アポトソーム・DISC・PIDDソーム複合体の構造と機能

🧠 アポトソームapoptosomeアポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム）・DISC・PIDDソームはいずれも「イニシエーターinitiator イニシエーター（initiator）initiator（イニシエーター） カスパーゼを組み立てて活性化するための足場 scaffold足場（scaffold） scaffold（足場）」であり、違いは何が引き金になるかだけ——ミトコンドリアからのシトクロム cytochrome シトクロム（cytochrome） cytochrome（シトクロム） c放出（アポトソームapoptosomeアポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム）、内因性経路endogenous pathway内因性経路（endogenous pathway）endogenous pathway（内因性経路））、細胞外デスリガンド death ligand デスリガンド（death ligand） death ligand（デスリガンド） の受容体結合 receptor binding 受容体結合（receptor binding） receptor binding（受容体結合） （DISC、外因性経路）、p53からのPIDD誘導（PIDDソーム）である。 そしてtBidという1つの分子が、DISC由来のカスパーゼ8活性化をミトコンドリア（内因性経路endogenous pathway内因性経路（endogenous pathway）endogenous pathway（内因性経路））へ橋渡しすることで、外因性と内因性という本来別々の経路を1本につなぐ結節点 hub 結節点（hub） hub（結節点） になっている。この単元はBcl-2ファミリー（54-members-of-the-bcl-2-superfamily-and-their-roles-in-various-apoptotic-pathways）による「シトクロムcytochrome シトクロム（cytochrome）cytochrome（シトクロム） c放出の可否」という上流の決定を前提にしているため、先にそちらを理解しておくと見通しがよい。

アポトソーム・DISC・PIDDソームとは

アポトソームapoptosomeアポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム）、DISC、PIDDソームはいずれもイニシエーターinitiator イニシエーター（initiator）initiator（イニシエーター） カスパーゼ（アポトーシスを誘導するプロテアーゼ）を活性化する複合体である。ミトコンドリアを介するアポトーシスは異なる経路で起こりうる：内因性経路と外因性経路である。内因性経路endogenous pathway 内因性経路（endogenous pathway）endogenous pathway（内因性経路） はミトコンドリアからのシトクロムcytochrome シトクロム（cytochrome）cytochrome（シトクロム） cの放出を含み、外因性経路は細胞外リガンドの膜貫通型 transmembrane 膜貫通型（transmembrane） transmembrane（膜貫通型） 受容体への結合によるDISC形成を伴う。

アポトソーム（内因性アポトーシス経路）

• アポトーシスの過程で形成される、大きな四次構造 quaternary structure 四次構造（quaternary structure） quaternary structure（四次構造） タンパク質（複合体中に複数の折り畳まれたタンパク質サブユニット）である
• その形成は、内的な細胞死刺激（例：DNADNA（deoxyribonucleic acid）損傷、ウイルス感染など）への応答としてミトコンドリアからシトクロムcytochrome シトクロム（cytochrome）cytochrome（シトクロム） cが放出されることにより引き金を引かれる
• シトクロムcytochrome シトクロム（cytochrome）cytochrome（シトクロム） cが細胞質へ放出されると、アダプタータンパク質adaptor protein アダプタータンパク質（adaptor protein）adaptor protein（アダプタータンパク質） であるApaf1（apoptotic protease activating factor 1）に結合する
• ヌクレオチドdATP（デオキシATP）も結合し、この構造はオリゴマー化oligomerizationオリゴマー化（oligomerization）oligomerization（オリゴマー化）（単量体monomer 単量体（monomer）monomer（単量体） を高分子複合体 macromolecular complex 高分子複合体（macromolecular complex） macromolecular complex（高分子複合体） へ変換する過程）を経てアポトソーム apoptosome アポトソーム（apoptosome） apoptosome（アポトソーム） を形成する

→ アポトソームapoptosome アポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム） 中のApaf1タンパク質はプロカスパーゼ9タンパク質に結合する→イニシエーターinitiator イニシエーター（initiator）initiator（イニシエーター） カスパーゼ9を活性化する→エフェクターカスパーゼ3、6、7を切断する→アポトーシスを誘導する

💡 アポトソームapoptosome アポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム） は「7」で覚える——Apaf1が7分子集まった車輪状の複合体である。 正常細胞のApaf1は自己阻害 autoinhibition 自己阻害（autoinhibition） autoinhibition（自己阻害） のかかった単量体 monomer 単量体（monomer） monomer（単量体） で、シトクロムcytochrome シトクロム（cytochrome）cytochrome（シトクロム） cがWD40リピートに結合してその自己阻害 autoinhibition 自己阻害（autoinhibition） autoinhibition（自己阻害） を解き、dATPの結合が構造変化 conformational change 構造変化（conformational change） conformational change（構造変化） を引き起こすことで七量体へオリゴマー化 oligomerization オリゴマー化（oligomerization） oligomerization（オリゴマー化） する。クライオ電子顕微鏡 electron microscopy, EM 電子顕微鏡（electron microscopy, EM） electron microscopy, EM（電子顕微鏡） による3.8 Å分解能の原子構造でこの機構が示された¹。ハブhub ハブ（hub）hub（ハブ） 側に露出した7つのCARDがプロカスパーゼ9のCARDを捕まえるので、「シトクロムcytochrome シトクロム（cytochrome）cytochrome（シトクロム） c＝解除キー、dATP＝組み立てスイッチ、7つのCARD＝カスパーゼ9の受け皿」と分解して覚えるとよい。

flowchart TD
  A["内的細胞死刺激（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='deoxyribonucleic acid'>DNA</span>損傷・ウイルス感染）"] --> B["ミトコンドリアから<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cytochrome'>シトクロム</span>c放出"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cytochrome'>シトクロム</span>cがApaf1に結合"]
  C --> D["dATP結合＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='oligomerization'>オリゴマー化</span>"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='apoptosome'>アポトソーム</span>形成"]
  E --> F["プロカスパーゼ9結合→カスパーゼ9活性化"]
  F --> G["エフェクターカスパーゼ3・6・7の切断"]
  G --> H["アポトーシス"]

PIDDソーム

• PIDDソームはカスパーゼ2（イニシエーターinitiator イニシエーター（initiator）initiator（イニシエーター） カスパーゼ）を活性化する多タンパク質複合体である
• PIDDソームの形成は、腫瘍抑制タンパク質p53により誘導されるアポトーシスシグナルにより引き金を引かれ、これがPIDD（p53-induced protein with a death domain）と呼ばれるタンパク質を活性化する
• PIDDはデスドメイン death domain デスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン） を持つアダプタータンパク質 adaptor protein アダプタータンパク質（adaptor protein） adaptor protein（アダプタータンパク質） ——RAIDD——を引き寄せる
• RAIDDはプロカスパーゼ2を動員し活性化してアポトーシスを開始する
• 複合体の中核はデスドメイン death domain デスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン） 同士の非対称な集合体で、RAIDDのデスドメイン death domain デスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン） 7個とPIDDのデスドメイン death domain デスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン） 5個から成る（結晶構造crystal structure 結晶構造（crystal structure）crystal structure（結晶構造） で決定。界面を壊す変異はカスパーゼ2の活性化不全をもたらす）²

💡 PIDDソームの位置づけは改訂されている——「p53の下流でアポトーシスを実行する装置」から「中心体centrosome 中心体（centrosome）centrosome（中心体） の数を数えてp53へ報告するセンサー」へ。 上の図のとおりPIDDはたしかにp53誘導性 inducibility 誘導性（inducibility） inducibility（誘導性） の遺伝子だが、現在いちばん確かな生理的な引き金は中心体centrosome 中心体（centrosome）centrosome（中心体） の数の増加である。細胞質分裂cytokinesis 細胞質分裂（cytokinesis）cytokinesis（細胞質分裂） の失敗や中心体 centrosome 中心体（centrosome） centrosome（中心体） の過剰複製で成熟中心体 centrosome 中心体（centrosome） centrosome（中心体） が増えるとPIDDソームが組み上がり、カスパーゼ2がMDM2を切断する→p53が安定化する→p21依存性の細胞周期停止 cell cycle arrest細胞周期停止（cell cycle arrest） cell cycle arrest（細胞周期停止）が起こる³。つまりこの経路の主たる帰結はアポトーシスではなく増殖停止 growth arrest 増殖停止（growth arrest） growth arrest（増殖停止） であり、向きも「p53→PIDDソーム」の一方通行ではなくPIDDソーム→p53というフィードバックを含む。古い理解（p53が誘導するアポトーシス経路の1つ）を捨てる必要はないが、中心体centrosome 中心体（centrosome）centrosome（中心体） 数の監視という別の顔が加わったと押さえる。

flowchart TD
  A["p53によるアポトーシスシグナル"] --> B["PIDD活性化"]
  B --> C["RAIDDの動員（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='death domain'>デスドメイン</span>を介して）"]
  C --> D["プロカスパーゼ2の動員・活性化"]
  D --> E["アポトーシス開始"]

DISC（外因性アポトーシス経路）

• デス受容体death receptorデス受容体（death receptor）death receptor（デス受容体）は、細胞外リガンド結合ドメイン ligand-binding domainリガンド結合ドメイン（ligand-binding domain） ligand-binding domain（リガンド結合ドメイン）・1つの単一膜貫通ドメイン transmembrane domain, TMD膜貫通ドメイン（transmembrane domain, TMD） transmembrane domain, TMD（膜貫通ドメイン）・細胞内デスドメイン death domain デスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン） を持つ膜貫通タンパク transmembrane protein 膜貫通タンパク（transmembrane protein） transmembrane protein（膜貫通タンパク） 質である
• 受容体がデスリガンド death ligand デスリガンド（death ligand） death ligand（デスリガンド） （例：TNFTNF（tumour necrosis factor）α——腫瘍壊死因子 tumor necrosis factor, TNF腫瘍壊死因子（tumor necrosis factor, TNF） tumor necrosis factor, TNF（腫瘍壊死因子））の結合により活性化・オリゴマー化oligomerization オリゴマー化（oligomerization）oligomerization（オリゴマー化） すると、そのデスドメイン death domain デスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン） にアダプタータンパク質 adaptor proteinアダプタータンパク質（adaptor protein） adaptor protein（アダプタータンパク質）FADD（Fas-associated adaptor with death domain）が結合し、FADDのDEDを介してプロカスパーゼ8/10が引き寄せられる→この「受容体＋FADD＋プロカスパーゼ8/10」の集合体がDISC（デス誘導シグナル複合体death-inducing signaling complex (DISC)デス誘導シグナル複合体（death-inducing signaling complex (DISC)）death-inducing signaling complex (DISC)（デス誘導シグナル複合体））である⁴
• DISCはプロカスパーゼを互いに近接させ自己活性化させる→活性型イニシエーター initiator イニシエーター（initiator） initiator（イニシエーター） カスパーゼ二量体（カスパーゼ8/10）を形成する→エフェクターカスパーゼを活性化しアポトーシスを誘導する
• 活性型カスパーゼ8/10はBIDも切断しtBIDを形成できる。tBIDはミトコンドリアへ転位する→tBIDはシトクロム cytochrome シトクロム（cytochrome） cytochrome（シトクロム） c放出に必要である＝内因性経路endogenous pathway 内因性経路（endogenous pathway）endogenous pathway（内因性経路） と外因性経路を結びつける

⚠️ DISCは受容体そのものの別名ではない。 DISCとは、リガンド結合ligand binding リガンド結合（ligand binding）ligand binding（リガンド結合） で凝集した受容体に細胞内タンパク質が呼び集められてできる複合体を指す。実際、DISCの構成因 etiology 成因（etiology） etiology（成因） 子はオリゴマー化 oligomerization オリゴマー化（oligomerization） oligomerization（オリゴマー化） した受容体にのみ結合し、単量体monomer 単量体（monomer）monomer（単量体） の受容体やC末端（デスドメインdeath domain デスドメイン（death domain）death domain（デスドメイン） 側）を欠く非シグナル型受容体には結合しない⁴。「受容体＝部品」「DISC＝組み上がった足場 scaffold足場（scaffold） scaffold（足場）」と分けて覚える。またFADDがアダプターであり、プロカスパーゼ8/10はアダプターではなく、その足場 scaffold 足場（scaffold） scaffold（足場） に集められる酵素前駆体である。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='death ligand'>デスリガンド</span>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='tumour necrosis factor'>TNF</span>αなど）が受容体に結合"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='death domain'>デスドメイン</span>がFADD・プロカスパーゼ8/10を動員"]
  B --> C["DISC形成"]
  C --> D["プロカスパーゼの自己活性化→活性型カスパーゼ8/10二量体"]
  D --> E["エフェクターカスパーゼ活性化→アポトーシス"]
  D --> F["BIDの切断→tBID形成"]
  F --> G["tBIDがミトコンドリアへ転位"]
  G --> H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cytochrome'>シトクロム</span>c放出（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='endogenous pathway'>内因性経路</span>との接続）"]

代表的なデス受容体 death receptor デス受容体（death receptor） death receptor（デス受容体） ：TNFR1（リガンド：TNFα）、Fas（リガンド：FasL）、TRAILR1/2（リガンド：TRAIL＝TNF-related apoptosis-inducing ligand）。

用語： DD＝デスドメイン death domainデスドメイン（death domain） death domain（デスドメイン）、DED＝デスエフェクタードメイン death effector domainデスエフェクタードメイン（death effector domain） death effector domain（デスエフェクタードメイン）、FADD＝Fas-associated adapter with DD。

💡 tBIDは54-members-of-the-bcl-2-superfamily-and-their-roles-in-various-apoptotic-pathwaysで扱う「BH3only」タンパク質の1つであり、抗アポトーシスタンパク質を阻害することでBak/Baxを活性化しシトクロム cytochrome シトクロム（cytochrome） cytochrome（シトクロム） c放出を促す。DISC経路（外因性）で生成されたtBIDがミトコンドリア（内因性経路endogenous pathway 内因性経路（endogenous pathway）endogenous pathway（内因性経路） の中心舞台）へ働きかけるという事実こそが、この2つの経路が独立ではなく1つのネットワークとして機能することを示している。

さらなるアポトーシスの活性化因子

ERストレス誘導性 inducibility 誘導性（inducibility） inducibility（誘導性） アポトーシス： 誤って折り畳まれたタンパク質の蓄積への応答として生じる。

グランザイムgranzyme グランザイム（granzyme）granzyme（グランザイム） B誘導性inducibility 誘導性（inducibility）inducibility（誘導性） アポトーシス： グランザイムgranzyme グランザイム（granzyme）granzyme（グランザイム） は細胞傷害性リンパ球やナチュラルキラー細胞の顆粒に見出されるセリンプロテアーゼ serine protease セリンプロテアーゼ（serine protease） serine protease（セリンプロテアーゼ） である。これらの細胞から孔形成タンパク質パーフォリンperforinパーフォリン（perforin）perforin（パーフォリン）とともに分泌され、標的細胞target cell 標的細胞（target cell）target cell（標的細胞） にアポトーシスを媒介する（エフェクターカスパーゼの活性化、Bidタンパク質の活性化）。腫瘍細胞はグランザイム granzyme グランザイム（granzyme） granzyme（グランザイム） Bの阻害因子を発現することでアポトーシスを回避しうる。

まとめ

• アポトソームapoptosomeアポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム）・DISC・PIDDソームはいずれもイニシエーター initiator イニシエーター（initiator） initiator（イニシエーター） カスパーゼを活性化する足場 scaffold 足場（scaffold） scaffold（足場） 複合体であり、アポトソームapoptosome アポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム） はシトクロム cytochrome シトクロム（cytochrome） cytochrome（シトクロム） c-Apaf1-dATPのオリゴマー化 oligomerization オリゴマー化（oligomerization） oligomerization（オリゴマー化） によりカスパーゼ9を、PIDDソームはp53-PIDD-RAIDDによりカスパーゼ2を、DISCはデスリガンド death ligand デスリガンド（death ligand） death ligand（デスリガンド） -受容体-FADDによりカスパーゼ8/10を活性化する。
• アポトソームapoptosome アポトソーム（apoptosome）apoptosome（アポトソーム） 経路は内因性（ミトコンドリア）経路、DISC経路は外因性（デス受容体death receptorデス受容体（death receptor）death receptor（デス受容体））経路の中核をなし、DISCで活性化されたカスパーゼ8/10がBIDを切断してtBIDを生成することで、外因性経路のシグナルがミトコンドリアからのシトクロム cytochrome シトクロム（cytochrome） cytochrome（シトクロム） c放出（内因性経路endogenous pathway内因性経路（endogenous pathway）endogenous pathway（内因性経路））へと橋渡しされる。
• ERストレスやグランザイム granzyme グランザイム（granzyme） granzyme（グランザイム） B（細胞傷害性リンパ球・NK細胞由来）もアポトーシスを誘導する追加の経路であり、腫瘍細胞はグランザイム granzyme グランザイム（granzyme） granzyme（グランザイム） B阻害因子の発現によりこれを回避しうる。