EZH2

EZH2はPRC2の一部として、ヒストンコードの一部として特徴づけられているヒストン修飾であるH3K27のトリメチル化（ H3K27me3 ）を触媒します。^{[ 16 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}ヒストンコードとは、ヒストンタンパク質のメチル化、アセチル化、ユビキチン化などの化学修飾が、遺伝子転写のエピジェネティック制御において独特の役割を果たすという理論です。EZH2を介したH3K27me3の触媒作用は、長期転写抑制と関連しています。^{[ 16 ] [ 20 ] [ 21 ]}

EZH2 は、他のポリコーム群タンパク質と同様に、細胞分裂を通じて遺伝子抑制を確立および維持することに関与している。^{[ 17 ] [ 20 ]}この転写抑制状態は、PRC2/EZH2-EED を介した H3K27 メチル化とそれに続くPRC1のリクルートメントによってクロマチンの凝縮とヘテロクロマチンの形成が促進されることによるものと考えられている。^{[ 20 ]}ヘテロクロマチンは密に詰まったクロマチンであり、転写機構が下の DNA にアクセスできないように制限し、それによって転写を抑制する。^{[ 23 ]}

細胞分裂中、ヘテロクロマチン形成は適切な染色体分離に必要である。^{[ 24 ]} PRC2/EED-EZH2複合体は、DNAメチルトランスフェラーゼ（DNMT）のリクルートにも関与している可能性があり、その結果、転写抑制のもう1つのエピジェネティック層であるDNAメチル化が増加する。^{[ 16 ] [ 17 ]} EZH2を介した転写抑制の標的として特定された特定の遺伝子には、HOXA9、HOXC8、MYT1、CDKN2A、およびレチノイン酸標的遺伝子が含まれる。^{[ 16 ]}

癌において、EZH2はPRC2とは独立して転写の活性化に役割を果たしている可能性がある。^{[ 17 ]}乳癌細胞では、EZH2は刺激に対する応答に関与するNF-κB標的遺伝子を活性化することが示されている。^{[ 17 ]}この活性の機能的役割とそのメカニズムはまだ不明である。

EZH2は発生において重要な役割を果たしている。特に、細胞分化を制御する遺伝子の転写抑制の制御に役立っている。^{[ 17 ] [ 18 ] [ 20 ] [ 21 ]}胚性幹細胞では、発生遺伝子を含む領域におけるEZH2を介したH3K27me3のトリメチル化が、正常な細胞分化の維持に重要であると考えられる。^{[ 20 ]} H3K27me3は、発生中の女性における一方のX染色体の不活性化であるX不活性化を促進する上でも重要である。 ^{[ 22 ]} X不活性化の過程では、EZH2がH3K27をトリメチル化することによってヘテロクロマチン形成の開始に関与し、他のヒストンメチルトランスフェラーゼやヒストンマークが不活性化状態の維持に関与していると考えられている。^{[ 25 ]}

さらに、EZH2はB細胞とT細胞の発達と分化に関与する必須タンパク質として同定されている。^{[ 18 ]} H3K27me3は分化を促進する遺伝子の抑制に関与し、B細胞とT細胞の未分化状態を維持し、造血の調節において重要な役割を果たしている。^{[ 18 ] [ 26 ] [ 27 ]}

EZH2 の活性は、EZH2 上のスレオニンおよびセリン残基の翻訳後リン酸化によって調節される。^{[ 28 ]}具体的には、 T350 のリン酸化はEZH2 活性の増加と関連付けられており、T492 および S21 のリン酸化は EZH2 活性の低下と関連付けられている。^{[ 21 ] [ 28 ]} T492 のリン酸化は、ヒト EZH2 と PRC2 複合体内の結合パートナーとの間の接触を破壊し、触媒活性を阻害することが示唆されている。^{[ 21 ]}

リン酸化に加えて、PRC2/EZH2-EED活性は、 H3K27のアセチル化（ H3K27ac）やH3K36のメチル化（H3K36me）などの転写活性化ヒストン修飾によって拮抗されることも示されている。 ^{[ 21 ] [ 29 ]}

EZH2の発現は、ヒトの正常乳腺上皮およびヒト乳癌においてエストロゲンシグナル伝達によって制御されている。^{[ 30 ]}

メチル化とは、-CH ₃またはメチル基を別の分子に付加することです。生物学では、メチル化は通常酵素によって触媒され、メチル基は一般的にタンパク質または核酸に付加されます。EZH2 が触媒するメチル化では、ヒストン h3 のアミノ酸リジンがメチル化されます。このアミノ酸残基は、末端のアンモニウム基で最大 3 回メチル化される可能性があります。これらのメチル化されたリジンは、哺乳類の遺伝子発現の制御において重要であり、ヘテロクロマチン形成、X 染色体不活性化、および転写調節において機能的な役割を果たします。^{[ 34 ]}哺乳類の染色体では、ヒストンリジンのメチル化は、メチル化部位に応じて遺伝子を活性化または抑制することができます。最近の研究により、EZH2複合体のサイレンシング機能の少なくとも一部は、ヒストンH3のリジン27のメチル化であることが示されています。 ^{[ 35 ]}メチル化やその他の修飾はヒストン上で起こります。メチル化修飾は、これらのヒストンへのタンパク質の結合に影響を与え、転写を活性化または阻害する可能性があります。^{[ 24 ]}

EZH2は、基質タンパク質のリジン側鎖にメチル基を付加する機能を持つSETドメインファミリーのリジンメチルトランスフェラーゼのメンバーです。^{[ 36 ]} SETメチルトランスフェラーゼは、触媒活性のためにメチル供与体として機能するS-アデノシルメチオニン（SAM）補因子に依存しています。SETドメインタンパク質は、基質とSAM補因子を酵素の活性部位の反対側に結合するという点で、他のSAM依存性メチルトランスフェラーゼとは異なります。基質と補因子のこの配置により、基質結合を阻害することなくSAMが解離することができ、基質の解離なしにリジンメチル化の複数回のラウンドにつながる可能性があります。^{[ 36 ]}

EZH2の基質結合型またはSAM結合型の結晶構造はまだ解明されていないが、ヒトSET7/9メチルトランスフェラーゼとのSTAMP構造アライメントにより、EZH2の推定活性部位内にほぼ同一の位置に保存されたチロシン残基が存在することが明らかになった。

以前は、EZH2活性部位のチロシン726が一般塩基として基質リジンを脱プロトン化していると考えられていたが、速度論的同位体効果により、活性部位残基はメチルトランスフェラーゼ反応の化学に直接関与していないことが示された。^{[ 37 ]}代わりに、これらの実験は、残基が基質リジン残基のpKaを低下させると同時に、活性部位内部のリジン側鎖に水がアクセスするためのチャネルを提供するというメカニズムを支持している。バルク溶媒の水はリジン側鎖を容易に脱プロトン化することができ、 SN2_のような反応でSAM補因子の求核攻撃を活性化し、SAMからリジン側鎖へのメチル基の転移をもたらす。^{[ 37 ]}

EZH2は主にH3K27のモノメチル化とジメチル化を触媒するが、チロシン641残基がフェニルアラニンに臨床的に関連のある変異（Y641F）を起こすと、H3K27のトリメチル化活性が高くなる。^{[ 37 ] [ 38 ]} Y641上のヒドロキシル基の除去により立体障害が解消され、基質リジンに3つ目のメチル基が収容されるようになると考えられている。

EZH2は、がん細胞の分裂と増殖を促進するため、抗がん療法の魅力的な標的です。乳がん、前立腺がん、膀胱がん、子宮がん、腎臓がん、メラノーマ、リンパ腫など、幅広い種類のがんにおいて、健康な細胞よりも多く存在します。EZH2は遺伝子抑制因子であるため、過剰発現すると、通常はオンになっている多くの腫瘍抑制遺伝子がオフになります。EZH2の機能を阻害すると、これらの腫瘍抑制遺伝子がEZH2によってサイレンシングされないため、報告されているいくつかの症例では悪性腫瘍が縮小します。 ^{[ 39 ]} EZH2は通常、健康な成人では発現していません。胎児の発育中に活発に分裂している細胞など、活発に分裂している細胞にのみ存在します。^{[ 40 ]}この特性のため、EZH2の過剰発現は、がんや一部の神経変性疾患の診断マーカーとして使用できます。^{[ 15 ]}しかし、EZH2の過剰発現が疾患の原因なのか、単なる結果なのかを判断するのが難しい場合がある。単なる結果であれば、EZH2を阻害する標的としても疾患は治癒しない可能性がある。EZH2が関与する癌経路の一例として、pRB-E2F経路がある。これはpRB -E2F経路の下流に位置し、この経路からのシグナルがEZH2の過剰発現につながる。^{[ 41 ]} EZH2のもう1つの重要な特徴は、EZH2が過剰発現すると、 PRC2を形成せずに遺伝子を活性化できることである。これは、酵素のメチル化活性が複合体形成によって媒介されないことを意味するため、問題である。乳癌細胞では、EZH2は細胞増殖と生存を促進する遺伝子を活性化する。^{[ 17 ]}また、 Wntシグナル伝達因子と相互作用することで、c-mycやサイクリンD1などの制御遺伝子を活性化することもできる。^{[ 42 ]}重要なことに、活性SETドメインのチロシン641が様々なアミノ酸に変異することは、一部のB細胞リンパ腫に共通する特徴である。^{[ 43 ]}

EZH2阻害剤の開発と、腫瘍抑制遺伝子の不要なヒストンメチル化の防止は、がん研究において有望な分野である。EZH2阻害剤の開発は、タンパク質のSETドメイン活性部位を標的とすることに重点が置かれてきた。2015年までに、 3-デアザネプラノシンA（DZNep）、EPZ005687、EI1、GSK126、UNC1999など、いくつかのEZH2阻害剤が開発されている。

• DZNepは、EZH2レベルを低下させ、乳がん細胞と結腸がん細胞のアポトーシスを誘導するため、抗ウイルス作用と抗がん作用の可能性を秘めている。 ^{[ 44 ]} DZNepは、すべてのタンパク質メチルトランスフェラーゼの生成物ベースの阻害剤であるS-アデノシル-L-ホモシステイン（SAH）の加水分解を阻害し、SAHの細胞内濃度を上昇させ、その結果EZH2を阻害する。しかし、DZNepはEZH2に特異的ではなく、他のDNAメチルトランスフェラーゼも阻害する。
• EPZ005687：2012年にEpizymeという会社が、DZNepよりも選択性の高いS-アデノシルメチオニン（SAM ）競合阻害剤であるEPZ005687を発表しました。EZH1と比較してEZH2に対する選択性が50倍向上しています。この薬剤は、酵素のSETドメイン活性部位に結合することでEZH2の活性を阻害します。EPZ005687は、非ホジキンリンパ腫の治療に応用できる可能性のあるEZH2のY641およびA677変異体も阻害することができます。^{[ 45 ]}
• シネファンギン：シネファンギンはSAM競合阻害剤ですが、DZNepと同様にEZH2に特異的ではありません。^{[ 48 ]}これは、DNAメチルトランスフェラーゼの補因子結合ポケットに結合してメチル基転移を阻害することによって作用します。EI1は、ノバルティスが開発した別の阻害剤で、Y641変異を有する細胞を含むリンパ腫腫瘍細胞でEZH2阻害活性を示しました。^{[ 46 ]}この阻害剤のメカニズムも、SAM補因子とEZH2への結合を競合することを含みます。^{[ 46 ]}
• GSK-2816126 ：GSK126は、グラクソ・スミスクライン社が開発した強力なSAM競合型EZH2阻害剤で、EZH1に対する選択性が150倍高く、K _iは0.5～3 nMです。^{[ 47 ]} UNC1999はGSK126のアナログとして開発され、経口投与可能なEZH2阻害剤として初めて活性を示しました。しかし、GSK126よりも選択性が低く、EZH1にも結合するため、オフターゲット効果の可能性が高まります。
• タゼメトスタット：2013年、エピザイム社は、B細胞リンパ腫患者を対象とした別のEZH2阻害剤であるタゼメトスタット（EPZ-6438）の第I相臨床試験を開始しました。 ^{[ 49 ]} 2020年、タゼメトスタットは、タズベリクという商品名で、転移性または局所進行性類上皮肉腫の治療薬としてFDAの迅速承認を取得し、同年後半には再発性濾胞性リンパ腫患者の治療薬としても迅速承認を取得しました。^{[ 50 ]}
• バレメトスタットはEZH1/EZH2二重阻害剤であり、日本ではT細胞白血病/リンパ腫の治療薬として承認されている^{[ 51 ]。}
• メブロメトスタットは選択的EZH2阻害剤であり、現在前立腺癌の第3相臨床試験が行われている^{[ 52 ]。}

併用療法は、一次治療が失敗し始めた場合の治療法として研究されています。トポイソメラーゼ阻害剤であるエトポシドは、 EZH2阻害剤と併用すると、 BRG1およびEGFR変異を有する非小細胞肺癌に対してより効果的になります。 ^{[ 39 ]}しかし、EZH2およびリジンメチル化は、例えば骨髄異形成症候群において腫瘍抑制活性を持つ可能性があり、^{[ 53 ]} EZH2阻害がすべての場合に有益であるとは限らないことを示しています。

EZH2は、頭蓋顔面骨格要素の骨軟骨形成、すなわち骨と軟骨の発達における特定のパターン形成のエピジェネティック制御に不可欠です。 ^{[ 54 ]} EZH2は阻害因子を抑制することで、神経堤由来の顔面骨格の特徴における骨と軟骨の形成を促進します。平均以上のEZH2発現は、炎症性乳がん（IBC）として知られる最も悪性度の高い乳がんの生物学的マーカーとなっています。しかし、2013年にZhaomei Muとその同僚が行った研究では、EZH2のノックダウン遺伝子がIBC細胞の遊走と浸潤の両方を阻害することが結論付けられました。また、生体内でも、EZ​​H2ノックダウン腫瘍ではEZH2腫瘍と比較して血管が少なく、血管新生が減少したため、腫瘍の増殖が抑制されました。^{[ 55 ]}

EZH2遺伝子の変異は、骨年齢の進行、巨頭症、眼間開離を特徴とする稀な疾患であるウィーバー症候群と関連付けられています。^{[ 14 ]}ウィーバー症候群と診断された患者では、野生型EZH2の活性部位のヒスチジン残基がチロシンに変異していました。^{[ 14 ]}この変異は補因子結合を妨げ、タンパク質の自然な機能を阻害する可能性が高いです。^{[ 14 ]}