カドミウムによるアポトーシス誘導の分子機構に関する研究

抄録

　有害金属であるカドミウムはイタイイタイ病の原因物質であり、生体に対して重篤な障害を引き起こすことが知られている。特に、腎臓の近位尿細管機能障害が慢性カドミウム中毒患者に共通して認められる。一方、カドミウムの毒性発現機構に関する研究は、世界中の様々な研究グループによって長年にわたって進められていたが、その分子レベルでの毒性発現機構についてはほとんど解明されていないのが現状である。我々はこのような背景の下、カドミウムの毒性発現に関与する標的分子の解明に取り組んできた。

　カドミウムによる腎毒性発現カスケードの上流を探るため、未毒性レベルのカドミウム曝露によって発現が変動する遺伝子をDNAマイクロアレイ法を用いて網羅的に解析した。カドミウムに曝露した腎近位尿細管上皮の培養細胞およびマウス腎臓に共通して発現が減少した遺伝子として、ユビキチン転移酵素Ube2dファミリー遺伝子を同定した。Ube2dファミリーは短命タンパク質であるp53をユビキチン化し、プロテアソームでの分解に導くことが知られている。腎近位尿細管細胞において、カドミウムはp53遺伝子の発現を増加させず、プロテアソーム活性を低下させないにも関わらず、細胞内のp53タンパク質レベルを劇的に上昇させることを明らかにした。また、p53の過剰蓄積は細胞毒性が出現する前段階ですでに引き起こされており、一部のp53はリン酸化して活性化し、アポトーシスを誘導することも見いだした。さらに、カドミウムに6ヶ月間慢性曝露されたマウス（腎障害発症前）の腎臓でも同様の結果が示されたが、肝臓ではUbe2dファミリー遺伝子の発現は低下せず、p53も過剰蓄積することはなかった。これらの結果より、カドミウムがUbe2dファミリー遺伝子の発現抑制を介してp53タンパク質を過剰蓄積させ、p53依存的なアポトーシスを誘導することにより細胞毒性を引き起こすことを新たに見いだすことができた。

　カドミウムがUBE2Dファミリー遺伝子の発現を抑制する原因については、Protein/DNAアッセイ法による転写因子の網羅的解析を行った。カドミウムによってDNA結合活性が低下する転写因子として複数の因子を検出した。その中で、UBE2Dファミリー遺伝子の上流に結合配列を有する転写因子YY1およびFOXF1を同定した。これら転写因子をRNA干渉法を用いてノックダウンした腎近位尿細管細胞において、YY1がUBE2D2を、FOXF1がUBE2D4の転写をそれぞれ制御していることを見いだした。これらの結果より、カドミウムがYY1およびFOXF1の転写活性を阻害することによってUBE2Dファミリー遺伝子の発現を抑制することも明らかにすることができた。

　上記のUBE2Dファミリー遺伝子や転写因子YY1、FOXF1以外にも、カドミウムによって発現変動する遺伝子、および活性変動する転写因子を複数同定することにも成功している。それらの因子の一部は細胞生存に関わっていることから、更なるカドミウム毒性発現分子機構の解明を進めていきたい。