ゲノム検査に基づくガン治療に関して我が国が大きく遅れをとっていることは明らかだが、それでも徐々にゲノムに基づいて治療を考えることが根付きつつあることは間違いない。たとえば K-Ras 阻害剤の場合、特定の変異にだけ対応するものもあるし、免疫チェックポイント治療でも染色体不安定性につながる変異を特定することで対象のガンを拡大できる。

中でも、BRCA2 変異は一般抗ガン剤を選ぶ場合でも必須の検査項目になっている。というのも BRCA2 は RAD51 と呼ばれる相同組み換え修復酵素と相互作用して修復を促進することが知られており、これが欠損すると修復が抑えられてガン細胞の DNA 切断に対する感受性が上がる。さらにこの修復欠損を確かなものにするため、除去修復にも関わる PARP1 阻害剤を組み合わせることが行われる。

今日紹介するニューヨーク大学からの論文は、上に述べた修復課程の経過を一分子レベルで検出し、RAD51、BRCA2、 PARP 分子の相互作用を明らかにした研究で、３月２６日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「BRCA2 prevents PARPi-mediated PARP1 retention to protect RAD51 filaments（BRAC2 は PARP 阻害剤による PAEP1 の修復部位への保持を阻害し、RAD51 によるフィラメントを守る）」だ。

おそらく医学の知識があってもなかなかタイトルは理解できないかもしれない。それほどDNA修復課程は多くの分子が関わる複雑なのだが、これをまず BRCA2 と RAD51 だけに絞ってその分子反応を一分子レベルで見る以下のような方法を開発している。

DNA が切断されると、５‘末端が削られ３’一本鎖DNAが形成されるが、RAD51 これに結合しDNAとタンパク質が結合したフィラメントを形成、その部位に相同配列を見つけてそれを結合させ相同組み換えを行うことが知られている。

そこで、この２重鎖の切断部位とそこから伸びる１本鎖にそれぞれが近いときに蛍光が発する分子を結合させ（FRET）、蛍光をモニターしている。何も加えないと FRET は安定しているが、RAD51 を加えるとフィラメント形成に伴いシグナルは低下するが、分子運動は保たれるためレベルは変化する。ところがこれに BRCA2 を加えると、フィラメントが固定され、FRET が安定して低いレベルを保つことがわかる。すなわち、BRCA2 は RAD51 のフィラメントの安定性を高めて修復を助けることがわかる。

この実験系に PARP1 を加える実験に進んでいるが、少し理解が難しいかもしれない。PARP1 は切断部位をマーキングして他の修復酵素を呼び集め一本鎖DNAを削って、RAD51 で処理できなかった部位の修復を行っている。ただ、PARP 阻害剤の研究から、RAD51、BRCA2 の機能とも密接に関わることがわかっている。そのため、PARP1 に阻害剤を加えて本来の酵素活性を阻害した状態で実験に加えている。

すると RAD51 で誘導される FRET の安定的低下が大きく変化し、RAD51 の安定なフィラメント形成を阻害していることがわかる。ところが、これに BRCA2 を加えると、PAPR1＋阻害剤の効果はキャンセルされる。すなわち、切断部に保持された PARP1 の本来の機能が阻害剤で阻害された後も、切断部にとどまった PARP1 は RAD51 のフィラメント形成を不安定にしている。そして、これを安定化させているのがBRCA2 ということがわかる。まさに、ガン治療の現場で起こっていることが、分子レベルで観察できる。

この過程をさらに詳細に検討すると、PARP1 が切断部に保持されたままだと、RAD51 のフィラメント形成が不安定で相同DNAを見つけてきて一本鎖を２本差にする過程が阻害されるが、このとき BRCA2 が存在するとフィラメントが安定化するだけでなく、PARP1 を切断部から追い出して、相同DNAの会合を促進することができる。

そして最後の仕上げは、実際の細胞に放射線を照射し DNA を切断し、その部位にPAPR1、RAD51、BRCA2 それぞれが結合する様子を観察し、BRCA2 が PARP1 を切断部位から除去するのを一分子レベルの蛍光顕微鏡で確認している。

以上、多くのガンを治療する際に重要な BRCA2 の作用機序を実際に目で見ることができて感激した。