"アクチン＝キナーゼ" (AK) は発癌酵素: 普遍性のある研究の「穴場」！

１９８０年代の初頭、瀬古選手が「ボストン」マラソンで活躍していた頃、私は南独（ミュンヘン）のマックス＝プランク研究所で、アメーバ運動のメカニズムを解明する目的で、「フィザルム」と呼ばれる粘菌アメーバで見つけた新しいキナーゼを研究していた。 このキナーゼはアクチン＝キナーゼの一種で、「フラグミン」と呼ばれる蛋白がアクチンに結合すると初めて、アクチンを燐酸化する珍しい酵素（ＡＦ　ｋｉｎａｓｅ）of 80 kDa である。

フラグミンはカルシウム依存下にアクチンと結合し、(アクチン線維の片端=barbed end に結合して) アクチンの重合を制御する "キャッピング蛋白" として機能するが、AF複合体中のアクチンがいったん燐酸化されると、キャッピング機能自体もカルシウム依存性になる。 しかも、カルシウム存在下では、AF複合体中のアクチンは燐酸化されない。  従って、(AF kinase は ) 非常に魅力ある酵素だった。

ＮＩＨで土壌アメーバからミオシンを燐酸化する「ＰＡＫ」というキナーゼを見つけて以来、私はいわゆる「キナーゼの猟人」になっていた。当時、発癌キナーゼである「ＳＲＣ」が発見され、新しいキナーゼを発見することが、若い生化学たちの間でブームになっていた。アクチンを燐酸化するキナーゼは誰も未だ見つけていなかった。 そこで、「ＡＦ　ｋｉｎａｓｅ」は、その先駆となった。 ところが、一つ困ったことが生じた。 「ＰＡＫ」は哺乳類にも存在するから、研究に「普遍性」があった。 ところが、「ＡＦ　ｋｉｎａｓｅ」は、アメーバ以外では、その存在を証明し難かった。 従って、研究自体はすこぶる面白くとも、普遍性に欠ける可能性があった。

そこで、色々思案した結果、「Ｎａｔｕｒｅ」誌に論文を発表後、「ＡＦ　ｋｉｎａｓｅ」の研究を断念した。ギア=チェンジ (Recombinant DNA Technology の習得) をして、豪州に永住し、発癌の研究を開始してから間もなく、幸い「ＰＡＫ」が発癌キナーゼであることが判明した。  こうして、我々の「ＰＡＫ遮断剤の開発」研究が開始された。

他方、「ＡＦ　ｋｉｎａｓｅ」については、発見から何と２０年も経ってから、米国のインディアナ州立大学の研究グループによって、哺乳類細胞にも存在することが実証された。細胞をフォスファターゼ (脱燐酸化酵素) 阻害剤 (Calyculin A) で処理すると、アクチンの燐酸化が容易に検出されるようになった (1)。 更に、アクチンの燐酸化が細胞の癌化現象に関与している可能性も示唆されている (1, 2)。 従って、「ＡＦ　ｋｉｎａｓｅ」もＰＡＫと同様、発癌キナーゼである可能性がある。 更に、面白いことには、ＰＡＫは抗生物質「スタウロスポーリン」（ＳＴ）によって阻害されるが、アクチンの燐酸化はＳＴによって、阻害されない。

従って、今や「アクチンの燐酸化酵素 (キナーゼ) 」研究には十分に「普遍性」がある上、研究をしているグループがまだごく少ないので、「穴場」である。

 なお、国立癌センターの研究によれば、「カリクリンA 」(Calyculin A) は海綿由来の燐酸化合物で、発癌作用があると共に、「カルシウムチャネル=ブロッカー」でもある (2)。

１９８０年代の後半まで、ＮＩＨ／ＮＣＩに角永武夫という年配（５０前後) の癌学者 (１９８8年に癌で他界) が活躍していた。 彼は癌細胞の中に不思議な beta-アクチンの変異体を見つけた。244番目のGLY がASPに置換されているミュータントである (3)。 このミュータントを正常な細胞に挿入すると、何故か癌化した。 しかしながら、そのメカニズムは不明のままに終わった。

さて、アクチンが燐酸化されると、201-203番目にあるTHRが特異的に燐酸化される。 通常、燐酸化されるアミノ酸を「酸性のアミノ酸」 (GLU かASP) に置換すると、燐酸化された場合と同様な挙動を蛋白が示す。

201-203 はアクチンの重合に関与している部分の一部 (pointed end) で、燐酸化が起こると重合し難くなる。 従って、201-203 番目付近にあるアミノ酸を「酸性のアミノ酸」で置換すると、重合し難くなるはずである。

さて、244番目がASPに置換された(アクチン) ミュータントも重合し難い (3)。 従って、これはまだ私の「想像の域」を脱しないが、201-203番目を「酸性のアミノ酸」に置換したミュータントを、正常細胞に挿入 (発現) すれば癌化する可能性がある。  もし、それが実証されれば、（ＰＡＫと同様) 「アクチン=キナーゼ」は発癌キナーゼということになる。 そうすれば、このキナーゼの阻害剤を開発すれば、癌を治療しうるはずである。

実際にアクチンの3次元 (立体) 構造を調べてみると、244番目と201-203 番目のアミノ酸は殆んど隣同志にある。 従って、私の想像は "9分通り" 的中している！

 更に一歩進めて、ＰＡＫ と(発癌キナーゼ候補である) 「アクチン=キナーゼ」（ＡＫ）との関係を探る目的で、水平思考を重ねてみよう。 ＰＡＫ は「LIM kinase」を介して、「コフィリン」 と呼ばれる (フラグミン類似の機能を持つ) アクチン結合蛋白を燐酸化して、アクチンの重合を促進する。  従って、ＰＡＫ が何らかの経路でＡＫを活性化して、アクチンの重合を促進する可能性もある。  それを実験的に確認するのはごく簡単にできる。

例えば、先ず癌細胞 (A549) を「カリクリンA 」で処理して、アクチンの燐酸化を確かめた後、更にＰＡＫ遮断剤でも細胞を処理して、アクチンの燐酸化が抑えられるかどうかを調べる。 もし、アクチン燐酸化が抑えられれば、ＡＫ (発癌キナーゼ) の活性化にはＰＡＫが必須であることが実証される。。。 これに関連して、２００１年にハーバード大学医学部の研究グループ (John Badwey ら) から、大変面白い報告が出ている。 好中球 (白血球の一種) を「カリクリンA 」で処理すると、ＰＡＫが活性化する(4)。  "エベレスト登頂" にたとえれば、我々（「ＰＡＫーＡＫ」遠征隊) はようやく 「サウス=コル」付近にさしかかっている。最後の難所は「ヒラリー＝チムニー （ステップ）」 と呼ばれる岩場である。 これを無事クリアできれば、"未踏の頂上" はすぐ間近である。

ＡＫの発見は実は偶然だった。細胞性粘菌 (アメーバの一種) に存在するＰＡＫ以外のミオシン=キナーゼの活性がカルシウムによって阻害されることを発見してから、同じようなキナーゼが別の粘菌アメーバにも存在するかどうかを確かめている中に、フィザルムの場合は意外にも、アクチン=キナーゼがカルシウムによって阻害されることを見つけた。 そこで、私は研究テーマを「ミオシン=キナーゼ」から「アクチン=キナーゼ」へ変更した。 勿論、"細胞性粘菌"専門の教授は、テーマの変更に同意しなかったので、私は隣の"フィザルム"の研究室へ移動を決意した。 日本の大学や研究所では、このような「離れ業」はとてもできない。 

参考文献: 

1. Gu L, Zhang H, Chen Q, Chen J. Calyculin A-induced actin phosphorylation and depolymerization in renal epithelial cells. Cell Motil Cytoskeleton. 2003; 54(4):286-95.
 2. Suganuma M, Fujiki H, Furuya-Suguri H, Yoshizawa S, Yasumoto S, Kato Y, Fusetani N, Sugimura T. (1990). Calyculin A, an inhibitor of protein phosphatases, a potent tumor promoter on CD-1 mouse skin。 Cancer Res. 50 (12): 3521-5.
3. Taniguchi S¹, Sagara J, Kakunaga T. Deficient polymerization in vitro of a point-mutated beta-actin expressed in a transformed human fibroblast cell line. J Biochem. 1988. 103(4):707-13.

4. Lian JP, Toker A, Badwey JA. Phosphorylation of the activation loop of gamma p21-activated kinase (gamma-Pak) and related kinases (MSTs) in normal and stressed neutrophils. J Immunol. 2001; 166(10):6349-57.

 

日本生化学界の大御所、早石修さん (９５歳) が 他界！

アミノ酸 (例えば、チロシン) などが生体内で酸化する反応について、酵素の働きで空気中の酸素が直接、物質に取り込まれる反応もあると考え、アメリカの国立衛生研究所（ＮＩＨ）毒物学部長だった１９５５年、この考えを裏付ける「酸素添加酵素」(Oxygenase) の存在を実証した。例えば、メラニン色素合成に関与するチロシナーゼもOxygenase 群の一種である。 Oxygenase は 「ハヤイシ酵素」 とも呼ばれ、世界的に有名である。 １９５８年に米国から帰国し、３８歳で京大医学部教授に就任。 １９６７年には、日本学士院賞を受けている。後年、大阪医科大学長、大阪バイオサイエンス研究所（今年３月解散）所長などを歴任。

早石教授は、睡眠の研究にも取り組み、炎症や痛みの原因物質 「プロスタグランジン」の研究など、後年まで精力的に活動を続けた。 数年前、ドイツのミュンヘン大学の研究者によれば、プロスタグランジンの合成に必須な酵素「ＣＯＸー２」(Cyclo-oxygenase-2) を抑制すると、精神分裂症 (統合失調症) や鬱病が 軽減されることが判明した(1)。

 「ＣＯＸー２」を抑制すると、鎮痛ばかりではなく、安眠を促進することもわかっている。前述したが、チロシナーゼ遺伝子の転写ばかりでがなく、「ＣＯＸー２」遺伝子の転写にも、ＰＡＫが必須である。従って、プロポリスなどのＰＡＫ遮断剤を経口すると、多少眠気を催すのは、「ＣＯＸー２」の機能が抑制され、催眠効果が発揮されるからであると解釈される。 従って、車の運転前には、経口を控えたほうが無難である。勿論、就寝前に飲むのがタイミングとしては理想的であろう。

私の恩師である水野伝一教授 (95) は未だ健在だが、かつて東大薬学部教授だった頃、早石教授と共に、我々 (若い生化学者) を新しい学問分野 「分子生物学」へ引っ張っていく原動力になった。 水野先生自身は「癌の免疫療法」に力を入れていたが、我々学生たちは、「生物学なら何を研究しても構わない」 と常に言われていた。 結局、私自身は "癌の化学療法" (特に、「ＰＡＫ遮断剤による難病の療法」) に焦点を合わせることとなった。

私自身は早石教授と直接面識はなかったが、ＰＡＫとOxygenase 群との間の深い関係から、早石教授のお弟子さんたち (あるいは孫弟子の世代) と共同研究をする機会を得た。  早石教授もその弟子である西塚泰美教授 (キナーゼ「PKC」研究の専門家) もノーベル賞候補に挙げられていたが、結局、受賞を逃した。 その理由は幾つかあろうが、恐らく一つは、研究が余りにも基礎的で臨床への繋がりが少なかったからだろうと推察する。医学者や薬学者は、いわゆる「象牙の塔」の研究に甘んじず、「患者の目線」で研究しないと、なかなか受賞に結びつかない。 「マンネリ」ではなく 「ギア=チェンジ」が必要である。

 面白い偶然だが、早石さんがＮＩＨで悪玉「Oxygenase 」を発見したのは35歳、私自身がＮＩＨで悪玉「ＰＡＫ 」を発見したのも35歳だった。 違いは早石さんはその後間もなく日本に帰国し「教授職」を得たが、私は海外にずっと残って「研究の自由」(冒険) を選んだ。 学生たちをリモートコントロールするよりも、自ら好きな研究をした方がずっと楽しいからである。 もっとも、10年ほど前に (海外の) 癌研究所を退官して以後は、専ら "リモコン" (電子メール) で、(海外各地に散らばる) 後輩の指導をしながら研究成果を上げつつある。

１９９２年に 「ＣＯＸー２」遺伝子 (cDNA) を最初にクローンしたグループがＮＩＨの直ぐ隣りにあった「赤十字」研 (Holland Lab) 所属であることを、実は最近知った。この研究所は小さい割に研究成果を上げていた機関である。 私がＮＩＨ勤務だった頃 （１９７０年代後半）、私の大学 (教養学部) 時代の同級生 (諸井君) 夫婦が赤十字研で血小板の研究していたので、その存在を知った。 ＰＤＧＦ(血小板由来成長因子) はＰＡＫを介してＣＯＸー２を誘導する。 さて、彼と私は陸上部 (長距離) に属していたので、ＮＩＨ構内で (研究室対抗の) 駅伝レースが初めて開催された時、(臨時に) 彼を我々の「ＰＡＫ」研チームに スカウトして優勝を果たし、「文武両道」を誇った思い出がある。 我々の時代には (今と違って)、 東大陸上部は「箱根駅伝の予選」にも参加できなかった。弱体で、長距離を走れる部員が10名もいなかったからだ。そこで、ＮＩＨで気勢を上げた。。。

参考文献: 
1. Müller N, Schwarz MJ. COX-2 inhibition in schizophrenia and major depression. Curr Pharm Des. 2008;14(14):1452-65.

抄訳「ドクター アロースミス」(シンクレア=ルイス著): 医学を志す青年の理想と現実

米国初のノーベル文学賞作家 「シンクレア=ルイス」 の名作 (1925年出版)。 主人公マーチン=アロースミスは医学生。 20世紀の初め、細菌学の研究 (伝染病の免疫療法の開発) が医学の主流を占めていた頃、「細菌学研究こそ自分の生きる道」と信じ込んで、細菌学の大家「ゴットリーブ」教授に師事したが、色々と複雑な事情から、一時医学部を停学、若い看護婦レオーラと駆け落ちをするなど、挫折時代が続くが、立ち直って、医学部に復学、卒業後、新婦の住むノース=ダコタ州の田舎町で開業医となる。青年の理想と現実をめぐる葛藤を描いた感動的なピューリッツー受賞辞退作。 「細菌学」を「分子医科学」に置き換えれば、今世紀の医学志望の青年たちにも十分通用する作品。 ただし、1997年出版の本邦訳 (小学館) は学生向けに、英文原作の半分ほど (主に前半の学生時代を中心) を抄訳 したものである。

 物語の舞台は、今から9０年近く昔、ちょうど野口英世がロックフェラー研究所で梅毒菌に関する研究をしていた頃であり、モデルになっているのは、この研究所にいたある細菌学者である（野口英世自身ではなさそう！）。　実は、この小説は著者 「シンクレア・ルイス」と 細菌学者「ポール・ド・クライフ」との合作である。 後者は翌年に出版されたベストセラー「微生物の狩人」（１９２６年）の著者で、作家になる以前、ロックフェラー研究所で細菌の研究をしていた。 だから、この小説には臨場感があり溢れている。 結局、主人公は過疎地の医者になる決心をする。目下欧米で放映中の英国製人気テレビドラマ「ドック　マーチン」（主人公は、過疎地の風変わりな開業医）のタイトルは、どうやらこの古典小説からヒントを得えたようだ。
　
もう１つ面白いのは、この小説に端役で登場する人物のモデルになった有名な学者である。ロックフェラー研究所 のペイトン・ラウスという癌ウイルス学者。 彼は１９１１年に最初の癌ウイルスを発見したが、それが世界的に認められてノーベル賞をもらうようになったのは、なんと半世紀も後のことだ。 小説が書かれた１９２５年当時には、彼の業績に対する学界の評価はかなり低く、小説でもそれが反映されてか、ぱっとしない人物に描かれているのは、同業の癌学者である私には、とても残念に思われる。。。

ＮＦなどの脳腫瘍に効く最強の 「PAK遮断剤」 (15K) を開発！

ＵＳ特許を申請する予定なので、詳しい情報は後述に譲るが、この新規誘導体は水溶性であるばかりではなく、細胞透過性が極めて高く （ＩＣ５０＝２４　ｎＭ）、しかも (「ＦＫ２２８」と違って) 血管脳関門を通過するので、ＮＦやＴＳＣなどの脳腫瘍や脳疾患の治療にも使用しうる。 原料の化合物は既に25年以上「抗炎症剤」や「鎮痛剤」として市販されてきた安全なRAC阻害剤/PAK遮断剤で、今回ある水溶性の側鎖をエステル結合させて、細胞透過性を500倍 以上高めることに成功した。 

その上、意外にも、このエステル化により, PAK遮断活性を500倍、COX-2阻害活性を少なくとも20倍高めることも判明した。従って、これら2つの阻害活性（2丁拳銃）による相乗作用によって、強力な抗癌作用を発揮すると考えられる。

海外の大手製薬会社に (市場) 独占権を保証するライセンスを売り込むことができれば、市販をめざして一連の臨床テストが開始されるだろう。

 最近、熱帯の伝染病に効く「イベルメクチン」を開発した大村さんらがノーベル賞をもらったが、実は数年前に、この抗生物質もＰＡＫ遮断剤にあることを我々は見つけた (前述)。 しかしながら、血管脳関門を通過しにくいので、脳腫瘍やその他様々な脳疾患の治療には役立たない。しかも、細胞透過性が悪く、抗癌剤としては、(臨床では) 実用性が乏しい。 ところが、抗癌作用で比較すると、「15K」は「イベルメクチン」の千倍近く抗癌性が高い。従って、欧米の大手製薬会社が「15K」の特許に飛び付いてくることは疑いの余地がない。 国際特許を獲得するためには、費用が100万円ほどかかる。  しかし、「投資しなければ、"軍資金" は得られない」。 特許を獲得すれば、ライセンスを "Roche" などへ 売却して、"研究資金" (200億円) が得られる可能性が出てきた。。  この資金を、今後のPAK遮断剤の更なる開発研究に生かしたい。

歴史の好きな読者諸君のために一言:  今から74年前 (1941年) の12月7日、ハワイの真珠湾を(無謀にも) 日本海軍が奇襲したため、太平洋戦争が勃発し、最終的には米国により広島と長崎に原爆を投下され、無条件降伏を受諾せざるをえなくなった。 我々の「15K」は、ＮＦなどの脳腫瘍を奇襲攻撃する言わば沖縄発の新型「零(ゼロ) 戦闘機」（Ｍａｇｉｃ　Ｂｕｌｌｅｔ）である。しかし、今回の場合は、敵 (PAK) から「返り打ち」を受けずに、脳腫瘍などの「PAK依存性症候群」を全て首尾良く無条件降伏させたいものである。 

風に乗り、新薬「15K」が世界の大空に飛び立つ日が待ち遠しい！

ザクロの果皮にはPAK遮断剤が含れている！

ザクロの果皮は、石榴実皮 (せきりゅうじっぴ) と呼ばれる漢方薬の一種で、インドやペルシャ (中東)では、古来からマラリアの治療などに使用されていた。 さて、マラリアはPAK依存性の伝染病である。 従って、ザクロの果皮にPAK遮断剤が含れている可能性が浮上してきた。 そこで、ザクロ果皮エキスに一体どのような薬理作用があるのかを文献で詳しく当たってみた。すると、抗癌作用や抗炎作用もあることがわかった。 更に、メラニン合成を抑える作用もある。 これら一連の薬理作用は、PAK遮断作用がザクロ果皮にあることを強く示唆している。

ごく最近、トルコのイスタンブール大学の研究グループによって、ザクロ果皮のエキス(5 mg/ml) がセンチュウの寿命を延ばすことが実証された(1)。  従って、ザクロ果皮にPAK遮断剤が含まれることは、殆んど確実である。

参考文献: 

1. Kılıçgün H¹, Arda N², Uçar EÖ² . Identification of longevity, fertility and growth-promoting properties of pomegranate in Caenorhabditis elegans. Pharmacogn Mag. 2015 Apr-Jun;11(42):356-9.