#author("2022-07-06T21:42:48+09:00","","")
[[Wikipathologica-KDP]]
[[Epigenetics エピジェネティックス]]
#author("2022-07-06T21:43:13+09:00","","")

*Chromatin remodeling factor クロマチンリモデリング因子 [#zbb6834b]

#contents

chromatin remodeling factors

''クロマチンリモデリング因子''はヒストンバリアントやヒストン修飾, あるいは転写因子との相互作用により特定のクロマチン領域に運ばれる. そこでATP依存性に, ''ヌクレオソームの除去, ポジショニングの変換, ヌクレオソーム中のヒストンバリアントの交換, ヒストン修飾状態の変更''を行って, &color(blue){''ヌクレオソームレベルでのクロマチン構造変換''};をきたす。

クロマチン再構成複合体chromatin remodeling complexを構成する''ATPを加水分解するタンパク質(ATPase)''は、DNAヘリカーゼと類縁であり, ヌクレオソームのコアタンパクとそれを取り巻いているDNAの両方に結合してATP加水分解で得たエネルギーを使ってDNAのコアとの相対位置を動かし, ヌクレオソームの構造を一時的に変化させ, DNAとヒストンコアの結合を緩める.

再構成複合体は''ATP加水分解''を繰り返しヌクレオソームのコアをDNA二重鎖上でひっぱって, いわゆる''ヌクレオソームスライドnucleosome sliging''を起こし,ヌクレオソームの位置を動かしてヌクレオソームDNAの特定の領域を露出させ,細胞内のタンパク質との相互作用を可能にする.　

&color(blue){''SWI/SNF複合体''};はヌクレオソームに格納されているDNAを解離させるだけではなく，おのおのの転写因子やコアクチベーター，ヒストン脱アセチル化酵素といったヒストンの修飾因子と相互作用して，これらの転写調節因子をヌクレオソームから解離したDNAへ呼び込むことで遺伝子の発現調節に関与するものと考えられている．

-p16INK4A遺伝子のプロモーターの例では，SWI/SNF複合体の発現によりヒストンH3K4のメチル化酵素であるMLL-1がリクルートされ, ヒストンH3K4のトリメチル化が増加，その結果 RNAポリメラーゼIIが誘導されて転写活性が上昇する.&note{:Kia SK, et al. SWl/SNF mediates polycomb eviction and epigenetic reprogramming of the INK4b-ARF-INK4a locus. Mol Cell Biol 2008; 28: 3457-3464};

ほかにもヒストンと結合してヒストン・シャペロン(histone chaperone)として働くさまざまなタンパク質と協同してヌクレオソームからヌクレオソーム・コアの全部か一部のヒストンを取り除くことができる再構成複合体もある.

ATP依存クロマチン再構成複合体があるおかげで, DNA上のヌクレオソームの位置はきわめて動的であり, 細胞の必要に応じてすばやく変化できる.

これによりクロマチンリモデリング因子は&color(red){''転写, 複製, 修復, 組み換えなどのDNA反応を正にも負にも制御できる''};。
#br


''クロマチンリモデリング因子の構造''

クロマチンリモデリング因子は,これまでの研究により, ''9-12個のサブユニットからなる巨大な複合体''であることがわかっている。

複合体中に含まれるSnf2ファミリータンパク質のドメイン構成型により４種のファミリーに分類される。

1. ''SWI/SNF (switch/ sucrose non-fermenting)'': さらに サブユニット構成により''BAF(BRG1 Associated Factors), PBAF(Polybromo-associatedBAF)複合体''に大別される。

2. ''ISWI (imitation switch )''

3. ''CHD (chromatin helicase DNA binding protein )''

4. ''INO80 (inositol 80 requiring )''
#br



***''SWI/SNF5 ファミリー'' [#s0c067ae]

#ref(SWI-SNFfig.jpg,around,right)
>出芽酵母の特定遺伝子転写が不活性となる変異株について解析した２つの独立した研究により最初に同定されたクロマチンリモデリング因子

>出芽酵母の性決定にかかわるHO遺伝子の転写が不活性になる遺伝子変異として'''Swi1, Swi2, Swi3'''が, SUC2遺伝子の転写不活性化の遺伝子変異には'''Snf2'''(Swi2と同一遺伝子), '''Snf5, Snf6'''が発見された。後にこれらは１つの複合体(SWI/SNF5複合体)を形成することが明らかになった。

>SWI/SNF5複合体は''ATP依存的にクロマチンリモデリングを行い, ATPase活性をもつSwi2/Snf2サブユニットが活性の中心となる(出芽酵母の場合)''。その後の解析により, Swi2/Snf2と相同性をもつタンパク質が多数同定された。これらのタンパク質はSnf2ファミリーに分類され、その多くがクロマチンリモデリングにかかわる複合体を形成していた。


>&color(red){ヒトでは,BAF(BRG1-associated factors)複合体の''hBRM or BRG1''と PBAF(Poly-bromo associated BAF)複合体のBRG1};が&color(#e2041b){''ATPase活性''};をもつ。

''SNF5の同定とその構造''

>SWI/SNF複合体のサブユニットとがん発生の関係は''SNF5''において初めて示された. SNF5は，酵母においてHIV-1ウイルスにおけるインテグラーゼ(IN)と結合する因子として，Two hybridスクリーニングにより同定され，&color(crimson){INI1（integrase　interactor　1）};と呼ばれた. その後, イーストのクロマチンリモデリング因子SNF5と同じ構造であることがわかり，現在も, &color(crimson){INI1と呼ばれる};ことが多い.&note{:Kalpana GV, et al. Binding and stimulation of HIV-1integrase by a human homolog of yeast transcription factor SNF5. Science 1994; 266: 2002-2006.''};
#clear

#ref(INI-1.jpg,around,right,70%)
>SNF5は385個のアミノ酸残基から構成され，'''Saccharomyes cervisiae'''におけるSFH1，'''Drosophila'''におけるSNR1，'''C elegans，Saccharomyes cervisiae'''やyeastのSNF5において保存された3つの領域が確認されている．そのうちの2つは不完全ではあるが繰り返しのアミノ酸配列が見られる（repeat1:186～245位のアミノ酸，repeat2:259～319位のアミノ酸）

>Repeat1は''HIV-1のIN，c-MYC，そしてHPVE1''との相互作用が確認されている．&note{:Morozov A, et al. Structure-function analysis ofintegrase interactor1/hSNF5L1reveals differential properties oftwo repeat motifs present in the highly conserved region. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: 1120-1125.};&note{:Cheng SW, et al. c-MYC interacts with INI1/hSNF5 and requires the SWI/SNF complex for transactivation function.NatGenet1999;22:102-105.};

>Repeat2では266-LNIHVGNISLV-276が''nuclear export signal''を含む．&note{:Craig E, et al. A masked NES in INI1/hSNF5 mediates hCRM1-dependent nuclear export:implications for tumorigenesis. EMBOJ 2002; 21: 31-42.};

>3つ目のHomologyregion3(HR3)はSNR1と'''Saccharomyes cervisiae'''のSNF5との3種間で特に高い相同性が示され,''coiled-coil domain''を含む．また，N末端のアミノ残基36～64はleucine zipperdomainであり，アミノ酸位の106～183は140di-hisutidineモチーフと160KKRモチーフを含み，DNA結合に重要であるとされる. &note{:Das S, et al. Characterization of DNA binding property of the HIV-1 host factor and tumor suppressor protein Integrase Interactor 1（INI1/hSNF5). PLoS One 2013; 8: e66581};そのほか，p53，MLL，EBNA2，そしてRUNX1との相互作用が報告され，その機能協調が想定されている. &note{:Lee D, et al. SWI/SNF complex interacts with tumor suppressor p53 and is necessary for the activation of p53-mediated transcription. J Biol Chem 2002; 277: 22330-22337.};&note{:Lee　S, et al. Crucial roles for interactions between MLL3/4andINI1 in nuclear receptor transactivation. Mol Endocrinol 2009; 23 :610-619.};&note{:Kwiatkowski B, et al. Epstein-Barr virus nuclear protein 2 controls binding to hSNF5/Ini1 and is important for growth transformation. J Virol 2004; 78: 6067-6072.};&note{:Bakshi R, et al. The human SWI/SNF complex associates with RUNX1 to control transcription of hematopoietic target genes. J Cell Physiol 2010; 225: 569-576.};

#clear
''悪性腫瘍におけるSWI/SNF5ファミリー遺伝子の変異''
#ref(SWI-SNFcomplexTable01.JPG,around,right,80%)

>これまでにヒト悪性腫瘍で, '''SNF5''' ('''SMARCB1''', '''''INI1''''', '''BAF47'''), '''''ARID1A''''' ('''BAF250A, SMARCF1'''), '''''PBRM1''''' ( '''BAF180''' ), '''''BRG1''''' ('''SMARCA4''')などの変異が報告されている。

'''''SNF5''' ('''SMARCB1, INI1, BAF47''')''

-''抗体名のINI1(integrase interactor1)で有名''. 小児腎・軟部組織の悪性ラブドイド腫瘍 malignant rhabdoid tumor(MRT), 中枢神経系のatypical teratoid/ rhabdoid tumor(AT/RT)症例の大多数に変異が認められている. 
#br
-INI1の発現がないとマウスでは早期にembryonic lethalityを示す&note{:Guidi CJ, et al, Disruption of Ini1 leads to periimplantation lethality and tumorigenesis in mice. Mol Cell Biol 2001; 21:3598-603.};.　実験的なINI1のヘテロな欠失はマウスにrhabdoid tumorsやT-cell lymphomaなどの高悪性度腫瘍の発生をもたらす&note{:Roberts CW, Orkin SH. The SWI/SNF complex?chromatin and cancer. Nat Rev Cancer 2004; 4: 133-42.};&note{:Roberts CW, et al. Haploinsufficiency of Snf5 (integrase interactor 1) predisposes to malignant rhabdoid tumors in mice. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97: 13796-800.};&note{:Roberts CW, et al. Highly penetrant, rapid tumorigenesis through conditional inversion of the tumor suppressor gene Snf5. Cancer Cell 2002; 2: 415-25.};.
#br
-deletion, non-sense, frameshift, missense変異などが認められ, 不活性化変異inactivating mutationとなる
#br
-不活性化変異によりタンパク質発現が消失し, &color(crimson){免疫染色で腫瘍細胞核のINI-1消失(ほとんどの正常細胞は陽性のため内部コントロールとなる)陰性化};が診断で重視される. 
#br
-MRT, AT/RTの他, 肉腫や癌での消失陰性化の報告がある.&note{:Hollmann TJ, et al. INI1-deficient tumors: diagnostic features and molecular genetics. Am J Surg Pathol. 2011 Oct;35(10):e47-63.};--->[[類上皮肉腫のページを見る>類上皮肉腫 - Rahbdoid cell のみられる腫瘍]]
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-腫瘍の種類によって, ''3つの異常なINI1発現パターン(complete loss, mosaic expression, reduced expression)''が見られる. また, 各腫瘍によっても異常な発現パターンを示す頻度がことなる.
#br
-SMARCB1(INI1)は腫瘍抑制遺伝子の働きをしている. 

#clear

>&ref(INI1-tumor.jpg,around,65%);　&ref(INI1-deficient tumor.jpg,around,65%);
#clear
''Malignant rhabdoid tumor''

-多くは出生時/ 幼児期に発症し, 中枢神経, 腎, 軟部組織におこる.

-ほぼ全てのmalignant rhabdoid tumorが, SMARCB1/ INI1の完全な消失を示す.&note{:Kohashi K, et al. Highly aggressive behavior of malignantrhabdoid tumor: a special reference to SMARCB1/INI1 gene alterationsusing molecular genetic analysis including quantitative real-time PCR. JCancer Res Clin Oncol 2007; 133: 817-24.};&note{:Kohashi K, et al. Reclassification of rhabdoid tumorand pediatric undifferentiated/unclassified sarcoma with complete loss ofSMARCB1/INI1 protein expression: three subtypes of rhabdoid tumoraccording to their histological features. Mod Pathol 2016; 29: 1232-42.};&note{:Hoot AC, et al. Immunohistochemical analysis ofhSNF5/INI1 distinguishes renal and extra-renal malignant rhabdoid tumorsfrom other pediatric soft tissue tumors. Am J Surg Pathol 2004; 28: 1485-91.};&note{:Sigauke E, et al. Absence of expression ofSMARCB1/INI1 in malignant rhabdoid tumors of the central nervous system,kidneys and soft tissue: an immunohistochemical study with implicationsfor diagnosis. Mod Pathol 2006; 19: 717-25.};

-わずかな症例では, &color(#e2041b){''SMARCB1/INI1発現は保たれ, 代わりにSNF5 complexのうちSMARCA4/BRG1が完全に欠損''};する.&note{:Hasselblatt M, et al. Nonsense mutation and inactivation of SMARCA4 (BRG1) in an atypical teratoid/rhabdoid tumor showing retained SMARCB1 (INI1) expression. Am J Surg Pathol 2011; 35: 933-5.};&br;

[[SMARCA4(BRG-1)-deficient thoracic neoplasm/sarcoma]]のページをみる.
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'''''ARID1A'''''''(BAF250a)''

-'''''AT-rich interactive domain 1a(ARID1A)'''''遺伝子はBAF250a 蛋白質をコードしている. BAF250aはSWI/SNF クロマチンリモデリング複合体を構成するmultiproteinの重要な成分の一つ.&note{:Wilson BG, et al.SWI/SNF nucleosome remodellers and cancer. Nat Rev Cancer 2011;11:481-492.};

-deletion, non-sense, frameshift, missense変異などがあり, &color(magenta){卵巣明細胞癌の50%, 子宮体部類内膜癌の30%前後に変異が認められる};&note{:Jones S, et al. Frequent mutations of chromatin remodeling gene ARID1A in ovarian clear cell carcinoma. Science. 2010 Oct 8;330(6001):228-31.};&note{:Wiegand KC, et al. ARID1A mutations in endometriosis-associated ovarian carcinomas. New Engl J Med. 2010 Oct 14;363(16):1532-43.};相同性の高い'''ARID1B'''遺伝子もあるが, 変異の報告は'''ARID1A'''についてのものが多い.

-ARID1A1の変化は高悪性度内膜癌において認められ, Grade3のendometrioid carcinomaの39%に, 18%の漿液性癌, 26%の淡明細胞癌に発現消失が報告されている. &note{:Wiegand KC, et al. Loss of BAF250a (ARID1A) is frequent in high-grade endometrial carcinomas. J Pathol 2011;224:328-333.};

-変異は'''SNF5'''同様, 不活性型変異である.

-ARID1Aはp53依存性にp21を誘導し, ノックダウンでは細胞増殖が促進される&note{:Guan B, et al. ARID1A, a factor that promotes formation of SWI/SNF-mediated chromatin remodeling, is a tumor suppressor in gynecologic cancers. Cancer Res. 2011 Nov 1;71(21):6718-27.};

-ARID1Aの変異は上記2種の癌に比べると低頻度であるが, 胃癌, 大腸癌, 乳癌, 膵癌, 腎癌, 髄芽腫などでみられる.&note{:Jones S, et al. Somatic mutations in the chromatin remodeling gene ARID1A occur in several tumor types. Hum Mutat. 2012 Jan;33(1):100-3.};

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>''Case IWT-59yo woman''
//IWTH-2001081
>
|&photo(HE01.jpg);|&photo(ARID1A-pH6-01.jpg);|&photo(HE02.jpg);|&photo(ARID1A-pH6-02.jpg);|&photo(Normal-ARID1A.jpg);|
|CENTER:HE|CENTER:ARID1A|CENTER:HE|CENTER:ARID1A_02|CENTER:ARID1A;非腫瘍内膜腺|
>
不正出血. ehoで子宮内膜の肥厚あり, CT,MRIでは子宮体部限局の体癌が疑われる. 内膜細胞診でClassIV.~
Adenocarcinomaで内膜由来か頸管腺由来か判定困難. 子宮内膜全掻爬が行われた.
>
ER++, p53+, BCL2-, HER2-, p16は内膜化生上皮部分に陽性を呈した.~
ARID1Aは正常内膜腺, 間質細胞, 浸潤リンパ球などが陽性に対して腫瘍細胞核はごく淡染あるいは陰性を示している. 低異型度内膜腺は核陽性(ARID1A_02)
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** BAF/PBAF subunits of chromatin remodeling complex [#y9d29e2a]

文献.&note{Schick:Schick S, et al. Systematic characterization of BAF mutations provides insights into intracomplex synthetic lethalities in human cancers.Nat Genet. 2019 Sep;51(9):1399-1410. doi: 10.1038/s41588-019-0477-9. Epub 2019 Aug 19.};


&ref(BAF02.jpg,around,left,50%);　&ref(BAF-PBAF-Table.jpg,around,left,70%);
Chromatin remodeling complex, BAF/PBAF subunitのscheme.&note{Schick:Schick S, et al. Systematic characterization of BAF mutations provides insights into intracomplex synthetic lethalities in human cancers.Nat Genet. 2019 Sep;51(9):1399-1410. doi: 10.1038/s41588-019-0477-9. Epub 2019 Aug 19.};


ヒトSWI/SNF複合体(BRG1/BRM associated factor[BAF]複合体)はATP依存性クロマチン再構成因子であり, DNAへ接近できるかどうかドラマチック調整することで, 転写,DNA修復,複製など細胞機能の基本的段階に重要な役割を果たしている.

-大型, 多型性のSWI/SNF複合体は, 29以上の遺伝子によりコードされた15種類までのsubunitから構成される. 

-BAF, PBAF(polybromo-associated BAF)およびnon-canonical BAF(ncBAF, GBAF)の3つの異なる主な複合体が区別されている.
これらの複合体には複数の組成物が存在しており, いくつかのsubunitの位置はパラログ遺伝子からコードされたタンパク質により代替的に占有されることがある.

-SMARCA2またはSMARCA4によりコードされる触媒性(catalytic) ATPaseが, BAF複合体によるDNAにそったヌクレオソームのスライドまたは複合体をクロマチンより取り除くために重要である.

-ATPase subunitを&color(purple){''SMARCB1, SMARCC1およびSMARC2/3(core subunits)''};に結合させることでin vitroで, リモデリングの完全活性を再現することが可能である.&br;
より重要な複合体の位置は, ARID1A, ARID1B, またはPBAFにのみ存在するARID2が代替え的に占拠する位置であり,これらは複合体をクロマチンに動員すると考えられている.&note{:Chandler RL, et al. ARID1a-DNA interactions are required for promoter occupancy by SWI/SNF. Mol Cell Biol. 2013; 33:265?80.PubMed: 23129809};~
これ以外のsubunitsは付加的なクロマチン結合ドメインを有しているが, 複合体機能についての役割は十分にはわかっていない.

-BAF subunitのコード遺伝子変異はヒトがんに高頻度に観察されている.&note{:Hodges C, Kirkland JG, Crabtree GR. The Many Roles of BAF (mSWI/SNF) and PBAF Complexes in Cancer. Cold Spring Harb Perspect Med. 2016; 6};&note{:Kadoch C, et al. Proteomic and bioinformatic analysis of mammalian SWI/SNF complexes identifies extensive roles in human malignancy. Nat Genet. 2013; 45:592?601. PubMed: 23644491};&br;
ほとんどは遺伝子のloss-of-function変異でありタンパク質レベルで変異subunitの消失をきたす. すべてのサブユニットが影響を受ける可能性があるが, 突然変異の有病率は癌種に依存し、複雑な機能に対するコンテキストおよびサブユニット固有の影響を示唆されている.

-現在, BAF変異が, BAF複合体の構造や機能にどのように影響を与えるのか, どのうように, がん発生や進行に働くか不明.&br;
loss-of-function変異は直接治療薬のターゲットにはならず, BAF変異によるsynthetic lethalities(合成致死)の認識が創薬のフォーカスとなっている. -->[[合成致死のページ>Breast cancer--乳癌の基礎#b6ad0d5e]]をみる.(乳癌の治療)&br;
SMARCA4の消失が細胞をSMARCA2依存性にすること&note{:Hoffman GR, et al. Functional epigenetics approach identifies BRM/SMARCA2 as a critical synthetic lethal target in BRG1-deficient cancers. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014; 111:3128-33. [PubMed: 24520176]};&note{:Wilson BG, et al. Residual complexes containing SMARCA2 (BRM) underlie the oncogenic drive of SMARCA4 (BRG1) mutation. Mol Cell Biol. 2014; 34:1136-44. [PubMed: 24421395]};&note{:Oike T, et al. A synthetic lethality-based strategy to treat cancers harboring a genetic deficiency in the chromatin remodeling factor BRG1. Cancer Res. 2013; 73:5508?18. [PubMed: 23872584]};や, ARID1A変異によりARID1Bが主要なsubunitになる&note{:Helming KC, et al. ARID1B is a specific vulnerability in ARID1A-mutant cancers. Nat Med. 2014; 20:251-4. [PubMed: 24562383]};&note{:Kelso TWR, et al. Chromatin accessibility underlies synthetic lethality of SWI/SNF subunits in ARID1A-mutant cancers. Elife. 2017; 6};ことが知られている.&br;
これらのデータは、複合体の同じ重要な位置を占めるパラロガスなサブユニットが少なくとも部分的に冗長な機能を発揮し、互いに補うことができることを示唆している.
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