XRCC4
XRCC4(X-ray repair cross-complementing 4)は、ヒトではXRCC4遺伝子にコードされるタンパク質である。このタンパク質はヒト以外でも、後生動物の多くや菌類、植物でも発現している。XRCC4は、DNAの二本鎖切断を修復する非相同末端結合(NHEJ)において中核となるタンパク質の1つである。
NHEJが正しく完結するためには、主に2つの要素が必要である。1つ目の要素は、DNA依存性プロテインキナーゼの触媒サブユニット(DNA-PKcs)によるArtemis(英語版)タンパク質の協調的結合とリン酸化である。Artemisは損傷DNAの末端を切断し、ライゲーション反応に備える。2つ目の要素は、XRCC4によるDNAリガーゼIV(LigIV(英語版))へのDNAの橋渡しであり、Cernunnos/XLF(英語版)の補助のもと行われる。DNA-PKcsとXRCC4は、DNA末端に結合したKu70/Ku80ヘテロ二量体によって係留されている。
XRCC4はLigIVと損傷DNAとの相互作用、そして末端のライゲーションを可能にする重要なタンパク質であるため、XRCC4遺伝子の変異はマウスでは胎生致死となり、ヒトでは発生阻害と免疫不全を引き起こすことが知られている。さらに、XRCC4遺伝子の特定の変異はがんのリスクの増加と関係している。
“Mammalian DNA double-strand break repair protein XRCC4 interacts with DNA ligase IV”. Curr. Biol. 7 (8): 588–98. (1997). doi:10.1016/S0960-9822(06)00258-2. PMID 9259561.
“Molecular genetic characterization of XRCC4 function”. Int. Immunol. 9 (10): 1607–13. (1998). doi:10.1093/intimm/9.10.1607. PMID 9352367.
“The XRCC4 gene product is a target for and interacts with the DNA-dependent protein kinase”. J. Biol. Chem. 273 (3): 1794–801. (1998). doi:10.1074/jbc.273.3.1794. PMID 9430729.
“A critical role for DNA end-joining proteins in both lymphogenesis and neurogenesis”. Cell 95 (7): 891–902. (1999). doi:10.1016/S0092-8674(00)81714-6.
新たな治療法開発におけるXRCC4の可能性に関する議論が行われている。例えば、XRCC4遺伝子はNHEJに重要であり、がん易罹患性と関係しているため、G-1394T(rs6869366)など一部のSNPはさまざまながん(これまでのところ乳がん、胃がん、前立腺がんなど)を検出し予測するための頻度の高いSNPとして役立つ可能性があり、そしてさらなる調査は必要であるものの、個別化抗がん薬の標的候補となる可能性あることが示唆されている。同様の原理による子宮内膜症の検出の可能性についても言及されており、最終的には治療法の開発につながる可能性もある。がん治療の最終的な治療結果はDNA損傷とDNA修復能力の間の平衡によって決定されている可能性があり、がん細胞のDNA修復過程を完結する能力は治療抵抗性に重要な役割を果たし、治療効果に負の影響を及ぼしている。そのため、いくつかの低分子化合物によるDNA修復を標的とした薬理的阻害によって、抗がん薬の細胞毒性が高まる可能性がある。
NHEJ過程では、XRCC4やいくつかの緊密に共役したタンパク質が協調的に作用することで二本鎖切断が修復される。この系はKu70/80と呼ばれるヘテロ二量体が二本鎖切断の各末端に結合することで開始され、Ku70/80は末端どうしを近接して維持し、ライゲーション反応に備えて分解を防ぐ役割を果たす。その後、Ku70/80はDNA末端へDNA-PKcsをリクルートし、各DNA-PKcsへのArtemisタンパク質の結合を可能にする。DNA-PKcsは二本鎖切断の近傍の安定化に加わり、DNAのきわめて短い相補性配列でのハイブリダイゼーションを可能にする。その後、DNA-PKcsはArtemisのセリン/スレオニン残基をリン酸化し、エキソヌクレアーゼ(英語版)活性を活性化してハイブリダイゼーションしていない一本鎖テールを5'→3'方向へ分解する。2分子のXRCC4タンパク質はKu70/80による認識と局在のために翻訳後修飾される。XRCC4は二量体化してDNA鎖末端のKu70/80に結合し、ライゲーション反応を促進する。XRCC4はDNAリガーゼLigIVと強固な複合体を形成し、この複合体はCer/XLFによってさらに強化される。Cer/XLFはXRCC4のみに結合し、LigIVとは相互作用しない。その後、LigIVはホスホジエステル結合の形成を触媒することで、DNA末端を結合する。