ガンキリン

ガンキリン（PSMD10、p28またはp28GANKとも呼ばれる）は、様々ながんで高発現しており、悪性腫瘍の発生および進展において中心的役割を果たすと推定される重要ながんタンパク質であるFujita J, Sakurai T (2019) The oncoprotein gankyrin/PSMD10 as a target of cancer therapy. Adv. Exp. Med. Biol.Zamani P, Matbou Riahi M, Momtazi-Borojeni AA, Jamialahmadi K (2018) Gankyrin: a novel promising therapeutic target for hepatocellular carcinoma. Artif Cells Nanomed Biotechnol 46:1301-1313. DOI: 10.1080/21691401.2017.1388250. Wang C, Cheng L (2017) Gankyrin as a potential therapeutic target for cancer. Invest New Drugs 35:655-661. doi: 10.1007/s10637-017-0474-8. Epub 2017 May 19. Wang X, Jiang B, Zhang Y (2016) Gankyrin regulates cell signaling network. Tumour Biol 37:5675-82. doi: 10.1007/s13277-016-4854-z. Epub 2016 Jan 27. Iakova P, Timchenko L, Timchenko NA (2011) Intracellular signaling and hepatocellular carcinoma. Semin Cancer Biol 21:28-34. doi: 10.1016/j.semcancer.2010.09.001. 。

 発見 
ガンキリンは肝細胞がんにおいて過剰発現するがん遺伝子産物として、京都大学医学研究科の藤田潤等により発見されたHigashitsuji H, Itoh K, Nagao T, Dawson S, Nonoguchi K, Kido T, Mayer RJ, Arii S, Fujita J (2000) Reduced stability of retinoblastoma protein by gankyrin, an oncogenic ankyrin-repeat protein overexpressed in hepatomas. Nat Med 6:96-9. DOI: 10.1038/71600. 。これとは独立して、東京都医学総合研究所の田中啓二等は26Sプロテアソームのサブユニットp28としてHori T, Kato S, Saeki M, DeMartino GN, Slaughter CA, Takeuchi J, Toh-e A, Tanaka K (Aug 1998). "cDNA cloning and functional analysis of p28 (Nas6p) and p40.5 (Nas7p), two novel regulatory subunits of the 26S proteasome". Gene. 216 (1): 113–22. doi:10.1016/S0378-1119(98)00309-6. .、英国ノッティンガム大学のR John Mayer等は26SプロテアソームのS6bサブユニットに結合するタンパク質としてDawson S, Apcher S, Mee M, Higashitsuji H, Baker R, Uhle S, Dubiel W, Fujita J, Mayer RJ (2002). "Gankyrin is an ankyrin-repeat oncoprotein that interacts with CDK4 kinase and the S6 ATPase of the 26 S proteasome". J. Biol. Chem. 277 (13): 10893–902. doi:10.1074/jbc.M107313200. .同定した。このため、ガンキリンはPSMD10（26Sプロテアソーム非ATPaseサブユニット10）とも呼ばれる。しかし、後の研究によれば、ガンキリンは26Sプロテアソームのサブユニットではなく、一時的に結合して19S調節複合体の組み立てを助ける分子シャペロンであることが示されているSaeki Y, Toh-E A, Kudo T, Kawamura H, Tanaka K (2009) Multiple proteasome-interacting proteins assist the assembly of the yeast 19S regulatory particle. Cell. 137:900-13. DOI: 10.1016/j.cell.2009.05.005. 。

 構造 
タンパク質構造解析によれば、ガンキリンは7つのアンキリンリピートKrzywda S, Brzozowski AM, Higashitsuji H, Fujita J, Welchman R, Dawson S, Mayer RJ, Wilkinson AJ (2004). "The crystal structure of gankyrin, an oncoprotein found in complexes with cyclin-dependent kinase 4, a 19 S proteasomal ATPase regulator, and the tumor suppressors Rb and p53". The Journal of Biological Chemistry. 279 (2): 1541–5. doi:10.1074/jbc.M310265200. .からなり、手のひらを丸めたような構造をしている。アンキリンリピートは一般に分子間（または分子内）相互作用により機能制御に関与するアミノ酸配列として知られている。

 機能・がん抑制タンパク質との関連 
ガンキリンはがんタンパク質（oncoprotein）であり、その過剰発現によりマウス線維芽細胞およびヒト腫瘍細胞において腫瘍の形成や細胞増殖を促進するIwai A, Marusawa H, Kiuchi T, Higashitsuji H, Tanaka K, Fujita J, Chiba T (2003) Role of a novel oncogenic protein, gankyrin, in hepatocyte proliferation. J Gastroenterol 38:751-8. DOI: 10.1007/s00535-003-1141-8. 。これはガンキリンがサイクリン依存性キナーゼCDK4に結合することにより、CDK4がp16やp18により阻害されることを妨害し、同時にがん抑制タンパク質RBとも結合してRBのCDK4によるリン酸化、転写因子E2Fの活性化を引き起こすことが一因である（図）。

ガンキリンの結合は、RBのユビキチン化およびプロテアソームによる分解も促進するQiu W, Wu J, Walsh EM, Zhang Y, Chen CY, Fujita J, Xiao ZX (Jul 2008). "Retinoblastoma protein modulates gankyrin-MDM2 in regulation of p53 stability and chemosensitivity in cancer cells". Oncogene. 27 (29): 4034–43. doi:10.1038/onc.2008.43. .。なお、ガンキリンがプロテアソームS6b サブユニットとRBに同時に結合するという事実は、ガンキリンがユビキチン化タンパク質を26Sプロテオソームへ運ぶキャリアーとして働き、その分解を促進する可能性を示唆している。
500px|thumb|none|図：ガンキリンの細胞増殖とアポトーシスへの影響
ガンキリンは細胞のアポトーシスを阻害するHigashitsuji H, Higashitsuji H, Itoh K, Sakurai T, Nagao T, Sumitomo Y, Masuda T, Dawson S, Shimada Y, Mayer RJ, Fujita J (2005) The oncoprotein gankyrin binds to MDM2/HDM2, enhancing ubiquitylation and degradation of p53. Cancer Cell 8:75-87. DOI: 10.1016/j.ccr.2005.06.006. 。この抗アポトーシス活性は、ガンキリンがE3ユビキチンリガーゼMDM2に結合し、がん抑制タンパク質p53のユビキチン化およびプロテアソームによる分解を促進することによると考えられている（図）。p53は多種多様な生体ストレスから細胞を守り、がんを防ぐ働きから 「ゲノムの守護神」とも呼ばれる最も重要ながん抑制タンパク質で、ヒトのがんの約 50% で遺伝子変異が認められる。

ガンキリンは、上記2つの主要ながん抑制タンパク質RBおよびp53に加えて、C /EBPαWang GL, Shi X, Haefliger S, Jin J, Major A, Iakova P, Finegold M, Timchenko NA (2010) Elimination of C/EBPalpha through the ubiquitin-proteasome system promotes the development of liver cancer in mice. J Clin Invest 120:2549-62. DOI: 10.1172/JCI41933. 、TSC2Qin X, Wang X, Liu F, Morris LE, Wang X, Jiang B, Zhang Y (2016) Gankyrin activates mTORC1 signaling by accelerating TSC2 degradation in colorectal cancer. Cancer Lett 376:83-94. DOI: 10.1016/j.canlet.2016.03.013. 、HNF4αSun W, Ding J, Wu K, Ning BF, Wen W, Sun HY, Han T, Huang L, Dong LW, Yang W, Deng X, Li Z, Wu MC, Feng GS, Xie WF, Wang HY (2011) Gankyrin-mediated dedifferentiation facilitates the tumorigenicity of rat hepatocytes and hepatoma cells. Hepatology 54:1259-72. DOI: 10.1002/hep.24530. 、CUGBP1Lewis K, Valanejad L, Cast A, Wright M, Wei C, Iakova P, Stock L, Karns R, Timchenko L, Timchenko N (2017) RNA Binding Protein CUGBP1 Inhibits Liver Cancer in a Phosphorylation-Dependent Manner. Mol Cell Biol 37:e00128-17. DOI: 10.1128/MCB.00128-17. などのがん抑制タンパク質にも結合し、そのユビキチン化およびそれに続くプロテアソームによる分解を促す。さらにガンキリンはがん抑制タンパク質p16、PTENMan JH, Liang B, Gu YX, Zhou T, Li AL, Li T, Jin BF, Bai B, Zhang HY, Zhang WN, Li WH, Gong WL, Li HY, Zhang XM (2010) Gankyrin plays an essential role in Ras-induced tumorigenesis through regulation of the RhoA/ROCK pathway in mammalian cells. J Clin Invest 120:2829-41. DOI: 10.1172/JCI42542. およびFIH-1（低酸素誘導性因子-1を阻害する因子）Liu Y, Higashitsuji H, Higashitsuji H, Itoh K, Sakurai T, Koike K, Hirota K, Fukumoto M, Fujita J (2013) Overexpression of gankyrin in mouse hepatocytes induces hemangioma by suppressing factor inhibiting hypoxia-inducible factor-1 (FIH-1) and activating hypoxia-inducible factor-1. Biochem Biophys Res Commun 432:22-7. をも阻害するため、「がん抑制因子の殺し屋（killer of tumor suppressors）」とも呼ばれる。

ガンキリンはその他、NF-κB/ RelAHigashitsuji H, Higashitsuji H, Liu Y, Masuda T, Fujita T, Abdel-Aziz HI, Kongkham S, Dawson S, Mayer JR, Itoh Y, Sakurai T, Itoh K, Fujita J (2007) The oncoprotein gankyrin interacts with RelA and suppresses NF-kappaB activity. Biochem Biophys Res Commun 363:879-84. DOI: 10.1016/j.bbrc.2007.09.072. Chen Y, Li HH, Fu J, Wang XF, Ren YB, Dong LW, Tang SH, Liu SQ, Wu MC, Wang HY (2007) Oncoprotein p28 GANK binds to RelA and retains NF-kappaB in the cytoplasm through nuclear export. Cell Res 17:1020-9. DOI: 10.1038/cr.2007.99. 、MAGE-A4Nagao T, Higashitsuji H, Nonoguchi K, Sakurai T, Dawson S, Mayer RJ, Itoh K, Fujita J (2003). "MAGE-A4 interacts with the liver oncoprotein gankyrin and suppresses its tumorigenic activity". J. Biol. Chem. 278 (12): 10668–74. doi:10.1074/jbc.M206104200. .、IGFBP-5Umemura A, Itoh Y, Itoh K, Yamaguchi K, Nakajima T, Higashitsuji H, Onoue H, Fukumoto M, Okanoue T, Fujita J (2008) Association of gankyrin protein expression with early clinical stages and insulin-like growth factor-binding protein 5 expression in human hepatocellular carcinoma. Hepatology 47:493-502. DOI: 10.1002/hep.22027. 、SHP-1Sakurai T, Higashitsuji H, Kashida H, Watanabe T, Komeda Y, Nagai T, Hagiwara S, Kitano M, Nishida N, Abe T, Kiyonari H, Itoh K, Fujita J, Kudo M (2017) The oncoprotein gankyrin promotes the development of colitis-associated cancer through activation of STAT3. Oncotarget 8:24762-24776. DOI: 10.18632/oncotarget.14983. 、ATG7Luo T, Fu J, Xu A, Su B, Ren Y, Li N, Zhu J, Zhao X, Dai R, Cao J, Wang B, Qin W, Jiang J, Li J, Wu M, Feng G, Chen Y, Wang H (2016) PSMD10/gankyrin induces autophagy to promote tumor progression through cytoplasmic interaction with ATG7 and nuclear transactivation of ATG7 expression. Autophagy 12:1355-71. DOI: 10.1080/15548627.2015.1034405. 、Keap1/Nrf2Yang C, Tan YX, Yang GZ, Zhang J, Pan YF, Liu C, Fu J, Chen Y, Ding ZW, Dong LW, Wang HY (2016) Gankyrin has an antioxidative role through the feedback regulation of Nrf2 in hepatocellular carcinoma. J Exp Med 213:859-75. DOI: 10.1084/jem.20151208. 、WWP2/Oct4Qian YW, Chen Y, Yang W, Fu J, Cao J, Ren YB, Zhu JJ, Su B, Luo T, Zhao XF, Dai RY, Li JJ, Sun W, Wu MC, Feng GS, Wang HY (2012) p28(GANK) prevents degradation of Oct4 and promotes expansion of tumor-initiating cells in hepatocarcinogenesis. Gastroenterology 142:1547-58. DOI: 10.1053/j.gastro.2012.02.042. 、PI3K/AktFu J, Chen Y, Cao J, Luo T, Qian YW, Yang W, Ren YB, Su B, Cao GW, Yang Y, Yan YQ, Shen F, Wu MC, Feng GS, Wang HY. p28GANK overexpression accelerates hepatocellular carcinoma invasiveness and metastasis via phosphoinositol 3-kinase/AKT/hypoxia-inducible factor-1α pathways. Hepatology. 2011 Jan;53(1):181-92. doi: 10.1002/hep.24015. 、IL-6/STAT3Zheng T, Hong X, Wang J, Pei T, Liang Y, Yin D, Song R, Song X, Lu Z, Qi S, Liu J, Sun B, Xie C, Pan S, Li Y, Luo X, Li S, Fang X, Bhatta N, Jiang H, Liu L (2014) Gankyrin promotes tumor growth and metastasis through activation of IL-6/STAT3 signaling in human cholangiocarcinoma. Hepatology 59:935-46. DOI: 10.1002/hep.26705. 、IL-8Bai Z, Tai Y, Li W, Zhen C, Gu W, Jian Z, Wang Q, Lin JE, Zhao Q, Gong W, Liang B, Wang C, Zhou T (2013) Gankyrin activates IL-8 to promote hepatic metastasis of colorectal cancer. Cancer Res 73:4548-58. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-12-4586. 、YAP1Pei T, Li Y, Wang J, Wang H, Liang Y, Shi H, Sun B, Yin D, Sun J, Song R, Pan S, Sun Y, Jiang H, Zheng T, Liu L (2015) YAP is a critical oncogene in human cholangiocarcinoma. Oncotarget 6:17206-20. DOI: 10.18632/oncotarget.4043. 、並びに低酸素誘導性因子-1Chen J, Bai M, Ning C, Xie B, Zhang J, Liao H, Xiong J, Tao X, Yan D, Xi X, Chen X, Yu Y, Bast RC, Zhang Z, Feng Y, Zheng W. Gankyrin facilitates follicle-stimulating hormone-driven ovarian cancer cell proliferation through the PI3K/AKT/HIF-1α/cyclin D1 pathway. Oncogene. 2016 May 12;35(19):2506-17. doi: 10.1038/onc.2015.316. 等といった多くのタンパク質に結合し、多くのシグナル伝達経路に影響を与え発がんに寄与している。

 動物モデル 
肝細胞にガンキリンを過剰発現させたマウスでは、肝がんではなく肝血管肉腫が発生した。ただし発がん物質による肝細胞がんの発生は増加したZhao X, Fu J, Xu A, Yu L, Zhu J, Dai R, Su B, Luo T, Li N, Qin W, Wang B, Jiang J, Li S, Chen Y, Wang H (2015) Gankyrin drives malignant transformation of chronic liver damage-mediated fibrosis via the Rac1/JNK pathway. Cell Death Dis. 2015 May 7;6:e1751. doi: 10.1038/cddis.2015.120. 。ミノカサゴでは、脂肪肝、胆汁鬱滞, 線維化の後に肝細胞がん、胆管がんが自然発生したHuang SJ, Cheng CL, Chen JR, Gong HY, Liu W, Wu JL (2017) Inducible liver-specific overexpression of gankyrin in zebrafish results in spontaneous intrahepatic cholangiocarcinoma and hepatocellular carcinoma formation. Biochem Biophys Res Commun 490:1052-1058. DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.06.164. 。

ガンキリン遺伝子発現を欠損したマウスでは、大腸や肝の発がん実験でがんの発生が抑制され、腫瘍環境をなす細胞でのガンキリン発現もがん化に重要であることが示されたSakurai T, Yada N, Hagiwara S, Arizumi T, Minaga K, Kamata K, Takenaka M, Minami Y, Watanabe T, Nishida N, Kudo M (2017) Gankyrin induces STAT3 activation in tumor microenvironment and sorafenib resistance in hepatocellular carcinoma. Cancer Sci 108:1996-2003. DOI: 10.1111/cas.13341. 。

 がん治療標的として 
ガンキリンは、以下の理由によりがん治療の優れた標的であると考えられている。

 がん細胞とその周りの細胞とは、お互いに作用しあって、多段階的に腫瘍発生を進めて行くことが知られているHanahan D, Weinberg RA (2011) Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 144:646-74. DOI: 10.1016/j.cell.2011.02.013. 。ガンキリンは両方の細胞において発現し腫瘍発生・進展を促進する。
 ガンキリンは、細胞悪性化の早期（発生）および後期（進展、転移）段階の両方において発がんを促進する。例えば、ガンキリンの過剰発現はラットの肝発がんモデルでは肝の線維化段階から始まりPark TJ, Kim HS, Byun KH, Jang JJ, Lee YS, Lim IK (2001) Sequential changes in hepatocarcinogenesis induced by diethylnitrosamine plus thioacetamide in Fischer 344 rats: induction of gankyrin expression in liver fibrosis, pRB degradation in cirrhosis, and methylation of p16(INK4A) exon 1 in hepatocellular carcinoma. Mol Carcinog 30:138-50. 、ヒト肝組織では肝炎、肝硬変、腺腫から肝がんへと段階的に増加するJing H, Zhang G, Meng L, Meng Q, Mo H, Tai Y (2014) Gradually elevated expression of Gankyrin during human hepatocarcinogenesis and its clinicopathological significance. Sci Rep 4:5503. DOI: 10.1038/srep05503. 。肝、結腸直腸、食道および肺を含む多くの異なるタイプのがんにおいて、ガンキリンの発現が多いほど浸潤、転移が多く、予後不良で治療抵抗性であるHe F, Chen H, Yang P, Wu Q, Zhang T, Wang C, Wei J, Chen Z, Hu H, Li W, Cao J (2016) Gankyrin sustains PI3K/GSK-3β/β-catenin signal activation and promotes colorectal cancer aggressiveness and progression. Oncotarget 7:81156-81171. DOI: 10.18632/oncotarget.13215. Wang WP, Sun Y, Lu Q, Zhao JB, Wang XJ, Chen Z, Ni YF, Wang JZ, Han Y, Zhang ZP, Yan XL, Li XF (2017) Gankyrin promotes epithelial-mesenchymal transition and metastasis in NSCLC through forming a closed circle with IL-6/ STAT3 and TGF-β/SMAD3 signaling pathway. Oncotarget 8:5909-5923. DOI: 10.18632/oncotarget.13947. Zeng YC, Sun D, Li WH, Zhao J, Xin Y (2017) Gankyrin promotes the proliferation of gastric cancer and is associated with chemosensitivity. Tumour Biol 39:1010428317704820.。
 ガンキリンは正常臓器では発現レベルが低い。一方、肝がんでは98％の症例でFu XY, Wang HY, Tan L, Liu SQ, Cao HF, Wu MC (2002). "Overexpression of p28/gankyrin in human hepatocellular carcinoma and its clinical significance". World J. Gastroenterol. 8 (4): 638–43. PMC 4656312. .、食道Ortiz CM, Ito T, Tanaka E, Tsunoda S, Nagayama S, Sakai Y, Higashitsuji H, Fujita J, Shimada Y (2008) Gankyrin oncoprotein overexpression as a critical factor for tumor growth in human esophageal squamous cell carcinoma and its clinical significance. Int J Cancer 122:325-32. DOI: 10.1002/ijc.23106. 、胃、前立腺Kim TD, Oh S, Lightfoot SA, Shin S, Wren JD, Janknecht R (2016) Upregulation of PSMD10 caused by the JMJD2A histone demethylase. Int J Clin Exp Med 9:10123-10134. 、結腸直腸その他の臓器のがんでもほとんどの症例で発現が亢進している。
 ガンキリンは上記含めほとんどすべての臓器に発生するがんで過剰発現が認められている。
 ガンキリンは複数の主要ながん抑制因子を抑制する。
 ガンキリンは、8個の重要ながんの特徴（hallmarks of cancer）のうち少なくとも7個の出現に関係している。したがって、ガンキリンを阻害すれば、がんの特徴の多くが改善する可能性がある。

 予防と治療への応用 
ガンキリンは肝をはじめとする多くの臓器で、がんの発生と進展に重要な役割を果たしている。そこで、抗ガンキリン剤を用いればがん細胞およびその微小環境の両方に作用して、多くの人のがんに対する治療効果および予防効果を示すことが期待される。また他のいろいろながん治療法に併用すれば、その効果を増強することが推測される。

 参考文献 

Category:遺伝子
Category:がん (悪性腫瘍)
Category:がん遺伝子