性は複雑であり，FGF9症などは，原因遺伝子が特定されているにもかかわらず，との特異性が知られている。軟骨無形成症はFGFR3のその遺伝子変異部位により症状はさまざまである。軟骨膜貫通領域のアミノ酸置換（G380R）で発症し，変異型無形成症では，軟骨の低形成ばかりでなくアポトーシスレセプターはリガンドが結合しなくても活性化された状が多数認められること，また，軟骨無形成症を発症させ態（恒常活性）となり軟骨抑制を誘導する（図１）。まる変異遺伝子が小胞体からのシグナル伝達を行うことがた，軟骨無形成症のうちの致死型軟骨無形成症（TD:明らかにされつつある。一方，小胞体ストレスはアポThanatophoric dysplasia）はさらに２つの型に分類す

トーシス誘導シグナルへと変換されるが，軟骨無形成症ることができる。致死型軟骨無形成症Ｉ型（TD typeを誘導する変異型遺伝子がそれを行っている可能性が強

I: Thanatophoric dysplasia typeＩ）は Ig-like domain 2い。ここでは，最近の報告にいくつかの我々の所見を加と３との間の変異（R248C）など数箇所の遺伝子変異が確認されている。一方，致死型軟骨無形成症II型

えながら解説する。

（TD typeII: Thanatophoric dysplasia typeII）はチロシ

２．軟骨無形成症とはンキナーゼ領域の変異（K650E）で生じることが明らかにされている。また同じアミノ酸部位でも変異が軟骨無形成症は，四肢短縮型小人症のうちもっとも頻K650Mとなった場合は，発達遅延と黒色棘細胞症を伴度が高く１万人〜２万５千人に一人といわれている。そう軟骨無形成症（SADDAN: severe achondroplasiaの代表的症状として低身長があげられ，成人男子の平均

with developmental delay and acanthosis nigricans）

−79−

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新潟歯学会誌34（2）：2004

述べたい。細胞内小器官がアポトーシスのセンサーオルガンまたはイニシエーターとして機能することが，近年，明らかにされている６）。一般的にはアポトーシスにおけるミトコンドリアの役割は大きく，細胞内のアポトーシス誘導シグナルが一度，ミトコンドリアに集約されてから，シトクロームＣの流出にはじまりカスパーゼ活性という一連の「ミトコンドリア発アポトーシス実行シグナル」へと変換される。ところが，近年，小胞体はストレス応答やコレステロール代謝調節機構のセンターとなっているばかりでなく，アポトーシスのシグナリングとして機能することが示唆されている。
小胞体には品質管理機構（quality control）が存在する。その根拠のひとつとしてGRP78/BiPをはじめとす
図１：FGFR3における主な変異部位と発症する疾患名を示した図（本文参照）

る分子シャペロンやフォールデイング酵素が多量に存在しており，合成されたタンパクの折りたたみ構造を効率よく行うことが示唆されている。一方，変異タンパクなどは正常なコンフォメーションをとることが出来ず，小を発症する。また，TD type IIの場合のシグナル経路に胞内に異常な折りたたみ構造を有するタンパクとして小ついては，細胞膜のレセプターに結合したJak（Janus

胞体ストレスを生じさせる。そのような状況が起こると，

kinase）およびtransducerとactivatorの両方の機能を兼小胞体には，転写または翻訳レベルで異常タンパクの巻ね備えるstat （signal transducer and activators of

き戻しおよび小胞体へのストレスの軽減化を図るtranscription）のシグナルがp21WAF1/CIP1により軟unfolded protein response（UPR） の機構，および，骨細胞のcell cycleを強力に抑制することが知られてい異常タンパクをユビキチン化しproteasomeで分解する
endoplasmic reticulum-associated degradation

る３）。

（ERAD） の機構が発動するという危機管理がなされて４．TD typeIIを発症する変異型FGFR3タンパクの細胞内局在いる。URP による転写・翻訳レベルでの調節機構については，それぞれ，小胞体膜貫通型タンパク質キナーゼである PERK による eIF2αのリン酸化による翻訳抑最近の報告によると，TD typeIIを発症する変異型

制，II型の膜貫通型転写因子である ATF6によりXBP-1がFGFR3タンパク（以下，TD II-FGFR3）の細胞内輸送

小 胞 体 ス ト レ ス エ レ メ ン ト （ ERSE: endoplasmic

は細胞膜まで輸送されないという。その説明として

reticulum stress response element）に結合する経路，野生型FGFR3では完全なリン酸化が起こるのに対し，あるいはリボヌクレアーゼIRE1が知られている（詳細TD II-FGFR3ではリン酸化が不完全であり，後述するは文献７を参照されたい）。

４，５）

ように98Kd，120Kdの分子量を有する未熟な FGFR3タ

さて，異常タンパクの小胞体への蓄積が起こると小胞ンパクが形成され小胞体の管理機構によって捕らわれて体シャペロンであるGRP78/BiP が増加してくるが，強しまうことに起因するらしい。そこで，我々も軟骨細胞

いストレスの場合には小胞体品質管理の限界を超える。

であるCFK２細胞を用い，これにTD II-FGFR3 cDNA

その場合，上述のURPによってアポトーシスを誘導すを transfection したところ，多くが小胞体の一部に塊状るシグナル経路が示唆されている。特に PERK（PKR-にあるいは球状に蓄積される像を確認することができ，

like endoplasmic reticulum kinase）が eIF2αのリン酸

その場合には TD II-FGFR3タンパクは細胞膜まで局在化が翻訳を抑制する反面，ATF4の発現が亢進し，そのしないことを確認している。

結果，CHOPの発現誘導，酸化ストレスを介してアポトーシスが誘導されることが述べられている８）。一方で，５．小胞体からのシグナル伝達とアポトーシス

IRE1α，1βの細胞質領域にTRAF2が結合することが報告されている９）。TRAF2はTNF受容体に結合しJNK

そうすると，TD II-FGFR3は小胞体にとどまり，その後どのような動態を示すのであろうか？

（c-Jun N-terminal kinase）経路を活性化することが知られており，IRE/TRAF シグナルも同様の経路を介す

それを解説する前に，近年報告されている小胞体からると推測される。また，別の経路として，カスパーゼ12のシグナル伝達，特にアポトーシスとの関連性についてを介してアポトーシスを誘導することが knock outマウ−80−

那須真樹子ほか245スなどの知見から得られている。従来では，TNF またす。Lievens らによると野生型 FGFR3は HEK293細胞はFas経路に存在するカスパーゼ８，ミトコンドリアかの細胞膜まで移行し，その分子量は成熟型FGFR3としてら放出されたシトクロームＣによる活性化されるカス想定される130Kdであるが，TD type IIでは glycosylation

パーゼ９の経路が有名であるが，マウスではカスパーゼを受けていない未成熟な98Kdまたは120Kdの TDII-12が小胞体膜状に局在し，小胞体ストレス刺激によるアFGFR3が小胞体に存在し，シャペロンタンパクであるポトーシスを誘導すると考えられている。そのメカニズ

calrecticulinと結合するという４）。さらには，リガンドムとして，小胞体のIP3Rやryanodine receptor (RyR)をが存在しないにもかかわらず，小胞体に存在する120Kd通ってCaが放出され，活性型カルパインを介してカスのTDII-FGFR3が stat1のリン酸化を誘導していることパーゼ12の活性化が誘導されるのであろう（図２）。

が報告されている。興味深いのは，細胞膜まで移行・局在した野生型FGFR3を発現させた場合にはstat1のリン酸化は生じないという。Legeai-Malletらの報告のTD
type IIがstat1を介したアポトーシス誘導する所見10），また，逆にFGFR3 knock outマウスにおけるアポトーシ
ス の 減 少 1 1 ）， さ ら に は T D が s t a t 1 シ グ ナ ル/p21WAF1/CIP1を介してアポトーシスを誘導する報告
３）は，細胞膜からのシグナルよりも，実は小胞体からの異常なシグナル経路による可能性が高いと考えられる。
こ れ に 似 た 現 象 は ， TD type IIば か り で は な く
SADDAN でも認められる。例えば，マウス FGFR3ア
図２：小胞体からのアポトーシスを誘導するシグナル（本文参照）

ミノ酸の644番目（ヒトでは650番目のアミノ酸に相当）
における変異が，K644EではTD type II，K644MではSADDAN を，さらにはK644Nでは hypochondroplasia（HCH: 軽度の症状を示す）を発症するが，HCH では

６．変異型FGFR3（TD II-FGFR3）の小胞体局
在とアポトーシス

FGFR3タンパクは細胞膜まで輸送されるが，SADDAN
では120Kd の未成熟形 FGFR3タンパクとして小胞体に蓄積されるという。さらに，stat1ばかりでなくstat3, 5

このように小胞体はアポトーシスのセンサーオルガンとして機能するらしい。一方で前述したように，TDもリン酸化を受けるが，HCHではそれらのリン酸化型を検出することは出来なかった。

type IIにおける変異型 FGFR3 は小胞体への蓄積を示

これらの見解に一致して，我々も変異型FGFR3がさ

図 ３：培養軟骨細胞（CFK2）に野生型
FGFR3（A）とTDII-FGFR3 cDNA（B-D）
をtransfectionsしてFGFR３タンパクの局在を見た蛍光顕微鏡像。野生型
FGFR3タンパクはゴルジ体および細胞膜に均一に局在している（A）。しかし，
TD II-FGFR3 cDNAを発現させた場合は，変異型FGFR3タンパクは小胞体の一部に塊状の蓄積像（矢印，B）を示したり，また，多数の小胞状構造物に一致して局在する（C）ことが分かる。また，核濃縮を示しアポトーシスが起こりつつあると考えられる細胞においては変異型FGFR3タンパクの局在は不明
瞭となる（D）。G:ゴルジ体−81−246

新潟歯学会誌

34（2）
：2004

まざまな細胞内局在を示すことを発見した（図３）12）。

Nature. 371 (6494) : 252-254, 1994

その局在パターンには、野生型FGFR3と同様に主にゴ３）Su WC, Kitagawa M, Xue N, et al. Activation of

ルジ体への集積を示しながらも細胞膜まで輸送されるパStat1 by mutant fibroblast growth-factor

ターン（野生型FGFR3の場合を含む），細胞質内の広範

receptor in thanatophoric dysplasia type IIに張り巡らされた小胞体の一部へ蓄積するパターン，さdwarfism. Nature. 386 (6622) :288-292, 1997.

らには，多数の大きな小胞状構造が細胞内に存在するパ４）Lievens PM, Liboi E. The thanatophoric

ターンがある。また，アポトーシスを起こして細胞体・dysplasia type II mutation hampers complete

核の濃縮を示した細胞では，変異型FGFR3の細胞内局

maturation of fibroblast growth factor receptor

在は不明瞭化した。少なくとも，臨床的に重篤な症状を

3 (FGFR3), which activates signal transducer示すTDII-FGFR3では，小胞体内での変異型タンパクのand activator of transcription 1 (STAT1) from

蓄積が認められたが，興味深い点は，小胞体の一部に変the endoplasmic reticulum. J Biol Chem. 278

異型タンパクを蓄積するコンパートメントを形成するこ(19) :17344-17349. 2003.と，また，ラット培養軟骨細胞であるCFK2ではTD II-５）Lievens PM, Mutinelli C, Baynes D, et al. The

FGFR3でアポトーシスの発現を確認することが出来た

kinase activity of fibroblast growth factor

が，Chinese Hamster Ovary（CHO）cellでは，TD II-receptor 3 with activation loop mutations affects

FGFR3遺伝子をtransfectionしてもアポトーシスを起こ

receptor trafficking and signaling. J Biol Chem.

す細胞はほとんど検出できなかった。このことは，

12）

TD type II, SADDANの小胞体由来のシグナルはある程279 (41) :43254-43260, 2004.
６）Ferri KF, Kroemer G. Organelle-specificinitiation of cell death pathways. Nat Cell Biol. 3度cell-specificであることが考えられる。

(11) :E255-263, 2001.

７．おわりに

７）一 條 秀 憲 ら ： 小 胞 体 ス ト レ ス と ア ポ ト ー シ ス

ごく最近までの「細胞膜に存在する変異型FGFR3か細胞工学

21 (4) , 2004

らJak/stat系を介してアポトーシスが誘導される」とい

８）Oyadomari S, Takeda K, Takiguchi M, et al.

うシナリオは，今後は訂正が必要かもしれない。しかし

Nitric oxide-induced apoptosis in pancreaticながら，ここで問題なのは，変異型FGFR3の小胞体蓄

beta cells is mediated by the endoplasmic

積はstat1を介するとされており，前述のIRE/TRAFシreticulum stress pathway. Proc Natl Acad Sci U

グナル，カスパーゼ12，PERK/eIF2α/ATF4/CHOPを

S A. 98 (19) :10845-10850, 2001.

介したものであるか否かについてはまったく解明されて

９）Urano F, Wang X, Bertolotti A, et al. Coupling

いない。特に小胞体内に蓄積された変異型FGFR3がどof stress in the ER to activation of JNK proteinのようにstat1の核移行を可能にするかは不明である。

kinases by transmembrane protein kinase IRE1.

さらに，小胞体由来のstat1シグナルアポトーシスを誘Science. 287 (5453) :664-666, 2000.

導するとしたら，Jak/stat系が免疫系細胞であるリンパ10）Legeai-Mallet L, Benoist-Lasselin C, Delezoide

球やマクロファージで発見された経緯を考えると，TDAL, et al. Fibroblast growth factor receptor 3type IIあるいはSADDANでは骨髄細胞や破骨細胞とmutations promote apoptosis but do not alter

いった血球系細胞にもアポトーシスの可能性も出てこchondrocyte proliferation in thanatophoric

よう・・・・・我々が解明すべきことも膨大に蓄積されdysplasia. J Biol Chem. 273 (21) :13007-13014, 1998.
11）Amizuka, N., Davidson, D., Liu, H., et al.ているようである。

Signalling by fibroblast growth factor receptor 3参考文献and parathyroid hormone-related peptide
coordinate cartilage and bone development.

１）Shiang R, Thompson LM, Zhu YZ, et al.
Mutations in the transmembrane domain ofBone, 34 : 13-25, 2004.
12）那須真樹子，網塚憲生，李敏啓ら：致死型軟骨FGFR3 cause the most common genetic form of

無形性症II型における軟骨細胞のアポトーシス．

dwarfism, achondroplasia. Cell 78 (2) :335-342,

第46回歯科基礎医学会学術大会・総会，広島，

1994

2004. 9. 23-25, 歯科基礎医学会雑誌，46 (5) : 406,

２）Rousseau F, Bonaventure J, Legeai-Mallet L, etal. Mutations in the gene encoding fibroblast
growth factor receptor-3 in achondroplasia.
−82−

2004.