総説

核内受容体が示す有害化学物質ビスフェノール応答

松島 綾美

九州大学大学院理学研究院化学部門 ◇ 〒819–0395 福岡市西区元岡744

現代社会では我々が送る日常生活の中で，さまざまな化学物質が環境中に放出されている．それらの化学物質が意図せずして生体内の受容体に結合し，何らかの影響を及ぼす可能性がある．本稿では，そのような化合物としてプラスチックなどの原料であるビスフェノール類と，細胞核内でDNA上の応答配列に直接結合して転写制御を担う核内受容体に着目する．さまざまな生物に存在する核内受容体について概説し，ビスフェノールAが引き起こしている低用量問題と，これが結合する核内受容体の発見とその結合体の結晶構造について述べる．また，近年，使用量が増えつつあるハロゲン原子を含有する新世代ビスフェノールがERβに対して示すユニークな活性特性と，最近，筆者らが見いだした，エストロゲン関連受容体による，エストロゲン受容体の活性増強作用についても紹介する．

1. はじめに

核内受容体は真核生物の細胞核の中で遺伝子の転写翻訳を制御する転写因子である1）．女性ホルモン・エストロゲンや男性ホルモン・アンドロゲンの受容体が核内受容体であることから，環境中に放出される化学物質に内分泌撹乱物質（endocrine disrupting chemicals：EDC）としての危険性が危惧された．しかし，エストロゲンのようなシグナル分子が受容体に結合してその応答を細胞内部に伝令し，適切なイベントを誘起するシグナル伝達系は，内分泌系の他にもある．たとえば，薬物代謝のために働くシトクロムP450は，薬物のような生体外からの異物に結合する構成的アンドロスタン受容体（constitutive androstane receptor：CAR）やプレグナンX受容体（pregnane X receptor：PXR）などの核内受容体によって発現が誘導される2）．また，免疫系および脳神経系でもいくつかの核内受容体との関係が報告されている3, 4）．こうした状況の中で，化学物質が実験動物の行動に影響するなどの報告がなされるようになった5）．つまり，これまでは，有害化学物質による生殖系に対する影響が注目されてきたが，近年では，脳神経系などへの影響にも大きな関心が集まっている4）．こうした状況を踏まえ，すべてのシグナル伝達系が内分泌撹乱物質の標的になりうるという認識が広まってきた．そこで本稿では，ヒトをはじめとする生物に有害な影響を与えうる化学物質という意味で，有害化学物質という総称を用い，その一つであるビスフェノール類と，それらが結合する核内受容体について概説する．

2. さまざまな生物に存在する核内受容体

植物にも存在する細胞膜のさまざまな受容体とは異なり，核内受容体スーパーファミリーとしての共通構造を持つ受容体は，ヒトをはじめとする脊索動物，昆虫，海綿などの後生動物（Metazoa）のみに存在する．ヒトには48種類の核内受容体が存在することが知られており，25種類はリガンド未知のオーファン（孤児，みなしご）核内受容体である6）．線虫では289種類もの核内受容体が報告されている一方で，ショウジョウバエでは21種類，脊椎動物の祖先ともいえるナメクジウオでは33種類，ホヤでは17種類が存在する6–15）（表1）．なお，線虫で数が多いのは，後述のNR2のファミリー数が多いからであり，これは線虫の第V染色体上で起きたNR2ファミリー数の増大に由来すると考えられる16）．また，同じ哺乳類どうしでも核内受容体の数に差がある．ヒトに48種類の核内受容体があるのに対し17, 18），マウスでは49種類の受容体が報告されている19）．これは，ファルネソイドX受容体（farnesoid X receptor：FXR）のアイソフォームが一つ多いためである．さらにマウスと同じげっ歯目のラットでは46種類である20）．こうした核内受容体の名称について，特にオーファン核内受容体では，一つの受容体が複数の名称を持つことになり問題になった．そのため，現在では核内受容体の系統樹解析に基づいた体系的な命名法が考案され，広く用いられている1, 18）．この命名法によると，核内受容体スーパーファミリーに属する受容体は，DNA結合ドメイン（DBD）とリガンド結合ドメイン（LBD）を持つNR1からNR6，さらにDBDとLBDのいずれかを欠如するNR0の合計7種のサブファミリーから構成される．さらに，サブファミリーの下にアミノ酸配列相同性から分けられたいくつかのグループがおかれている．たとえば，エストロゲン受容体α型（ERα）およびβ型（ERβ）は，それぞれNR3A1およびNR3A2となる．

核内受容体のリガンドの有無については，活性化能の強さや，内在性ホルモンといえるか否か，などによって，さまざまな考え方がある．ヒト核内受容体48種のなかで，リガンドが知られているものは23種類ある．ステロイドホルモンなどの生体内で高いアフィニティーを持つ天然リガンドが知られているものは12種類，比較的弱いアフィニティーを持つ内在性あるいは外来のリガンドが知られているものが11種類存在する6）．残りの25種類がリガンド未知の核内受容体であり，これらはリガンドの結合なしで示す転写活性，すなわち構成活性が高いものが多い．我々は，これらを「自発活性化型」核内受容体と呼び注目している．リガンドが欠如するために研究展開が難しかったため，これらの受容体についてはいまだに不明な点が多く残されている．さらに，これらのうち19種はヒト，ホヤ，ショウジョウバエ，ナメクジウオに共通してみられるものであり，転写制御を考える上で，重要な機能を担うと考えられる．なかでも，脳・神経系に高く発現するNR4グループの核内受容体，すなわち神経成長因子IB （nerve growth factor IB：NGFIB），nuclear receptor related 1 （Nurr1），neuron-derived orphan receptor （NOR）や，NR2グループに属するtailless （TLX）に注目している．たとえばNR4グループのNurr1核内受容体は，ドパミン生成に必須なチロシン水酸化酵素を誘導する核内受容体であり，ごく最近の研究では培養細胞に強制的に導入するとドパミン作動性ニューロンを作り出せることが報告された21, 22）．すなわちNurr1は神経細胞の分化誘導に重要であると考えられ，これを自在に制御できれば，そのメカニズムを利用した新規パーキンソン病治療薬などの開発研究が大きく前進すると期待される．また，TLXは神経幹細胞の分化の制御に関わっていることが報告されている23）．この核内受容体も，神経系が関わる治療薬を考える上で，大変興味深い．

これらの核内受容体はDNA上のプロモーター部位（もしくはエンハンサーやリプレッサー部位）に存在するホルモン応答配列に結合し，標的遺伝子の発現を直接制御する転写因子である24–26）．そして真核生物の転写制御は，細菌のような原核生物のものよりはるかに複雑である．しかし，それを構築する一つ一つの分子の相互作用はシンプルだと筆者は想像する．遺伝子の転写を人為的にコントロールできれば，がんをはじめとするさまざまな疾患の治療につながることから，現在も分子機構解明のための研究が盛んに行われている27）．

3. ビスフェノールAと低用量問題

フェノール骨格を二つつないだビスフェノール類は，プラスチック製品を構成する樹脂の原料として汎用される身近な化合物である．なかでも，最も古くから使われているビスフェノールA ［2,2-Bis（4-hydroxyphenyl）propane：BPA］はポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂の工業原料である．ビスフェノールAはすでに1890年代に合成されていたのだが，1936年になって，ステロイド骨格を持たずにエストロゲン作用を発揮する化合物として報告された28）．そして1940年代には，エポキシ樹脂として，缶詰の内面と量や水道管などに商業利用されるようになった29）．現在では，我々の身の回りにあるいろいろなプラスチック製品にビスフェノールAが汎用されている．また，特にビスフェノールAが社会的な関心を集めたのは，1993年の論文に関する話題である30）．筆者は普段ガラス製品や金属ピンセット類以外をオートクレーブして使用するのは極力避けるのだが，本論文では，オートクレーブされたポリカーボネート樹脂製のフラスコからビスフェノールAが溶出し，乳がん由来の樹立細胞株MCF-7の細胞増殖を引き起こすことが報告された．こうしたエストロゲン様活性が知られていたものの，ビスフェノールAのエストロゲン受容体に対する結合親和性は，内在性リガンドである女性ホルモン・エストラジオールの1000～10,000分の1ときわめて弱いものである31, 32）．これを踏まえて各国で安全基準が設定された．たとえば日本では，ヒトに対する1日摂取許容量は50 µg/kg体重と設定され，ビスフェノールAの溶出試験の規格として，2.5 µg/mL （2.5 ppm）以下と制限されている．ビスフェノールAの分子量は228.29であることから，濃度としては10 µMに匹敵する．こうした状況の中，1990年代後半に，こうした規制値に匹敵，もしくはそれを下回る濃度でのビスフェノールAの悪影響が報告された5）．この悪影響については，マウスやラットといった実験動物において，前立腺の肥大や，本来脳にある雌雄の形態的な差異が小さくなる，遺伝子発現や行動に変動が生じるなどの報告がある33–41）．これ以降，各国でビスフェノールAに関するさまざまな安全性の評価および研究が行われている．2008年の米国国家毒性プログラム（National Toxicology Program：NTP）の報告では「胎児や乳幼児では，その脳，行動，前立腺において現行の曝露濃度でいくばくか悪影響の懸念がある」と指摘された29）．カナダではビスフェノールAに健康リスクがあるとはしていないものの，哺乳瓶への使用を2010年より制限している42）．2013年には，フランス食品環境労働衛生安全庁（French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety：ANSES）が，感熱紙に使用されるビスフェノールAの健康リスクを指摘している43）．最近では，欧州食品安全機関（European Food Safety Authority：FESA）は2015年にどのような年齢層に対しても健康影響はないと報告した．その一方で，検出技術の向上を理由に1日の摂取許容量を4 µg/kg体重に下げた44）．日本の現状としては厚生労働省のホームページ上でQ&Aや内分泌撹乱物質情報が公開されている45, 46）．また，2016年6月に環境省が「化学物質の内分泌かく乱作用に関する今後の対応-EXTEND2016」を取りまとめたところである47）．このように，ビスフェノールAの影響に関しては今までずっと賛否両論がある48）．そもそも，科学者の観点と現実世界のリスク評価の考え方には隔たりがある可能性があり，アメリカではConsortium Linking Academic and Regulatory Insights on Toxicity of BPA（CLARITY-BPA）という大規模かつ包括的なプログラムが2010年から2015年に実施された．現在これらのデータの取りまとめが行われており，2018年までには公表される予定である49）．

4. ビスフェノールAが結合する核内受容体の発見

前述のように，ビスフェノールAがエストロゲン様活性を示すことは古くから知られていた．そのため，ビスフェノールAの作用標的はエストロゲン受容体であると理解されてきた．エストロゲンやアンドロゲンなどのステロイドホルモンに応答する核内受容体は，NR3ファミリーに属しており，合計9種類存在する（表1）．これらのなかでも，エストロゲンの受容体であるERαおよびERβ，この二つとよく似ているがエストロゲンが結合しないエストロゲン関連受容体α型（ERRα），β型（ERRβ），γ型（ERRγ）の5種は，多くの組織や細胞で共存することも多く，また，これらすべての受容体が，DNA上の標的であるエストロゲン応答配列に結合できることから，クロストークする可能性が指摘されている（図1）50, 51）．ERRα, ERRβ, ERRγはすべてリガンド未知の核内受容体であり，リガンドなしの状態で100％の活性を示す自発活性化型核内受容体である．通常実験に用いられるERαと比較すると，DBDはいずれも85％の類似性を持ち非常によく似ているのに対し，LBDではERRα, ERRβ, ERRγの順に66％, 69％, 74％の類似性であり，わずかながら差がある（図2）．そこで，まずはERαに一番よく似ているERRγについて，網羅的に各種リガンドのスクリーニングを行った．この試験系の構築にあたっては，当時，乳がんの治療薬として使われるタモキシフェンの活性型代謝物，すなわち4-ヒドロキシタモキシフェン（4-OHT）がERRγに結合することが報告されたばかりであった52）．そこで，このトリチウム標識化合物をトレーサーとして用いた放射リガンド競合結合試験により化合物スクリーニングを実施した．その結果，ビスフェノールAが内在性ホルモンに匹敵するほどに非常に強く結合することを明らかにした53）．さらに，この結合試験の結果を受けて，ERRγのレポーター遺伝子アッセイによる転写活性化試験系を構築し，ビスフェノールAがERRγの転写活性に与える影響を評価した．これだけ強く結合するのだから，当然，何らかの活性変化がみられると期待した．しかし，意外なことに，自発活性化型核内受容体であるERRγが初めから示す転写活性に対して，ビスフェノールAの結合はそれをさらに活性化することも抑制することもなく，まったく変化がみられなかった．ここで，本当にビスフェノールAは，ERRγの活性制御に関わるリガンド結合ドメインに結合しているのか？という疑問が生じた．そこで，さらに活性試験系を改良した．4-OHTはERRγが初めから示す高い転写活性を抑制する阻害剤として知られていた．4-OHTを添加した後に，ビスフェノールAを加えれば，リガンド結合ドメインにおけるこれらの競合が起き，活性に変化がみられるはずである．結果として，4-OHTにより抑制された活性は，ビスフェノールAの添加により回復することを証明できた．ところで，研究の歴史の長いGタンパク質共役型受容体（GPCR）研究では，受容体に結合し，GPCRがもともと持つ構成的活性，すなわち基盤活性を変化させないリガンドはニュートラルアンタゴニストと呼ばれる（図3）54）．では，ERRγのように初めから活性構造をとり，100％の構成的活性を持っている場合，この基盤活性を変化させないリガンドは何と呼ぶのが適切であろうか？　ニュートラルアンタゴニストに対応する言葉として，ニュートラルアゴニストといえるかもしれない．また，インバースアゴニストの阻害剤なので，インバースアンタゴニストといえるかもしれない．いずれにしろ，核内受容体にはリガンド依存的に活性を発揮する，リガンド依存型核内受容体と，初めから高い構成活性を持つ自発活性化型核内受容体が存在することが特徴的であり，これらの活性化機構は区別して考える必要がある．

図1 エストロゲン受容体（ER）とエストロゲン関連受容体（ERR）の間で想定されるクロストーク

図2 エストロゲン受容体（ER）とエストロゲン関連受容体（ERR）のDNA結合領域（DBD）とリガンド結合領域（LBD）のアミノ酸配列相同性

図3 受容体活性化におけるリガンドの分類図

さらに，トリチウム標識されたビスフェノールAを用いて，ERRγとの直接の結合試験を実施した．その飽和結合試験の結果，解離定数Kd値5.50 nMという非常に強い結合を示す結果が得られた55, 56）．一方で，ビスフェノールAがERRαとERRβにはまったく結合しないことが判明した．さらに，さまざまな核内受容体に対する網羅的な結合試験の結果，ビスフェノールAは，生体に対する異物の代謝に関わりP450を誘導するCARのアイソフォームにも非常に強く結合することを明らかにした．これまでに，複数あるCARのアイソフォームのうち，ビスフェノールAはCAR1とCAR2の二つの転写活性を誘導することが報告されている57）．この他にも，BPAがRXRの転写活性化に働くことが報告されたが58），筆者らも同様の知見を得ている．

5. ビスフェノールA/ERRγ結合体の結晶構造

ERRα, ERRβ, ERRγのLBDの間の相同性は非常に高く，完全にアミノ酸が一致する相同性（identity）で57％，類似性（homology）では85％である．しかし，ビスフェノールAはERRγに非常に強く結合する一方で，ERRαとERRβにはまったく結合しない．さらに，ビスフェノールAはERRγに結合しても，その活性をまったく変化させない．これらは何を意味しているのだろうか？　リガンド結合部位の差異に関する疑問など，いろいろな可能性が考えられた．そして，これは筆者が2007年にビスフェノールAとERRγの複合体のX線結晶構造解析に成功して初めて明確になった59）．得られた結晶構造では，図4のように，ビスフェノールAは活性型ERRγのリガンド結合ドメインに，すっぽり包み込まれるように結合していた．すなわち，ERRγが初めからとる，転写共役因子と相互作用するために必要な全体的な活性型構造を，まったく変化させないまま保持することが判明した．そのためにビスフェノールAはERRγに非常に強く結合するにも関わらず，その活性をまったく変化させないことが示された．では，非常に相同性が高いにも関わらず，ERRαとERRβに結合しないのはなぜだろうか？　ERRαに関しては，2004年に結晶構造が明らかになっており60），その構造とビスフェノールA/ERRγ複合体を比較することでその理由が理解できた．ビスフェノールAが結合する領域では，複数のアミノ酸残基がERRγとERRαで異なっている．これらの二つの構造を重ね合わせると，特に，ERRγの372位Alaと431位Alaに相当する部位が，ERRαでは328位Pheと491位Valとなっており，これらによりLBDが狭くなっている．特にERRαではPheがあるために，BPAが結合するとすると明らかにぶつかるため結合できない（図5）．一方で，ERRβについては，現在に至るまでそのLBDの構造は報告されていない．ERRγとERRβのLBDのアミノ酸配列は相同性が79％，類似性が96％と，ERRγとERRα（相同性64％，類似性89％）の場合と比較してさらによく似ており，上述のアミノ酸もともに同じである（図2）．そこで，筆者はホモロジーモデリングでERRβの立体構造を構築した（未発表データ）．ビスフェノールAとの結合推定部位付近で異なるアミノ酸残基についてはERRγの313位Valと346位Asnに相当する部位が，ERRβでは288位Ileと312位Tyrになっているのみである．構造および電荷の観点から，346位AsnがTyrに変わっていることが，BPAが結合できない要因のように思われたが，ERRγの点変異受容体を作製し，このERRγの346位AsnをERRβと同じTyrに変異しても，さらに，Alaに変異しても結合は維持された．すなわち，346位AsnはビスフェノールA近傍に存在するにも関わらず，リガンド結合に対してほとんど貢献していなかった．一方で，ERRγの313位Valは，ビスフェノールAとの結合部位の後方に位置しており，結合に直接関与していないにも関わらず，きわめて重要であることが明らかになった61）．そこで，ERRγの313位ValをERRβに相当するIleに変異させると，ビスフェノールAの結合能は完全に失われた．これは，ERRβにビスフェノールAが結合できない理由を直接的に説明している．ホモロジーモデルを用いて考察すると，ValがIleに変わることにより，L-イソロイシンは（2S,3S）-イソロイシンであるから，立体的な制約が生じる．そのため，本来ならばビスフェノールAのOH基と水素結合を形成し，結合に重要な役割を果たすArgとGluが，押しやられてしまうようである（図5）（未発表データ）．一方で，AlaやLeuの変異では，結合はそのまま維持される．これはAlaは側鎖が小さく，またLeuは柔軟性があるためであると考えられる．筆者らは，このように，リガンド結合部位の構造構築に重要な役割を果たしているアミノ酸残基を結合構造構築の「支援残基（supporting residue）」と呼んでいる62）．支援残基は，今回のValのように，Ala置換しても結合が維持され，リガンド結合には直接的に働いていないようにみえる場合もある．リガンド結合における支援残基の重要性を見逃さないようにすることが大切である．

図4 ビスフェノールAとERRγのリガンド結合領域（LBD）の複合体の結晶構造

図5 ERRα結晶構造とERRγ/BPA結晶構造およびERRβモデルとERRγ/BPA結晶構造の重ね合わせ

6. ビスフェノール関連の新しい化合物「新世代ビスフェノール」

ポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂としてのビスフェノールAの商業的利用の歴史は長い．現在に至るまで，耐熱性や硬度などの向上の目的で，さまざまな誘導体が開発されている63）．たとえば，ビスフェノールSはビスフェノールAより熱安定性が高く，分解されにくい．また，合成樹脂原料にとどまらず，難燃剤として利用される化合物にもビスフェノール骨格があるものがある．ところで，世界最大の物質化学分野の情報データベースであるSciFinderで単純にビスフェノール骨格を持つ化学物質を構造式から検索すると，20万種類を超える化合物がヒットする（2016年現在）．しかし，こうした化合物の中で，その毒性について調べられているのはごく一部にすぎない．たとえば，アメリカの国家毒性プログラム（NTP）に調査対象化合物としてノミネートされ，包括的な詳細試験が行われているのは，ビスフェノールAの他にはビスフェノールAF, F, S, ジフェノール酸である（図6）64）．これらほどには詳細に試験されていないものの，ビスフェノールBに関しては，トマト缶詰などでは内容物の酸から缶を守るための内面塗料からの溶出例があることから，そのin vitroの活性測定をしている研究例がある65）．ビスフェノールAの安全性が危惧されたことから，ビスフェノールAの代替品として，これらのビスフェノール誘導体も使われている．こうした代替ビスフェノール，すなわち新世代ビスフェノールの安全性に関する研究は緊要の課題である66–69）．

図6 新世代ビスフェノールの構造

7. ハロゲン原子による相互作用

ビスフェノールAFはビスフェノールAのフェニル基をつなぐ炭素上にある二つのメチル基の水素原子をすべてフッ素原子に置き換えた化合物である．近年，このようにハロゲン原子を含むリガンドと，受容体タンパク質の間における，ハロゲン原子を介した結合が注目されている70–75）．これは「ハロゲン結合」と呼ばれる弱い非共有結合である．ルイス酸であるハロゲン原子とルイス塩基の間の相互作用であり，ハロゲンが求電子的に働くときに形成される．タンパク質などの生体分子中では，タンパク質の酸素原子とリガンドのハロゲン原子の間に形成される場合が多く，ちょうどハロゲン結合は水素結合に対応する形をとる（図7）．そもそもハロゲン原子を介した結合は，小分子では古くから知られていた．筆者は，ハロゲン原子の特有の性質を活かして，リガンド–受容体相互作用探索子として含フッ素フェニルアラニンをペプチドリガンドに系統的に導入した研究プロジェクトに従事してきた経験があるが76–78），タンパク質のような巨大分子におけるハロゲン結合が注目されるようになったのは1990年代に入ってからのことである．これは，ひとえにタンパク質のX線結晶構造解析の構造データの蓄積の恩恵によるところが大きい．現在では120,000を超えるタンパク質のX線結晶構造解析データとNMRによる構造解析データなどがProtein Data Bank （PDB）に報告されている79）．なお，小分子の結晶構造データベースであるケンブリッジ構造データベースには800,000を超える化合物が登録されている80）．

図7 ハロゲン結合の概念図

新世代ビスフェノールの中で，ハロゲン原子を含むものはビスフェノールAFの他にも存在する（図8）．特に塩素原子を含む化合物が多く，プラスチック原料としては4-［2,2-dichloro-1-（4-hydroxyphenyl）vinyl］phenol（BPC）81）がある．またまた難燃剤では2,2-bis（3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl）propane（tetrabromobisphenol A：TBBPA）や2,2-bis（3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl）propane（tetrachlorobisphenol A；TCBPA）82）がある．さらに，かつて使われた殺虫剤メトキシクロル（methxychlor）の代謝物である2-bis（p-hydroxyphenyl）-1,1,1-trichloroethane （HPTE）も塩素原子塩素原子を含むビスフェノール誘導体である83）．また，農薬としてかつて日本でも広く使用された2,2-bis（p-chlorophenyl）-1,1,1-trichloroethane（DDT）84）の代謝物である2,2-bis（p-chlorophenyl）-1,1-dichloroethylene（DDE）はヒドロキシ基（OH）がクロロ基（Cl）になっているため，ビスフェノール骨格とそのものではないものの，よく似た構造をしている85）．フェノール骨格とハロゲンを含有するという観点でいえば，甲状腺ホルモンのトリヨードチロニン（T3）は，甲状腺ホルモン受容体の内在リガンドである86, 87）．より強いリガンドを作るという創薬を目指す観点からも，ハロゲン原子を含む化合物と受容体との相互作用について，ますますの研究発展が期待されている．

図8 ハロゲン原子を含む新世代ビスフェノールの立体構造

8. ビスフェノールAFはERαのアゴニストでERβのアンタゴニスト

環境中に放出される有害化学物質は，ビスフェノールAのようにERαに対する結合親和性は非常に弱いと認識されていた．しかし，筆者にはフェノール骨格を二つも持つビスフェノール誘導体は，受容体結合に好まれる骨格（プリビレッジドストラクチャー）であるように思えてならなかった88）．これは，実際に，ビスフェノールAがERα, ERβなどと同様にCARを活性化するという点でも共通したからである．だからこそ，それまで研究室の中で誰も手をつけなかったERαと約200種を超えるビスフェノール誘導体の結合試験を黙々と続けた．そして，最終的に，ビスフェノールAFがERαにビスフェノールAよりもずっと強く結合することを見いだした89）．そして，これが，ERαよりもERβに強く結合することも発見した．さらに筆者らがヒト子宮頸がん由来のHeLa細胞を用いたレポーター遺伝子アッセイでこの転写活性を調べたところ，ビスフェノールAFはERαによる転写を活性化するアゴニストであるが，ERβでは活性化作用を示さないことが判明した．さらに，内在リガンドである女性ホルモン・エストラジオールの活性を抑制するアンタゴニストとして働くという意外な結果を得た（図9）．文献調査の結果，農薬メトキシクロルの代謝物であるHPTEもビスフェノールAFと同様のエストロゲン受容体応答を示すことに気がついた83）．ビスフェノールAFも，HPTEも，ともにハロゲン原子を含む化合物である．この特異な受容体応答の原因の解明は，ERαとERβの活性発現の分子機構解明に深く関わっていると考えられる．立体構造の観点から述べると，これまでに，ビスフェノールAやビスフェノールAFとERαの複合体の結晶構造が報告されている90）．ただし，これはERαの536位TyrをSerに変えた，結晶化しやすいことが報告されている変異体を用いた実験結果である．その点で注意が必要であるものの，ビスフェノールAFはビスフェノールAとほとんど同じ構造を持つにも関わらず，LBD中でビスフェノールAとは異なる配向の結合構造もとりうることが報告されている90）．筆者らも精度が低いながらも同様の配向でビスフェノール誘導体が結合した構造を得ており，ハロゲン原子が存在することによって，新たな相互作用が生じる可能性が高い．現在，こうしたハロゲンを含有するリガンドについて，これらが結合する核内受容体の活性発現の分子機構解明に鋭意に取り組んでいる．

図9 ビスフェノールAF（BPAF）はERαのアゴニストであり，ERβアンタゴニストとして働く

9. ERRによるエストロゲン活性の増強作用

これまでに，ビスフェノールAがERRγに非常に強く結合することを明らかにした．しかしERRγの活性型構造は維持されたままであり，ERRγが初めから示す100％の活性は保持されたままである．エストロゲンの受容体であるERαおよびERβのDNA上の結合部位であるエストロゲン応答配列（ERE）には，DNA結合部位の相同性が非常に高いために，エストロゲンが結合しないERRα, ERRβ, ERRγの3種も結合できる．ERαとERRαが相互作用するという報告例があったことから91），これらの共発現によりビスフェノールAによる転写活性が変化するのかを調べた．なお，ほとんど内在的にERαを発現していないアフリカミドリザル腎臓由来のCV-1細胞を用いた．ビスフェノールAのERαへの結合親和性は，前述のとおりきわめて弱いものである．しかし，ERαとERRαを共発現することにより，ERα単独の場合に比較して，最大転写活性が約4倍に大きく増強されることが判明した92, 93）．ERRαにはビスフェノールAはまったく結合しないため，これはビスフェノールAがERαに結合して示す活性を増強するということである．ここで注意したいのは，一般的に，in vitroでの結合親和性（binding affinity），すなわち発現タンパク質などと標識化合物を用いて直接的に測定できる一種の「シグナル」である結合親和性（解離定数Kdや放射リガンド競合結合試験の場合は50％阻害濃度IC₅₀で評価できる）と，動物や細胞などの生き物を使って酵素活性や行動などの影響として測定される50％効果濃度（effective concentration：EC₅₀）の間には，解離があることである．生体内では，化合物の代謝や活性発現機構，すなわち下流のシグナル伝達系におけるシグナル増強などにより，推定されるよりも強い活性を示すこともあれば，逆に弱い活性を示すこともありうる．たとえば，筆者らの実験結果では，ERαに対するエストラジオールのIC₅₀は0.88 nMであるが，EC₅₀は0.075 nMであり，10倍も低濃度で活性を誘起する．ビスフェノールAの場合はIC₅₀が1,030 nM，EC₅₀が317 nMであるが，ERRαと共存することにより，同じ最大活性を示すのに必要な濃度は低くなると期待される．すなわち，これが低用量効果の本質である可能性もある．重要なことは，このERαとERRαを共発現することによる増強作用は，ビスフェノールAに限らず，エストラジオールを含むERαに結合するすべての化合物で観察されることである．さらに，ERαとERRγの共発現でも観察されたことである．すなわち，自発活性化型核内受容体は，リガンド依存型核内受容体の活性を制御する可能性がある．

ところで，このERαやERRαが結合するEREは，アフリカツメガエルやニワトリのゲノム配列において，エストロゲンの添加で発現量が変わる卵黄タンパク質・ビトロジェニンの遺伝子上流に共通する配列として1984年に見いだされたパリンドローム塩基配列（GGTCANNNTGACC）に由来している94）．この発見はERαの遺伝子が発見される2年前のことであった．そして，この配列がヒトの培養細胞でも機能することが確認され95），後にレポーター遺伝子アッセイに汎用されることとなった．この配列は，もともと数十塩基対の領域内に二つ並んで存在するために見つかったことから，当初はこの二つ並ぶ意義について興味が持たれたようである．一つでは転写産物の産生量が少なく，二つあると著しく転写量が増えることが報告されている96, 97）．その後，一つ，二つ，三つと数を増やすことで，転写応答が明敏になることが報告された98）．現在のレポーター遺伝子アッセイに使われる配列の多くは，応答配列が三つ繰り返されたものが多い．また，数千キロ塩基対離れて存在するTGACCの繰り返しでも活性がみられること99），EREがとりうるDNA構造は非B型DNAであること100）なども報告されている．当初は，基本配列へ変異を導入する効果などが多く研究されてきたが100, 101），現在では網羅的なChip–seq法でそのバリエーションと分布が主に解析されるようになっている．また，ERβの発見以後は，ERαとERβが同じ応答配列に結合して示す転写活性の差異も注目されている102–104）．核内受容体がDNA上の応答配列に結合した後に，どのような巨大複合体構造を構築しているのかについては，いまだにはっきりしない部分が多い．今後の研究展開が期待されている．

10. おわりに

脳や心臓をはじめとする，広範な組織に発現するERRγに対する，ビスフェノールAのきわめて強い結合は，（1）未知の内在リガンドの転写抑制活性を阻害する，（2）ERRγ分解に影響する，（3）ビスフェノールA代謝を阻害する，などさまざまな影響を及ぼす可能性がある．ビスフェノールAが結合しても，ERRγが初めから示す100％の活性を保持したまま影響を与えないという観点だけから，この影響を軽視することはできない．また，最近では，ビスフェノールAのような有害化学物質が示すエピジェネティックな効果についても注目されている105）．

1986年にERαのcDNAがクローニングされた．2016年でERαのcDNAクローニングからちょうど30年経過したことになる．そして，1996年にERβのcDNAが報告された．同様に20年が経過している．ERRαとERRβは，ERβの発見に先立つ1988年にすでにERαのDBDをプローブとしたハイブリダイゼーションによりライブラリーから発見されていた．最後のメンバーであるERRγは1998年に報告された106）．こうしてながめてみると，女性ホルモン・エストロゲンの受容体としてのERαとERβのcDNAの発見は，それほど遠い昔の話ではないことがわかる．これからも，核内受容体に関する新しい研究の進展が，強く期待される．

これらの研究は，11年前に筆者を九州大学大学院理学研究院化学部門の構造機能生化学研究室の助教として採用していただいて以来，下東康幸先生のもとで共に実施してきた成果です．下東先生の御指導と御支援なくして，これらの研究展開はありませんでした．心より感謝申し上げます．また，本研究を推進するにあたり，構造機能生化学研究室に所属されていた坂口和靖先生（現：北海道大学大学院理学研究院・教授）や野瀬健先生（現：九州大学基幹教育院・教授）はもちろんのこと，本当に数多くの共同研究者の先生方にお世話になり，また多くの学部生，大学院生に参画していただきました．この場をお借りして，あらためて心から厚く御礼を申し上げます．

本稿で紹介した研究成果は，筆者に対する若手研究（A）（25701008）若手研究（B）（20710053）をはじめ，一連のJSPS科研費の助成（課題番号：2221005, 23710080, 25740024, 15K00557, 15H01741）を受けたものです．さらに，九州大学教育研究プログラム・研究拠点形成プロジェクト（P&P），QRプログラム（Qdai-jump Research Program），創薬等支援技術基盤プラットフォーム事業，国際科学技術財団，加藤記念バイオサイエンス振興財団など多数の研究支援を賜り行われたものでもあります．また，実験を行わせていただいた大型放射光施設SPring-8や創薬等支援技術基盤プラットフォーム事業の関係者の方々に大変お世話になりました．筆者は助教着任当時，科学研究費補助金がなかなか獲得できず，下東康幸先生，九州大学教育研究プログラムをはじめ，本学会に関与するたくさんの先生方に助けていただきました．深謝申し上げます．そして，それらの御恩を決して忘れず，生化学の発展につくします．引き続きの御支援を何卒宜しくお願い申し上げます．

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本総説は2015年度奨励賞を受賞した．

松島 綾美（まつしま あやみ）

九州大学大学院理学研究院准教授．博士（理学）．

略歴 ◇ 1976年福岡県に生る．99年九州大学理学部化学科卒業．2001年日本学術振興会特別研究員DC1．04年同大学院理学府分子科学専攻博士後期課程終了，日本学術振興会特別研究員PD．05年同大学理学研究院化学部門助教．09年日本学術振興会特定国派遣研究者（カナダ）．12年より現職．

研究テーマと抱負 ◇ 受容体とリガンドの構造活性相関解析研究．受容体として，核内受容体とオピオイド受容体を標的に，受容体構造（変異体），リガンド構造（誘導体），結晶構造の三つ巴で解析する．愚直に研究し，好奇心旺盛なので積極的に新規プロジェクトにも取り組んでいきたい．

ウェブサイト ◇ http://lsfb.scc.kyushu-u.ac.jp

趣味 ◇ 茶道．速読．デパ地下巡り．