NFAT

活性化T細胞核因子（NFAT）は、免疫応答に重要であることが示されている転写因子のファミリーです。NFATファミリーの1つ以上のメンバーは、免疫系のほとんどの細胞で発現しています。NFATは、心臓、骨格筋、神経系の発達にも関与しています。NFATは、T細胞におけるIL-2の転写の活性化因子（T細胞免疫応答の調節因子）として最初に発見されましたが、その後、さらに多くの身体系の調節に重要な役割を果たすことがわかっています。^[1] NFAT転写因子は、多くの正常な身体プロセスに関与しているほか、炎症性腸疾患や数種類の癌などのいくつかの疾患の発症にも関与しています。NFATは、いくつかの異なる疾患の薬物ターゲットとしても研究されています。

NFAT転写因子ファミリーは、NFATc1、NFATc2、NFATc3、NFATc4、NFAT5の5つのメンバーで構成されています。^[2] NFATc1からNFATc4はカルシウムシグナルによって制御され、NFATファミリーの古典的なメンバーとして知られています。NFAT5は、NFATファミリーの最近発見されたメンバーであり、他のNFATメンバーとは異なる特別な特徴を持っています。^[3]

カルシウムシグナル伝達はNFATc1-4の活性化に極めて重要である。なぜなら、よく知られているカルシウムセンサータンパク質であるカルモジュリン（CaM）がセリン/スレオニンホスファターゼ カルシニューリン（CN）を活性化するからである。活性化されたCNはNFATc1-4のN末端調節ドメインにある結合部位に結合し、NFATタンパク質のN末端にも存在するセリンリッチ領域（SRR）とSPリピートを急速に脱リン酸化させる。この脱リン酸化により構造変化が起こり、核局在シグナルが露出して核移行が促進される。^[4]

一方、NFAT5 は、前述のグループでは必須の CN 結合部位を持つ N 末端調節ドメインの重要な部分を欠いています。これにより、NFAT5 の活性化はカルシウムシグナル伝達から完全に独立しています。ただし、浸透圧ストレス時にはMAPKによって制御されます。細胞が高張環境に遭遇すると、NFAT5 は核に輸送され、そこでいくつかの浸透圧保護遺伝子の転写を活性化します。そのため、腎臓髄質、皮膚、眼で発現しますが、胸腺や活性化リンパ球にも見られます。^[5]

リン酸化と脱リン酸化は、核局在シグナルをマスクしたりマスク解除したりすることでNFAT機能を制御する鍵となるが、NFAT調節ドメイン内のリン酸化部位の数が多いことからもわかるように、この脱リン酸化はカルシウムイオンの流入なしには起こり得ない。^[1]

古典的なシグナル伝達は、T細胞受容体（TCR）（PLCG1 ^{[引用が必要]}）またはB細胞受容体（BCR）（PLCG2 ^{[引用が必要] ）などのさまざまな受容体を介した}ホスホリパーゼC（ PLC ）の活性化に依存しています。この活性化により、イノシトール-1,4,5-三リン酸（IP3）とジアシルグリセロール（DAG）が放出されます。IP3は、小胞体（ER）の膜にあるIP3受容体に結合するため、カルシウム流入に特に重要です。これにより、イオンがIP3受容体を介してERから出ていくため、細胞質内のカルシウム濃度が短時間急上昇します。^{[4] [6]} ただし、これだけではNFATシグナル伝達を活性化するには不十分です。ERからのカルシウムイオンの放出は、ER膜貫通タンパク質であるSTIMタンパク質によって感知されます。通常の状況下では、STIMタンパク質はカルシウムイオンと結合するが、そのほとんどがERから放出されると、結合したイオンもSTIMタンパク質から放出される。これにより、それらはオリゴマー化し、その後、CRAC複合体の不可欠なタンパク質であるORAI1と相互作用する。この複合体は、細胞外からのカルシウムイオンの流入を選択的に許可するチャネルとして機能する。この現象は、ストア作動性カルシウム流入（SOCE）と呼ばれる。このより長いカルシウムイオンの流入のみが、前述のようにCaM/CN媒介脱リン酸化を介してNFATを完全に活性化することができる。^{[4] [6]}

SOCE は NFAT ファミリーのほとんどのタンパク質の主な活性化メカニズムですが、代替経路によっても活性化される可能性があります。この経路は、これまで NFATc2 でのみ証明されていました。この代替活性化では、 CN 媒介脱リン酸化を阻害するシクロスポリン(CsA) がこの経路を無効にしないという事実によって示されるように、SOCE は重要ではありません。その理由は、SOCE がIL7Rを介して活性化され、その後、 MAPK キナーゼ サブファミリーのメンバーであるJnk3キナーゼによって媒介される NFAT の単一チロシンのリン酸化につながるためです。^[6]

NFATの核内輸入とその後の輸出は細胞内のカルシウム濃度に依存します。カルシウム濃度が低下すると、PKA、CK1、GSK-3βなどの核内の輸出キナーゼがNFATを再リン酸化します。これによりNFATは不活性状態に戻り、細胞質に輸出され、そこで維持キナーゼが再リン酸化を完了して不活性状態を維持します。^{[4] [7]}

NFATタンパク質はDNA結合能が弱い。^[8]そのため、DNAに効果的に結合するためには、NFATタンパク質は、一般的にNFATnと呼ばれる他の核常在転写因子と協力する必要がある。^{[9] NFAT転写因子のこの重要な特徴は、カルシウムシグナルとras-MAPKやPKCなどの他}のシグナル伝達経路との統合と同時検出を可能にする。さらに、このシグナル伝達統合は、発達中の組織特異的遺伝子発現に関与している。EST配列決定プロジェクト^{[10] [11]}で特定されたncRNA配列のスクリーニングにより、 NRONと呼ばれる「活性化T細胞核因子のncRNAリプレッサー」が発見された。^[12]

NFAT依存性プロモーターおよびエンハンサーは、3～5個のNFAT結合部位を有する傾向があり、これは、効果的な転写には、協調複合体内の関連タンパク質間の高次の相乗的相互作用が必要であることを示している。これらの複合体の最もよく知られているクラスは、NFATとAP-1または他のbZIPタンパク質で構成される。このNFAT：AP-1複合体は、従来のRelファミリータンパク質のDNA結合部位に結合し、免疫細胞における遺伝子転写に関与している。^{[13] [3]}

T細胞受容体（TCR）刺激によりNFATの脱リン酸化が起こり、ほぼすべての種類のT細胞でAP-1と複合体を形成します（Tregを除く）。この複合体はサイトカインの状況に応じて、異なるT細胞サブポピュレーションの重要な転写因子を活性化します。Th1の場合はT-bet、Th2の場合はGATA3、Th17の場合はRORγ、Tfhの場合はBATFです。T細胞はほぼすべてのNFATファミリーメンバーを発現します（ NFAT3を除く）。ただし、すべてのNFATがT細胞の各サブポピュレーションに対して同じ意味を持つわけではありません。^{[5] [6]}

TCR刺激後、Th1サイトカイン条件下でT-betが活性化されると、転写因子T-betとNFATからなる複合体が、Th1細胞の最も顕著なサイトカインであるIFN-γの産生を刺激する。TCR活性化は、NFAT:AP-1複合体を介して、C末端ドメインを欠くNFATc2の短いアイソフォームであるNFAT2/αAの産生も引き起こし、すべてのエフェクターT細胞の活性化をさらに促進するため、自己調節因子の役割を果たしている。^{[6] [5]} Th1応答には、NFATc1が最も不可欠であると思われる。マウスでNFATc1をノックアウトすると、Th2応答が極端に歪むためである。^[5]

Th2刺激条件下ではGATA3が活性化される。その後、NFATとも相互作用し、IL-4、IL-5、IL-13などのTh2に典型的なサイトカインの産生を誘発する。NFATc2は、その機能障害により前述のサイトカインの量が減少し、 IgG1とIgEの量も減少するため、Th2を介した応答にとって最も重要であると思われる。NFATc1も、NFATc2と同様にGATA3と複合体を形成するため、重要な役割を果たしている。さらに、 CRTh2の調節を介して間接的にTh2サイ​​トカインの産生を媒介する。^[5]

Th1 および Th2 応答と同様に、Th17 条件下での TCR の刺激は RORγ の発現を誘発します。その後、RORγ は NFAT に結合し、IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22などの Th17 特異的サイトカインの産生を刺激します。Th17 応答では、NFATc2 が重要な役割を果たしていると考えられます。NFATc2 ノックアウト マウスでは、RORγ だけでなく、IL-17A、IL-17F、IL-21 も減少しているからです。

Treg細胞は、TCR 刺激後に NFAT がAP-1 ではなくSMAD3に結合するため、NFAT:AP-1 複合体形成の唯一の例外です。この複合体は、Treg のマスター遺伝子制御因子であるFOXP3転写を活性化します。NFAT:FOXP3 複合体は、Treg 特異的サイトカイン産生を制御します。Treg 細胞には、胸腺で発達する自然 Treg ( nTreg ) 細胞と、刺激後に末梢のナイーブCD4+ T 細胞から発達する誘導 Treg ( iTreg ) 細胞の2 つの主要な集団があります。iTreg 細胞は、NFATc1、2、4 に大きく依存しているようで、これらの遺伝子のいずれかまたは組み合わせを削除すると、iTreg 細胞はほぼ完全に失われますが、nTreg 細胞は失われません。^{[5] [6]}

Tfh細胞では、Th1、Th2、Th17細胞と同様にNFAT:AP-1複合体が形成される。この複合体はその後BATFの転写を活性化し、BATFもNFATに結合し、IRF4などの他のタンパク質とともにTfhに不可欠な分子であるCXCR5、ICOS、Bcl6、IL-21の産生を開始する。Tfh細胞はNFATc1、特にNFATc2とNFAT2/αAを高レベルで発現しており、これはNFATc2が重要な役割を果たしていることを示唆している。T細胞におけるNFATc2の欠失は、CXCR5の調節不全と濾胞性制御性（Tfr）T細胞の数の減少により、Tfh細胞数の増加と胚中心応答の増大を促進すると考えられる^[5]。Tfhは体液性応答と密接に関連しているため、それらの欠陥はB細胞に投影される。したがって、NFAT2リンパ球特異的除去がBCR媒介増殖の欠陥を引き起こすことは驚くべきことではないが、この表現型がTfhまたはB細胞の単独の調節異常によって引き起こされるのか、あるいは両方の組み合わせによって引き起こされるのかについては不明である。^[14]

NFATはT細胞で発見されましたが、異なる細胞型でも発現していることがますます明らかになっています。B細胞では主にNFATc1が発現し、活性化後はNFATc2とNFAT2/αAも発現し、抗原提示、増殖、アポトーシスなどの重要な機能を果たします。^[7] NFAT経路の障害はT細胞では深刻な結果をもたらしますが、B細胞ではむしろ軽度であるようです。たとえば、両方のSTIMタンパク質の特定のB細胞ノックアウトが実行されると、SOCEが完全に廃止され、したがってNFATシグナル伝達も廃止されます。これらのノックアウトB細胞では、結果として生じる体液性反応はノックアウトのないB細胞と非常に似ていますが、NFATの完全な廃止はIL-10の減少ももたらしました。^[6]しかし、いくつかの研究では、B細胞におけるNFATのより重要な役割が示唆されているため、このトピックはまだ十分に理解されておらず^[14]、さらなる研究が必要です。

T細胞アネルギーは、例えばTCRが適切な共刺激シグナルなしに刺激された場合など、最適でない刺激条件によって引き起こされます。共刺激がないためにAP-1は存在せず、NFAT:NFAT複合体が形成されます。この複合体は、 T細胞アネルギーの誘導を促進するE3ユビキチンリガーゼ（Cbl-b、ITCH、およびGRAIL）、ジアシルグリセロールキナーゼα（DGKα）、およびカスパーゼ3などのアネルギー関連遺伝子を活性化します。^{[6] [8] T細胞アネルギーに類似しているのは}T細胞疲弊で、これもNFAT:AP-1複合体の形成障害によって引き起こされますが、疲弊状態の根本的な誘導は、最適でない刺激ではなく慢性的な刺激によるものです。アネルギーと疲弊の両方で、NFATc1が重要な役割を果たしているようです。逆に、NFATc2はNFAT2/αAとともに、アネルギーまたは疲弊の状態を元に戻すために必要です。^[6]

Ca ^{2+依存性カルシニューリン/NFAT シグナル伝達経路は、脊椎動物の発達におけるニューロンの成長と}軸索誘導に重要であることがわかっています。NFAT の異なるクラスはそれぞれ、神経発達の異なる段階に寄与します。NFAT は神経栄養シグナル伝達と連携して、いくつかのニューロン集団の軸索伸長を制御します。さらに、NFAT 転写複合体は、ニューロンの成長とネトリンなどの誘導シグナルを統合して新しいシナプスの形成を促進し、脳内の神経回路の構築を助けます。NFAT は、発達中の神経系と成人の神経系の両方で重要な役割を果たすことが知られています。^[15]

NFATは炎症性腸疾患（IBD）の炎症の調節に役割を果たしています。LRRK2 （ロイシンリッチリピートキナーゼ2）をコードする遺伝子で、IBDの感受性遺伝子座が見つかりました。 ^{[16]キナーゼ}LRRK2はNFATc2の阻害剤であるため、LRRK2を欠損したマウスでは、マクロファージでNFATc2の活性化が増加しました。^[16]これにより、重度の大腸炎発作を引き起こすNFAT依存性サイトカインが増加しました。

NFATは、強い炎症誘発性要素を持つ自己免疫疾患である関節リウマチ（RA）にも関与している。炎症誘発性サイトカインであるTNF-αは、マクロファージ内のカルシニューリン-NFAT経路を活性化する。さらに、mTOR経路を阻害すると関節の炎症と侵食が減少するため、mTOR経路とNFATの既知の相互作用はRAの炎症プロセスの鍵となる。^[1]

NFATシグナル伝達は、T細胞増殖性サイトカインIL-2の産生に不可欠な役割を果たすため、免疫抑制を誘導するための重要な薬理学的標的です。NFATの活性化を防ぐCsAやタクロリムス（FK506）などのCN阻害剤は、関節リウマチ、多発性硬化症、クローン病、潰瘍性大腸炎の治療に使用され^{[17] 、}臓器移植の拒絶反応を防ぐのにも使用されています。^[18]しかし、これらの薬剤は非免疫細胞でCNを阻害する能力があるため毒性があり、アレルギーや炎症など免疫抑制薬療法が必要となる可能性のある他の状況での使用が制限されます。^[13]カルシニューリンのホスファターゼ活性を標的とするのではなく、NFATを直接標的とする化合物は、CsAやFK506のような毒性がなく、広範囲の免疫抑制効果を持つ可能性がある。個々のNFATタンパク質は特定の細胞型に存在したり、特定の遺伝子に影響を与えたりするため、個々のNFATタンパク質の機能を阻害して、さらに選択的な免疫効果を得ることが可能である可能性がある。^[13]