細胞接着分子 CADM1 のヒトの癌化における相反する二面性

2010年 6月 8日

村上 善則（むらかみ よしのり）：
東京大学医科学研究所 人癌病因遺伝子分野 教授

1983年　東京大学医学部医学科卒業
1983年　東京大学医学部第一内科　医員
1992年　医学博士
1992年　米国ユタ大学ハワード・ヒューズ研究所　遺伝学部　研究員
1994年　国立がんセンター研究所　腫瘍遺伝子研究部　室長
2000年　同研究所　がん抑制ゲノム研究プロジェクト　プロジェクトリーダー
2007年　東京大学医科学研究所　人癌病因遺伝子分野　教授

専門分野

分子病理学、分子腫瘍学、遺伝医学

１．背景と概要

　ヒトの癌は多段階を経て発生、進展し、多数の遺伝子、DNA の変化がこれに対応している。これらの遺伝子変化は、癌化を促進する働きをもつ癌遺伝子群と、癌化を抑制する働きをもつ癌抑制遺伝子群に分けられる。そして、ヒトの癌細胞では、癌遺伝子を活性化させる変化や、癌抑制遺伝子を不活化させる変化が認められる。これが、多段階発癌における遺伝子変化の古典的、といっても１０年ほど前までの一般的理解であった。もちろん、この概念の多くは、現在でも概ね通用する。そして、癌遺伝子産物を阻害するアプローチは、癌抑制遺伝子産物を細胞に補充するアプローチよりもはるかに容易であることから、癌遺伝子産物の阻害剤が、分子標的治療薬として実用化されつつあるのは周知の事実である。

　しかし、癌の治療、その応答性をもう一度考えなおした場合、癌組織内に存在すると考えられる癌幹細胞は極めて重要な概念であり、実際、癌の幹細胞は、癌遺伝子、癌抑制遺伝子の発見より以前から、詳細に議論されてきた概念である。そして、癌の幹細胞がいかなる遺伝子異常をもち、上記の病理組織学的、また分子生物学的に示されてきた多段階発癌の事実とどのような関係にあるのかについては、これから明らかにしていかなければならない課題である(1)。

　また、正常細胞、そして癌細胞の複雑なシグナル伝達機構と相互の依存性、癌の発生・伸展の過程で刻々と変わる微小環境に対する応答が明らかになるにつけ、癌遺伝子群と癌抑制遺伝子群が、本当に上記の概念通りに明確に二分されるものかどうかについても、疑義が生じてきている。ウィルムス腫瘍の原因遺伝子として同定された WT1 遺伝子が、ウィルムス腫瘍の発生に関しては間違いなく癌抑制遺伝子として機能するにも拘わらず、成人の急性白血病では過剰発現して癌遺伝子として機能し、病勢の消長に並行し治療マーカーとして有用であるといった一見矛盾した事実は、大阪大学の杉山らにより世界で初めて紹介された(2)。最近では、癌抑制遺伝子の代表格と目されてきた TGF beta が、癌抑制機能を示すのは癌化の初期段階のみであり、進展した癌においてはむしろ癌化を促進し、癌遺伝子として働くことが示されている(3)。我々が非小細胞肺癌の癌抑制遺伝子として同定した細胞接着分子 CADM1 も、上皮の多くの癌では癌抑制遺伝子として機能するが、成人 T 細胞白血病 (ATL) では高発現し、ATL に特徴的な腫瘍細胞の組織浸潤を促進する、つまり癌遺伝子として機能することが、明らかになってきた(4)。そして、上皮と ATL では、CADM1 の下流経路が異なることを見出した。細胞接着分子はあくまでも細胞の入り口のドアであり、その背後にどのような分子群が控えているかで癌遺伝子にも癌抑制遺伝子にもなり得るというこの概念は、多段階の癌化を考える上で非常に興味深い。ここでは、やや基礎的な内容であるが、我々が研究を進めている細胞接着分子 CADM1 の癌化における両面性について紹介したい。

２．細胞接着分子 CADM1 の上皮における機能と分子経路

　第 11 染色体長腕 23 領域 (11q23) のヘテロ接合性の消失 (LOH) は、非小細胞肺癌をはじめ様々な腫瘍で高頻度に認められ、癌抑制遺伝子の存在が示唆されていた。我々は、11q23 上の様々な DNA 断片をヒト非小細胞肺癌細胞 A549 に移入し、マウス皮下の腫瘍原性の抑制を指標として、新規癌抑制遺伝子 TSLC1/CADM1 (Tumor Suppressor in Lung Cancer 1/Cell Adhesion Molecule 1) を同定した(5)。CADM1 はほぼすべての上皮、神経組織やマスト細胞で発現するが、リンパ球、線維芽細胞等では発現が見られない。一方、非小細胞肺癌をはじめ様々な癌では、その30-60% 程度に遺伝子プロモーターのメチル化やアレルの欠失による不活化が認められ、特に癌の進展に伴って不活化することが示されている（表１）(4)。

　CADM1 遺伝子産物は免疫グロブリン・スーパーファミリー細胞接着分子 (IgCAM) に属し、細胞外に免疫グロブリン様ループを３個もつ１回膜貫通型糖蛋白質で、細胞接着分子 Nectin とも類似性を示す（図１）(6)。そして、極性上皮細胞では、そのラテラル面にび慢性に発現してホモ２量体を形成し、隣接細胞との接着に関わる。一方、細胞内領域では、4.1 結合モチーフを介してアクチン結合性蛋白質 DAL-1/4.1B と、また、C 末の PDZ 結合モチーフを介して細胞極性形成に関わる MPP1, MPP2, MPP3, CASK, Pals2, Syntenin 等の裏打ちタンパク質と結合する（図１）(4, 6)。CADM1 は、これらの結合蛋白質を介して、上皮細胞の細胞骨格や極性形成に関わると考えられる。実際、CADM1 を強発現する Caco-2 細胞やコラーゲン基質上に培養した HEK293細胞におけるCADM1の発現を siRNA によって抑制すると、細胞の接着面に沿って成熟したアクチン細胞骨格が失われ、表面積が広がる一方で、細胞の高さは顕著に低下し、上皮様形態から線維芽細胞様に変化する。従って、CADM1 は、上皮様細胞形態の形成、維持に関わると考えられる(7)。

　また、CADM1 を過剰発現すると、イヌ腎細胞 MDCK の肝細胞増殖因子 HGF による分散 (scattering) 、実験的上皮・間葉転換が顕著に抑えられることからも、CADM1 は上皮様形質の維持に関わっていると考えられる。ここで、CADM1 の細胞内領域を欠失させると、この実験的上皮・間葉転換の抑制能が失われることから、上皮形態の維持には CADM1 とともに、その細胞内結合分子群が必要であることも示唆された(8)。実際、4.1B は、本来、肺腺癌で発現が低下し、非小細胞肺癌細胞の増殖を抑制することから肺癌抑制遺伝子候補として単離された分子で、多発性神経線維腫症２型の原因である NF2 遺伝子産物とも高い相同性を示す(9)。我々は、4.1B が非小細胞肺癌や腎明細胞癌で、遺伝子プロモーター領域のメチル化により高頻度に不活化することを見出している（表１)(10,11)。一方、CADM1 と相同性をもつ分子として CADM2, CADM3, CADM4 が見出されているが、CADM3 は CADM1 と同様に神経芽細胞腫で発現が低下し、またCADM4 は前立腺癌の抑制遺伝子の候補と考えられている(12,13)。このように、 CADM分子群, 4.1 群分子群、MAGuK 分子群の三者複合体は、正常上皮の形態形成に関わり、同時に上皮性腫瘍の形成を抑制する重要な分子経路を形作っていると考えられる。

３．CADM1の成人 T 細胞白血病における異所性発現

　これまでがん抑制遺伝子 CADM1 について述べてきた。ところが予想外の事実であるが、CADM1 がATL では特異的に過剰発現していることが宮崎大学の Sasaki らにより見出された(14)。即ち ATL 患者８例の腫瘍細胞に関する約 12,000 遺伝子の発現解析により、CADM1 が ATL 細胞で正常 CD4+ 細胞と比較して 30 倍以上に発現が増加する4つの遺伝子の一つとして同定された。その後の解析で、CADM1 は患者由来のATL 細胞の8例全例、ATL 培養細胞の7例中5例で強発現を認めたが、他の T 細胞性 ALLを含む白血病、リンパ腫36例、また正常 CD4+ 細胞10例では全く発現が認められなかった。さらに HTLV-1 感染 T 細胞でも3例中2例で CADM1 の発現が認められた。ATL はレトロウイルス HTLV-1 の感染を契機として、35年以上の潜伏期を経てウイルス抗体陽性者の 5-10% 程度に発症する。CADM1 の発現が HTLV-1 感染細胞と ATL 細胞の両者で見られることは、ATL の成立に早期から関与することを示唆し、現在、HTLV-1感染者中の ATL の早期診断、あるいは発症前診断の新規標的として実用化されつつある(15)。また、CADM1 を発現させた T-ALL 細胞では、実験的に血管内皮細胞や線維芽細胞への接着能が亢進することから、CADM1 の発現が臓器、皮膚浸潤や腫瘤形成といった ATL に特異的な病態に積極的に関与することが示唆される。しかし血管内皮や線維芽細胞では CADM1 の発現が認められないことから、異分子とのヘテロ結合がこの接着に関わるものと考えられる。このように、上皮と異なり ATL ではCADM1は腫瘍促進に働くが、最近、我々はATL 細胞では CADM1 の下流分子経路が異なることを見出した (16)。

　前述のように CADM1 の細胞内には 4.1 タンパク質結合モチーフと PDZ 結合モチーフが存在し、後者を介して PDZ ドメインを有する分子群と直接結合する可能性があるが、ヒトゲノム上には、その候補分子が 26 種以上存在する。Masuda らは、この中の一つで細胞の運動に関わるTiam1 (T-cell invasion and metastasis 1) に着目した。Tiam1 は1591アミノ酸からなる細胞内タンパク質で、そのほぼ中央に PDZ ドメインをもつ。まず、Tiam1 が CADM1 と複合体を形成することを、免疫沈降・ウェスタンブロット解析により示し、次いで、酵母2ハイブリッド法により、両者が直接結合し、その責任領域が Tiam1 の PDZ ドメインにあると考えられることを示した。ATL 細胞である ATL-3I や、HTLV-1 感染細胞である MT2 を培養ヒト血管内皮細胞 (HUVEC) の上に重層すると、これらの細胞は進展し、葉状仮足を出して HUVEC 細胞間に浸潤していく像を示し、ATL の特徴的病態である組織浸潤、臓器浸潤が実験的に再現できる。そこで、次に、CADM1 が細胞浸潤に関わることを以下のin vitro の方法で示した。すなわち、培養線維芽細胞の上に T 細胞性白血病 Jurkat 細胞を重層すると、Jurkat 細胞は球形を保ったままHUVEC に軽く接着するのに対し、Jurkat 細胞にCADM1の発現を誘導すると、細胞は伸長して葉状仮足を出し、HUVEC 層に対して浸潤する形態を示した。さらに、先行する研究で、Tiam1 は細胞の運動性に関わる低分子量G タンパク質 Rac を活性化するグアニン・ヌクレオチド交換因子 (GEF) として働くことが示されている。そこで、上記のMT2 細胞に RAC の優性機能欠損(dominant negative) 変異体を導入すると、この変異体が導入された MT2 細胞では葉状仮足形成が顕著に抑制されたのに対し、変異体が導入されなかった MT2 細胞では葉状仮足形成が認められた。以上のことから、CADM1 の発現が ATL 細胞の間質細胞に対する浸潤性を促進すること、その下流に RAC が機能すること、ATL 細胞で CADM1と結合する Tiam1 がRac を活性化することにより、CADM1を介する細胞浸潤を促進する可能性が考えられることが、それぞれ示された。つまり、上皮とは下流経路が異なっていたのである。しかし、Tiam1 の発現は上皮細胞でも認められることから、なぜ ATL でのみ、この経路が恒常的に活性化しているのかについては、今後明らかにしていくべき課題である。いずれにしても、ATL において CADM1 が癌遺伝子として機能することは、この経路を特異的に阻害することにより、その浸潤を抑制できるという可能性を示すものであり、ATL の治療標的の一つとなり得ると考えられる。現在、この分子経路を阻害する評価系を構築し、低分子化合物や抗 CADM1 抗体の阻害活性について検討を進めている。

４．まとめ

　以上の結果を図2にまとめた。CADM1 は上皮では上皮様細胞形態の形成に関わり、様々な癌で不活化が認められ、癌抑制遺伝子として機能する。この場合、下流には 4.1群タンパク質、MAGuK タンパク質群が結合し、三者複合体を形成して腫瘍抑制機能を示す。一方、ATL においては CADM1 は過剰発現し、細胞の運動性、浸潤性を促進する。この場合、下流には Tiam1 が結合し、低分子量 G タンパク質を活性化すると考えられる。 CADM1 のこのような二面性は、細胞膜に局在することにも起因すると考えられ、細胞接着分子の機能に新たな解釈を与える知見である。さらに最近、これら細胞接着分子群が細胞膜上で、他のシグナル伝達分子とクロストークすることも見出されている。細胞接着分子群が接着に関わり、その欠如は脱接着を生じて結果的に細胞の癌化を進める、という受動的な機構のみならず、細胞の増殖や運動に関わるシグナル伝達を積極的に修飾しているという事実が次第に明らかになりつつある。また、ATL で示されたように、CADM1 分子経路の阻害は浸潤・転移抑制医薬品の開発につながる可能性があり、その分子標的という見地からも新たな CADM1 分子経路の同定は興味深いと思われる。