REVIEW

核内性ステロイドホルモン受容体による転写制御の分子機構
加藤 茂明，藤山（中村） 沙理
東京大学分子細胞生物学研究所

はじめに

２．核内受容体領域構造と機能性ステロイドホルモンをはじめとした低分子量脂溶性

核内受容体群は，その高い相同性からいずれも A〜E

生理活性物質群をリガンドとする核内受容体群は，リガまでの機能領域に分断することができる（図３）．またンド依存性 DNA 結合性転写制御因子として機能し，染ステロイド受容体群はホモ２量体として，ビタミン・甲色体の構造・機能を調節することで標的遺伝子群の発現状腺ホルモン受容体群はヘテロ２量体として 特 異 的を正負に転写レベルで制御する．その結果発現制御されDNA 配列に結合する．一方，オーファン受容体の多くる遺伝子産物が，これらリガンドの生理作用を担う［１，は，１量体として DNA に結合する（図２）．機能領域２］（図１）．本稿では，この転写制御機構のなかでも，のなかで最も高度に保存されているのが，受容体分子中染色体上での転写制御反応に必須な環境を整えるエピ央の C 領域であり，特異的 DNA 配列認識結合に必須なジェネティックな制御の分子機構とその制御因子群につZn フィンガー構造の２つを有している．リガンド結合

いて，概観したい．

領域は，E 領域に存在し，疎水性に富む配列に囲まれたリガンド結合ポケットを有する．核内受容体のリガンド

１．脂溶性リガンドと核内受容体依存的な転写促進領域は，２ヵ所存在する．１つは，受容体 C 末端 E 領域に存在し，その機能（activation func-

体内および食品に存在する分子量４００前後の脂溶性生

tion ２；AF―２）は完全リガンド結合依存的である．一方

理活性物質のなかには，核内受容体リガンドとして作用

N 末端 A/B 領域に存在する転写促進領域（AF―１）は，するものが，数多く知られている．内分泌ホルモンとし恒常的な転写促進能を有する．リガンド未結合状態では，て古くから知られているステロイド／甲状腺ホルモン

AF―２により，AF―１機能は抑制されている．リガンド結や，ビタミン A（レチノイド），ビタミン D に加え，最合は，AF―２の機能誘導のみならず AF―１機能をも促進す

近ではエイコサノイド，さらにコレステロール代謝物，

る．AF―１，AF―２活性は細胞種によって異なり，また胆汁酸等がリガンドとして作用することが示されている同じ細胞であっても細胞の状態によっても活性が変わる（図２）．核内受容体群は，１つの原初遺伝子から分子進ことが知られている（図３）．これら AF 領域は，転写化した遺伝子スーパーファミリーを形成しており，その共役因子群と直接相互作用することで転写を制御する．

メンバーはヒトゲノム解読の結果，４８種にものぼると推一方オーファン受容体群のなかには，恒常的に転写促進定されている［３］（図２参照）．これらのファミリーは，因子として機能するものの他，常に転写抑制に働くもの

線虫にも存在するが［４］，植物には存在しないことがも知られている．

わかっている．依然としてリガンド未知のオーファン受
容体の他，ステロイド受容体と異なり，複数の内因性リ

３．リガンド誘導性転写制御因子としての核内受容体

ガンドを有する RXR とのヘテロ２量体型非ステロイド．
受容体群も存在する［５―８］リガンド依存性の核内受容体群はいわゆるクラスÀ（mRNA をコードする）遺伝子群の発現を制御するエンハンサー・サイレンサー結合性転写制御因子である．しかしながら，その転写調節能にはリガンド結合を必須と連絡先：加藤 茂明，東京大学分子細胞生物学研究所・核内情報研究分野〒１１３―００３２ 東京都文京区弥生１―１―１TEL ：０３―５８４１―７８９０
FAX：０３―５８４１―８４７７E-mail：uskato@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

する点で他の転写制御因子とは大きく異なる［４］．このリガンド依存的な転写制御では，リガンド依存的に転写共役因子群の解離あるいは，会合がおきる．このようなリガンド依存的な相互作用を介し，転写促進のみなら

日本生殖内分泌学会雑誌（2010）15 : 5-115加藤茂明

他リガンド複合体

ヒストンアセチル化

図１

染色体構造調節因子複合体

クロマチン再構築

核内受容体による情報伝達機構（概念図）
脂溶性ビタミン A，D およびステロイドホルモン類は，核内受容体のリガンドとして作用する．リガンドが結合した核内受容体は，その転写制御能が活性化されているため，DNA に結合すると通常下流の標的遺伝子群の発現を正と負に制御する．この遺伝子発現調節には染色体の構造調節やヒストンタンパク質の修飾を伴う．こうして発現制御された遺伝子群の産物（タンパク質）が生理作用を発揮する．

α, ββα, β, γα, βαα, β/δ, γα, βα, βα,β,γα,β,γα,βα,β,γα,γ図２

核内受容体スーパーファミリーの分類とリガンド
核内受容体群は，DNA への結合様式から４群に大別される．ステロイドホルモン受容体群
は，ホモ２量体として，非ステロイドホルモン受容体群は，RXR とヘテロ２量体として結合する．リガンド未知のオーファン受容体群は，２量体もしくは１量体として DNA に結合する．

ず転写抑制を行うことも知られている．核内受容体転写（p１６０）ファミリーを含むヒストンアセチル化酵素（his-共役因子の多くは，単独ではなく，複合体として機能す

tone acetyl transferase ; HAT）である．また，その逆のることがわかっている［４，９］（図１参照）．これら共役機能をもつヒストン脱アセチル化酵素（histone deacety

因子複合体群の機能は，大きく分類して２つに大別されlase ; HDAC）として NCoR, SMRT を含む転写共役抑制る．１つが，ATP 依存性染色体構造調節因子である．

化因子（コリプレッサー）複合体が，最初に同定されて他の転写制御因子に対しても同様に，ヌクレオソーム環いる．コアクチベーターとコリプレッサーは，リガンド境を整える作用が考えられているが，転写反応にはむし依存的に入れ替わるように核内受容体と相互作用するころ間接的に機能すると考えられている．２つ目が，ヒスとで，染色体上の転写制御での一連のプロセスに関与すトン修飾酵素群である．核内受容体に作用し，転写共役ると考えられている（図１）．

活性化因子（コアクチベーター）複合体と作用することが最初に証明されたものが，CBP/p３００や SRC―１／TIF２6

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核内性ステロイドホルモン受容体による転写制御の分子機構

A

B

細胞種特異的 AF-1/AF-2 活性COS-1 細胞AF-1 ＞ AF-2

HeLa 細胞AF-1 ＜ AF-2

図３核内受容体のドメイン構造
A；ヒト女性ホルモン受容体 ERα，βのドメイン構造の模式図．核内受容体は，遺伝子スーパーファミリーを形成しているので，各領域構造に分断される．受容体分子 N 末端より A から F までの領域構造に分けられる．特に転写因子としての機能を担う AB および EF 領域は，おのおの AF‐１と AF―２とよばれ，転写共役因子複合体群との接触部位と考えられている．
B；細胞種特異的な AF 活性の例図４

ヒストンタンパク質の種類と構造
A；ヌクレオソームの基本構造は，ヒストン H２A，H２B，H３，H４が２分子ずつ会合した８量体（コアヒストン）にゲ
ノム DNA が１．
７５回転巻き，ヌクレオソーム構造を形成する．
B；各種ヒストンは，おのおのアイソフォームを有する．ドメイン構造を模式的に示した．各種ヒストンはヒストンフォールドドメイン（HFD）と N 末端，C 末端のテール領域を有する．ヒストンタンパク質の翻訳後修飾は主に N 末端テール領域にて観察される．

４．染色体の構造調節と転写制御ストン８量体アイソフォームが組み入れられると考えられる．このようなヒストン８量体の可逆的な入れかわり細胞核のマクロ的な観察から，染色体が大きく構造変を，トランスファーと呼ばれている［１２］．また，染色化を起こすこと，またそれに伴いダイナミックな遺伝子体 DNA が巻き付いているヒストン８量体自身の染色体発現パターンが変わることは多くの研究から明らかにさ上での位置は，いわゆるスライディングと呼ばれる反応れてきた．染色体の最小単位はヌクレオソームであり，により，ダイナミックに動くことが明らかになっている．

ヒストン８量体が重要な構成タンパク質である（図４）．

このようにヌクレオソーム構造は，固定された静的なもヒストン８量体は４種類のヒストン H２A，H２B，H３，のでなく，刻々と再配備され，主にヒストン８量体のトH４により構成される．長い間，このヒストン８量体はランスファーとスライディング反応によって染色体構造普遍的なヌクレオソーム構成因子でありその構成成分のが調節されると考えられている（図５）［１３］．このよう組み合わせも不変と考えられてきた．しかしながら，最な染色体構造調節は，実際の転写反応を遺伝子プロモー

近 DNA 修復や DNA 複製の際に特徴的なヒストンタンター上で効率よく進めるための環境を整えるのに必須のパク質のアイソフォームが，染色体上の特定部位に集積プロセスと考えられる．

することが明らかになりつつある［１０，１１］．このようにヒストン８量体は，染色体から抜き取られ，新たなヒREVIEW7加藤茂明

他

図５

染色体構造調節機構の例
活性化クロマチンと不活性化クロマチンは，主に１）ヌクレオソームのスライディング，２）ヒストン八量体のトランスファーなどによって構造変換される．

図６

コアヒストンタンパク質の各種翻訳後修飾

５．ヒストンコード仮説

組織特異的な遺伝子発現制御機構を理解することはできない．そのためヒストンコードはこの複雑な制御機構をヒストン８量体とそれに巻き付く DNA との結晶構造説明しうる第２の遺伝暗号と考えられている．

解析の結果から，ヒストンタンパク質 N 末端は，巻き付いている DNA の外側に突き出していることが，今か

６．ヒストンタンパク質修飾

らおよそ１０年前に解き明かされた．そして，この飛び出しているヒストンタンパク質 N 末端 （ヒストンテイル）

当初ヒストンタンパク質のアセチル化が染色体上でのは，アセチル化，メチル化，ユビキチン化，リン酸化等，転写反応の活性化に必須な修飾と考えられ，またヒスト種々のタンパク質翻訳後修飾を受けることが証明されつ

ンタンパク質の脱アセチル化が転写反応の不活性化を導つある［１４，１５］（図６）．以前より染色体 DNA の化学く修飾と考えられた．このように，ヒストンのアセチル修飾については DNA のメチル化が広く知られ，またメ化／脱アセチル化の可逆的反応は，染色体活性化／不活チル化された DNA 領域は染色体が不活性化されている性化の最上流と思われたが，現在ではヒストン H３N 末ことは確立された概念である［１６，１７］．この DNA メ端のリジン残基のメチル化がきわめて重要であることがチル化反応は，エピジェネティクスそのものと長い間考分かり，メチル化／脱メチル化がより上流に位置し，アえられてきた．しかしながら，ヒストンタンパク質の翻セチル化／脱アセチル化はむしろ染色体活性度のマー訳後修飾の発見から，現在ではエピジェネティクスは，カーと考えられるようになってきている（図７）．メチ

広い意味でヒストンタンパク質の修飾を包含するようにル化の例として，ヒストン H３の４，３６番目のメチル化修なってきている．そして，このヒストンタンパク質修飾

飾は，染色体を活性化する方向に導き，９，２７番目のメチの組み合わせは一種の遺伝暗号と考えられ，現在ヒスル化修飾は染色体を不活性化することが明らかになって仮説としてその実証が進みつつある

きている［１１，２０］．さらに，このようなメチル化修飾［１８，１９］．DNA 配列情報のみでは，高等動物の時期・は，１残基のメチルだけでなく，最大３つのメチル基がトンコード8

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図７

ヒストンタンパク修飾とクロマチン構造変換（模式図）
A；クロマチン不活性化修飾 １）HMTase Suv３
９H１, Suv３
９H２等によってヒストン H３K９がメチル化される．２）メチル化 H３K９特異的にヘテロクロマチンタンパク質（HP１）が結合する．HP１と結合した Suv３
９H によって H３K９メチル化が拡散する．３）不活性化クロマチン構造が形成される．
B；クロマチン活性化の修飾１）ヒストンメチル化酵素（HMTase）SET１，MLL 等によってヒストン H３K４特異的にメチル化される．２）メチル化 H３K４特異的に CHD１タンパク質が結合する．さらに CHD１を介してヒストンアセチル化酵素（HAT）複合体がリクルートされる．３）アセチル化ヒストンが増加し，活性化クロマチン構造へと誘導される．

図８

染色体構造調節因子複合体群の分類導入されることがわかっている［２１］．一方，脱メチルとした生物反応は，刻々とヒストンコードを変えていく

化反応については，長い間脱メチル化酵素の存在が証明ことで，効率の良い環境を提供しているように思われる．

されておらず，むしろヒストン脱メチル化反応の観察が先であった．２００
４年に脱メチル化酵素の存在が明らかに

７．染色体構造調節複合体因子群は複合体を形成する

なると次々と脱メチル化酵素が見い出され［２２］，現在
では１つの標的ヒストンアミノ酸残基に対して，数種類の酵素が基質とすることが常識化しつつある．
最新の研究成果から，転写開始反応のみならず転写伸以上述べてきたような染色体構造調節因子や，ヒストンタンパク質修飾酵素群の多くは単独因子として機能せず，核内複合体として機能することが知られている（図長や終結反応，また DNA 修復時での染色体上において，

８）．染色体構造調節反応は，ATP 依存的である［２３］．

これらヒストンタンパク質の修飾は互いに調和的に制御

染色体構造調節にはエネルギーが必要であり，そのためされる可能性が示されている．染色体上の厳密かつ整然

染色体構造調節因子複合体の活性サブユニットは AT-REVIEW

9

加藤茂明

他

Pase であり，その種類によって大別されている．現在ているのである．

までに転写制御に関与する染色体構造調節因子複合体群は，３種に分類されている（図８）．SWI/SNF 型，ISWI

引用文献型の複合体群は，染色体の活性化／不活性化の双方に関与することがわかっているものの，依然としてその振り分け機構については不明である［２４，２５］．一方 Mi―２型複合体は常に染色体を不活性化する方向にのみ働くことがわかっており，実際この構成因子の中にヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）が含まれている［２６］．
ヒストン修飾酵素複合体群も同様に，その多くは複合体を形成することがわかっている．ヒストン修飾酵素が複合体を形成する生理的な意義については必ずしも解明されていないが，複合体の他の構成因子群は酵素反応を円滑に進める役割を担っていると考えられる．実際複合体の構成因子群の中には，PHD フィンガーやクロモドメイン等の修飾されたヒストンを認識・相互作用能を有する機能ドメインを有するものが多く見つかっている［２７，２８］．また，ヒストン修飾複合体や染色体構造調節因子複合体群は，複数のクラスの転写制御因子の機能を支持することがわかっている．そのためこれら複合体群は，いくつかの細胞内シグナルのクロストーク経路において種々の機能を担うと考えられる［２９，３０］．

８．エピゲノムと核内受容体による転写制御
最近これら染色体構造調節全般が，エピゲノム制御として捉えられるようになってきている．そのため，核内受容体への転写共役因子群の主たる機能が，エピゲノム制御であると理解できるようになった．すなわち不活性化状態の染色体近傍での，核内受容体標的遺伝子が活性化されるためには，まずある程度は転写制御が行われる
よう標的遺伝子周辺の染色体状態が活性化されていることが必要なのである．この場合はおそらくヒストンのメチル化等が必要のように思われる．一方ある程度染色体が活性化されている場合では，核内受容体標的遺伝子プロモーターは，さらにアセチル化等のヒストン修飾を受けることで，さらに染色体の状態が活性化されるように思われる．このように標的遺伝子の核内受容体による転写制御は，染色体環境によってホルモン／リガンド応答が異なると予想でき，これが個々の標的遺伝子の個性的な発現制御の基盤になっていると理解できよう．このよ
うに核内受容体を含めた DNA 結合性転写制御因子群は，エピゲノム制御を伴い転写を制御していることがわかりつつあるが，依存としてこの制御の分子基盤の大部分は不明であり，今後のさらなる研究の進展が期待され10日本生殖内分泌学会雑誌

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