プリンキピア

第16章遺伝子発現

Cancer and Epigenetic Alterationsがんとエピジェネティックな変化

Silencing genes through epigenetic mechanisms is also very common in cancer cells. There are characteristic modifications to histone proteins and DNA that are associated with silenced genes. In cancer cells, the DNA in the promoter region of silenced genes is methylated on cytosine DNA residues in CpG islands. Histone proteins that surround that region lack the acetylation modification that is present when the genes are expressed in normal cells. This combination of DNA methylation and histone deacetylation (epigenetic modifications that lead to gene silencing) is commonly found in cancer. When these modifications occur, the gene present in that chromosomal region is silenced. Increasingly, scientists understand how epigenetic changes are altered in cancer. Because these changes are temporary and can be reversed—for example, by preventing the action of the histone deacetylase protein that removes acetyl groups, or by DNA methyl transferase enzymes that add methyl groups to cytosines in DNA—it is possible to design new drugs and new therapies to take advantage of the reversible nature of these processes. Indeed, many researchers are testing how a silenced gene can be switched back on in a cancer cell to help re-establish normal growth patterns.
英語のヒント
エピジェネティックな仕組みによって遺伝子の発現が抑えられることも、がん細胞ではきわめて一般的である。発現が抑えられた遺伝子に伴って、ヒストンタンパク質やDNAに特徴的な修飾が見られる。がん細胞では、発現が抑えられた遺伝子のプロモーター領域にあるDNAのCpGアイランドで、シトシン残基がメチル化されている。その領域を取り巻くヒストンタンパク質には、正常細胞でその遺伝子が発現しているときに見られるアセチル化修飾がない。DNAのメチル化とヒストンの脱アセチル化という組み合わせ(遺伝子サイレンシングをもたらすエピジェネティックな修飾)は、がんでよく見られる。これらの修飾が起こると、その染色体領域にある遺伝子の発現は抑えられる。科学者たちは、がんにおいてエピジェネティックな変化がどのように変わっているかを、ますます理解するようになっている。これらの変化は一時的で、逆転させることができる。例えば、アセチル基を取り除くヒストン脱アセチル化酵素タンパク質の働きを妨げたり、DNA中のシトシンにメチル基を付加するDNAメチルトランスフェラーゼ酵素に働きかけたりする方法がある。そのため、こうした過程の可逆性を利用した新薬や新しい治療法を設計できる。実際、多くの研究者が、がん細胞で発現の抑えられた遺伝子を再びオンにし、正常な増殖パターンの回復を助ける方法を検証している。
Genes involved in the development of many other illnesses, ranging from allergies to inflammation to autism, are thought to be regulated by epigenetic mechanisms. As our knowledge of how genes are controlled deepens, new ways to treat diseases like cancer will emerge.
英語のヒント
アレルギー、炎症、自閉症まで、ほかの多くの疾患の発症に関わる遺伝子も、エピジェネティックな仕組みで調節されると考えられている。遺伝子がどのように制御されるかについての知識が深まるにつれ、がんなどの病気を治療する新しい方法が生まれるだろう。

Cancer and Transcriptional Controlがんと転写制御

Alterations in cells that give rise to cancer can affect the transcriptional control of gene expression. Mutations that activate transcription factors, such as increased phosphorylation, can increase the binding of a transcription factor to its binding site in a promoter. This could lead to increased transcriptional activation of that gene that results in modified cell growth. Alternatively, a mutation in the DNA of a promoter or enhancer region can increase the binding ability of a transcription factor. This could also lead to the increased transcription and aberrant gene expression that is seen in cancer cells.
英語のヒント
がんを引き起こす細胞の変化は、遺伝子発現の転写段階での制御に影響することがある。リン酸化の増加など、転写因子を活性化する変異は、プロモーター内の結合部位への転写因子の結合を増やすことがある。これにより、その遺伝子の転写の活性化が増し、細胞増殖が変化する可能性がある。また、プロモーター領域やエンハンサー領域のDNAの変異によって、転写因子が結合しやすくなる場合もある。これも、がん細胞で見られる転写の増加や異常な遺伝子発現につながりうる。
Researchers have been investigating how to control the transcriptional activation of gene expression in cancer. Identifying how a transcription factor binds, or a pathway that activates where a gene can be turned off, has led to new drugs and new ways to treat cancer. In breast cancer, for example, many proteins are overexpressed. This can lead to increased phosphorylation of key transcription factors that increase transcription. One such example is the overexpression of the epidermal growth-factor receptor (EGFR) in a subset of breast cancers. The EGFR pathway activates many protein kinases that, in turn, activate many transcription factors which control genes involved in cell growth. New drugs that prevent the activation of EGFR have been developed and are used to treat these cancers.
英語のヒント
研究者たちは、がんにおける遺伝子発現の転写活性化を制御する方法を調べてきた。転写因子の結合の仕方や、遺伝子をオフにできる箇所をもつ活性化経路を明らかにすることが、新薬や新しいがん治療法につながっている。例えば乳がんでは、多くのタンパク質が過剰発現する。これにより、転写を増やす主要な転写因子のリン酸化が増える場合がある。その一例が、一部の乳がんで見られる上皮成長因子受容体(EGFR)の過剰発現である。EGFRの経路は多くのタンパク質キナーゼを活性化し、それらがさらに、細胞増殖に関わる遺伝子を制御する多くの転写因子を活性化する。EGFRの活性化を妨げる新薬が開発され、これらのがんの治療に使われている。

Cancer and Post-transcriptional Controlがんと転写後制御

Changes in the post-transcriptional control of a gene can also result in cancer. Recently, several groups of researchers have shown that specific cancers have altered expression of miRNAs. Because miRNAs bind to the 3' UTR of RNA molecules to degrade them, overexpression of these miRNAs could be detrimental to normal cellular activity. Too many miRNAs could dramatically decrease the RNA population, leading to a decrease in protein expression. Several studies have demonstrated a change in the miRNA population in specific cancer types. It appears that the subset of miRNAs expressed in breast cancer cells is quite different from the subset expressed in lung cancer cells or even from normal breast cells. This suggests that alterations in miRNA activity can contribute to the growth of breast cancer cells. These types of studies also suggest that if some miRNAs are specifically expressed only in cancer cells, they could be potential drug targets. It would, therefore, be conceivable that new drugs that turn off miRNA expression in cancer could be an effective method to treat cancer.
英語のヒント
遺伝子の転写後制御の変化も、がんをもたらすことがある。近年、複数の研究グループが、特定のがんではmiRNAの発現が変化していることを示している。miRNAはRNA分子の3′ UTRに結合してそれを分解するため、これらのmiRNAの過剰発現は、正常な細胞活動に有害となりうる。miRNAが多すぎると、RNAの集団が大幅に減少し、タンパク質発現が低下する可能性がある。特定の種類のがんで、miRNAの集団が変化していることを示した研究がいくつかある。乳がん細胞で発現するmiRNAの組み合わせは、肺がん細胞で発現する組み合わせだけでなく、正常な乳房の細胞のものとも大きく異なるようである。これは、miRNAの活性の変化が乳がん細胞の増殖に寄与しうることを示唆している。この種の研究はまた、あるmiRNAががん細胞だけで特異的に発現するならば、それが薬の標的となる可能性を示唆している。したがって、がんでのmiRNAの発現をオフにする新薬が、効果的ながん治療法となることも考えられる。

Cancer and Translational/Post-translational Controlがんと翻訳・翻訳後制御

There are many examples of how translational or post-translational modifications of proteins arise in cancer. Modifications are found in cancer cells from the increased translation of a protein to changes in protein phosphorylation to alternative splice variants of a protein. An example of how the expression of an alternative form of a protein can have dramatically different outcomes is seen in colon cancer cells. The c-Flip protein, a protein involved in mediating the cell-death pathway, comes in two forms: long (c-FLIPL) and short (c-FLIPS). Both forms appear to be involved in initiating controlled cell-death mechanisms in normal cells. However, in colon cancer cells, expression of the long form results in increased cell growth instead of cell death. Clearly, the expression of the wrong protein dramatically alters cell function and contributes to the development of cancer.
英語のヒント
がんでタンパク質の翻訳段階や翻訳後の修飾が生じる例は数多くある。がん細胞では、タンパク質の翻訳量の増加から、タンパク質のリン酸化の変化、タンパク質の選択的スプライシング変異体まで、さまざまな変化が見られる。タンパク質の別の型の発現が、どれほど異なる結果をもたらしうるかを示す例が、結腸がん細胞で見られる。細胞死経路の仲介に関わるc-Flipタンパク質には、長い型(c-FLIPL)と短い型(c-FLIPS)の二つがある。正常細胞では、どちらの型も制御された細胞死の仕組みの開始に関与するようである。しかし、結腸がん細胞で長い型が発現すると、細胞死ではなく細胞増殖の増加が起こる。このように、不適切なタンパク質の発現は細胞の機能を大きく変え、がんの発生に寄与する。