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{{Infobox_gene}} '''WRN'''(Werner syndrome ATP-dependent helicase)は、ヒトでは''WRN''[[遺伝子]]にコードされる[[酵素]]である。RECQ3(DNA helicase, RecQ-like type 3)としても知られ、{{仮リンク|RecQヘリカーゼ|en|RecQ helicase}}ファミリーの一員である<ref name="Monnat">{{cite journal|author=Monnat RJ|date=October 2010|title=Human RECQ helicases: roles in DNA metabolism, mutagenesis and cancer biology|journal=Semin. Cancer Biol.|volume=20|issue=5|pages=329–39|doi=10.1016/j.semcancer.2010.10.002|pmid=20934517|pmc=3040982}}</ref>。一般的に、[[ヘリカーゼ]]は二本鎖[[デオキシリボ核酸|DNA]]を巻き戻して分離する。こうした活性は、[[細胞分裂]]に備えてDNAをコピーする際([[DNA複製]])に必要である。[[転写 (生物学)|転写]]と呼ばれる、タンパク質産生のための鋳型形成の際にもヘリカーゼは重要である。WRNタンパク質は[[DNA修復]]にも重要な役割を果たしていることが示唆されている。このタンパク質はDNAの構造と完全性の維持を助けている。 == 構造と機能 == WRNはRecQヘリカーゼファミリーの一員である。また、3'→5'[[エキソヌクレアーゼ]]活性を持つ唯一のRecQヘリカーゼである。エキソヌクレアーゼ活性によって、3'陥凹末端の分解や二本鎖DNA中のギャップからのDNA分解の開始などが行われる。WRNは[[相同組換え]]<ref name="pmid12242278">{{cite journal|year=2002|title=Homologous recombination resolution defect in werner syndrome|journal=Mol. Cell. Biol.|volume=22|issue=20|pages=6971–8|doi=10.1128/mcb.22.20.6971-6978.2002|pmid=12242278|pmc=139822|vauthors=Saintigny Y, Makienko K, Swanson C, Emond MJ, Monnat RJ}}</ref><ref name="pmid25122754">{{cite journal|year=2014|title=DNA2 cooperates with the WRN and BLM RecQ helicases to mediate long-range DNA end resection in human cells|journal=J. Biol. Chem.|volume=289|issue=39|pages=27314–26|doi=10.1074/jbc.M114.578823|pmid=25122754|pmc=4175362|vauthors=Sturzenegger A, Burdova K, Kanagaraj R, Levikova M, Pinto C, Cejka P, Janscak P|doi-access=free}}</ref>や[[非相同末端結合]]<ref name="pmid27922005">{{cite journal|year=2016|title=WRN regulates pathway choice between classical and alternative non-homologous end joining|journal=Nat Commun|volume=7|pages=13785|bibcode=2016NatCo...713785S|doi=10.1038/ncomms13785|pmid=27922005|pmc=5150655|vauthors=Shamanna RA, Lu H, de Freitas JK, Tian J, Croteau DL, Bohr VA}}</ref>による二本鎖切断修復、[[塩基除去修復]]による一塩基損傷の修復<ref name="Monnat" /><ref name="pmid17611195">{{cite journal|year=2007|title=The human Werner syndrome protein stimulates repair of oxidative DNA base damage by the DNA glycosylase NEIL1|journal=J. Biol. Chem.|volume=282|issue=36|pages=26591–602|doi=10.1074/jbc.M703343200|pmid=17611195|vauthors=Das A, Boldogh I, Lee JW, Harrigan JA, Hegde ML, Piotrowski J, de Souza Pinto N, Ramos W, Greenberg MM, Hazra TK, Mitra S, Bohr VA|doi-access=free}}</ref><ref name="pmid22753033">{{cite journal|year=2012|title=Involvement of Werner syndrome protein in MUTYH-mediated repair of oxidative DNA damage|journal=Nucleic Acids Res.|volume=40|issue=17|pages=8449–59|doi=10.1093/nar/gks648|pmid=22753033|pmc=3458577|vauthors=Kanagaraj R, Parasuraman P, Mihaljevic B, van Loon B, Burdova K, König C, Furrer A, Bohr VA, Hübscher U, Janscak P}}</ref>に重要であり、複製停止からの回復に効果的である<ref name="pmid21389352">{{cite journal|year=2011|title=The Werner syndrome protein: linking the replication checkpoint response to genome stability|journal=Aging|volume=3|issue=3|pages=311–8|doi=10.18632/aging.100293|pmid=21389352|pmc=3091524|vauthors=Pichierri P, Ammazzalorso F, Bignami M, Franchitto A}}</ref>。WRNは[[テロメア]]の維持と複製、特にGリッチ配列の複製に重要である可能性がある<ref name="Ding">{{cite journal|year=2008|title=Model of human aging: recent findings on Werner's and Hutchinson–Gilford progeria syndromes|journal=Clin Interv Aging|volume=3|issue=3|pages=431–44|doi=10.2147/CIA.S1957|pmid=18982914|pmc=2682376|vauthors=Ding SL, Shen CY}}</ref>。 WRNはオリゴマーであり、DNAの巻き戻し時には単量体として作用する一方で、溶液中では二量体、DNAとの複合体形成時には四量体を形成し、また六量体を形成することも観察されている。WRNの拡散速度は[[核質]]では1.62 <math> \tfrac{\mathrm{\mu m}^2}{\mathrm{s}} </math>、[[核小体]]では0.12 <math> \textstyle \tfrac{\mathrm{\mu m}^2}{\mathrm{s}} </math>と測定されている<ref name="Bendtsen_2014">{{cite journal|author=Kristian Moss Bendtsen, Martin Borch Jensen, Alfred May, Lene JuelRasmussen, Ala Trusina, Vilhelm A. Bohr & Mogens H. Jensen|year=2014|title=Dynamics of the DNA repair proteins WRN and BLM in the nucleoplasm and nucleoli|journal=European Biophysics Journal|volume=43|issue=10–11|pages=509–16|doi=10.1007/s00249-014-0981-x|pmid=25119658|pmc=5576897}}</ref>。WRNの[[オルソログ]]は、[[ショウジョウバエ]]、ツメガエル、[[カエノラブディティス・エレガンス|''C. elegans'']]など他の多数の生物にも存在する。WRNはゲノム安定性に重要であり、WRNに変異を有する細胞はDNA損傷やDNA切断に対する感受性が高くなる<ref name="Rossi_2010">{{cite journal|year=2010|title=Roles of Werner syndrome protein in protection of genome integrity|journal=DNA Repair (Amst.)|volume=9|issue=3|pages=331–44|doi=10.1016/j.dnarep.2009.12.011|pmid=20075015|pmc=2827637|vauthors=Rossi ML, Ghosh AK, Bohr VA}}</ref>。 WRNの[[N末端]]はヘリカーゼ活性とヌクレアーゼ活性の双方に関与しており、[[C末端]]は重要な[[がん抑制遺伝子|がん抑制因子]]である[[P53遺伝子|p53]]と相互作用する<ref name="Oshima_2000">{{cite journal|author=Oshima J|year=2000|title=The Werner syndrome protein: an update|journal=BioEssays|volume=22|issue=10|pages=894–901|doi=10.1002/1521-1878(200010)22:10<894::AID-BIES4>3.0.CO;2-B|pmid=10984715}}</ref>。WRNはDNA修復、組換え、複製やDNA[[核酸の二次構造|二次構造]]の解消時にエキソヌクレアーゼとして機能している可能性がある。WRNは[[ホリデイジャンクション]]における[[分岐点移動]]に関与しており、その他のDNA複製中間体とも相互作用する<ref name="pmid21389352" />。WRNをコードする[[伝令RNA|mRNA]]はヒトの大部分の組織で同定されている<ref name="Oshima_2000" />。 === 翻訳後修飾 === WRNの[[セリン]]/[[スレオニン]]残基の[[リン酸化]]は、複製後DNA修復に重要なヘリカーゼ活性とエキソヌクレアーゼ活性を阻害する。これらの部位の脱リン酸化はWRNの触媒活性を亢進する。リン酸化は、[[SUMOタンパク質|SUMO]]化や[[アセチル化]]などの他の[[翻訳後修飾]]に影響を与えている可能性がある<ref name="Ding" />。 == 臨床的意義 == [[ウェルナー症候群]]は''WRN''遺伝子の変異によって引き起こされる<ref name="Oshima_2000" />。''WRN''遺伝子の原因となる変異として20種類以上が知られている。こうした変異の多くは、異常に短いWRNタンパク質を産生するものである。こうした短縮型タンパク質は、DNAと相互作用を行うための[[細胞核]]への移行が起こらないことが示唆されている<ref name="Huang">{{cite journal|year=2006|title=The spectrum of WRN mutations in Werner syndrome patients|journal=Hum. Mutat.|volume=27|issue=6|pages=558–67|doi=10.1002/humu.20337|pmid=16673358|pmc=1868417|vauthors=Huang S, Lee L, Hanson NB, Lenaerts C, Hoehn H, Poot M, Rubin CD, Chen DF, Yang CC, Juch H, Dorn T, Spiegel R, Oral EA, Abid M, Battisti C, Lucci-Cordisco E, Neri G, Steed EH, Kidd A, Isley W, Showalter D, Vittone JL, Konstantinow A, Ring J, Meyer P, Wenger SL, von Herbay A, Wollina U, Schuelke M, Huizenga CR, Leistritz DF, Martin GM, Mian IS, Oshima J}}</ref>。また、こうした短縮型タンパク質は迅速に分解される可能性があり、細胞内のWRNタンパク質の喪失が引き起こされる。核内に正常なWRNタンパク質が存在しない場合、細胞はDNA複製、修復、転写を行うことができない<ref name="Lebel">{{cite journal|author=Lebel M|year=2001|title=Werner syndrome: genetic and molecular basis of a premature aging disorder|journal=Cell. Mol. Life Sci.|volume=58|issue=7|pages=857–67|doi=10.1007/s00018-001-8398-y|pmid=11497235|s2cid=24801894}}</ref>。これらの変異がウェルナー症候群でみられる[[早老症|早老]]の症状を引き起こす機構については現在も研究が行われている。 == DNA修復経路における役割 == === 相同組換え修復 === WRNは[[相同組換え]]に活性を有する。''WRN''遺伝子に欠陥を有する細胞は[[有糸分裂]]時の自発的な組換えが23分の1に低下し、特に[[遺伝子変換]]型の組換えが減少する<ref name="pmid11316787">{{cite journal|year=2001|title=Loss of Werner syndrome protein function promotes aberrant mitotic recombination|journal=Genes Dev.|volume=15|issue=8|pages=933–8|doi=10.1101/gad.877001|pmid=11316787|pmc=312674|vauthors=Prince PR, Emond MJ, Monnat RJ}}</ref>。''WRN''遺伝子に欠陥を有する細胞は、野生型WRNを持つ細胞と比較して、[[X線]]に曝露した場合の染色体切断や[[小核]]形成が増加する<ref name="pmid7507567">{{cite journal|year=1994|title=Correlation between senescence and DNA repair in cells from young and old individuals and in premature aging syndromes|journal=Mutat. Res.|volume=316|issue=1|pages=37–48|doi=10.1016/0921-8734(94)90006-x|pmid=7507567|vauthors=Weirich-Schwaiger H, Weirich HG, Gruber B, Schweiger M, Hirsch-Kauffmann M}}</ref>。''WRN''遺伝子に欠陥を有する細胞は、野生型細胞よりも[[ガンマ線]]、[[紫外線]]、シクロブタン型ピリミジンダイマー、[[マイトマイシンC]]に対する感受性は高くならないが、I型、II型[[DNAトポイソメラーゼ|トポイソメラーゼ]]阻害剤に対する感受性が高くなる<ref name="pmid9789047">{{cite journal|year=1998|title=A deletion within the murine Werner syndrome helicase induces sensitivity to inhibitors of topoisomerase and loss of cellular proliferative capacity|journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.|volume=95|issue=22|pages=13097–102|bibcode=1998PNAS...9513097L|doi=10.1073/pnas.95.22.13097|pmid=9789047|pmc=23722|vauthors=Lebel M, Leder P|doi-access=free}}</ref>。これらの知見は、WRNタンパク質が相同組換え修復や停止した複製フォークのプロセシングに関与していることを示唆している<ref name="pmid11380620">{{cite journal|year=2001|title=Werner helicase relocates into nuclear foci in response to DNA damaging agents and co-localizes with RPA and Rad51|journal=Genes Cells|volume=6|issue=5|pages=421–30|doi=10.1046/j.1365-2443.2001.00433.x|pmid=11380620|vauthors=Sakamoto S, Nishikawa K, Heo SJ, Goto M, Furuichi Y, Shimamoto A|s2cid=26078155}}</ref>。 === 非相同末端結合 === WRNは[[非相同末端結合]](NHEJ)によるDNA修復にも重要な役割を果たしている。WRNは二本鎖切断部位にリクルートされ、そこでNHEJ経路において酵素的・非酵素的な機能を果たす。二本鎖切断部位では[[Ku自己抗原|Ku]]と結合して標準的(典型的)NHEJ経路を促進し、その酵素機能によってDNA二本鎖切断をある程度の正確さで修復する。WRNはalt-NHEJまたは{{仮リンク|マイクロホモロジー媒介末端結合|en|Microhomology-mediated end joining}}(MMEJ)と呼ばれるNHEJの代替的経路を阻害する。MMEJは二本鎖切断の不正確な修復機構である<ref name="pmid27922005" />。 === 塩基除去修復 === WRNはDNAの[[塩基除去修復]](BER)にも関与している。WRNはBERの序盤の損傷検出段階で{{仮リンク|NEIL1|en|NEIL1}}と結合し、NEIL1による酸化損傷の除去を促進する<ref name="pmid17611195" />。NEIL1は[[DNAグリコシラーゼ]]であり、[[活性酸素種]](ROS)によって損傷した塩基を切除しすることでBERの第一段階を開始し、またNEIL1と関連した[[リアーゼ]]活性によってDNA鎖に切断が導入される<ref name="pmid24349107">{{cite journal|year=2013|title=Inhibition of DNA glycosylases via small molecule purine analogs|journal=PLOS ONE|volume=8|issue=12|pages=e81667|bibcode=2013PLoSO...881667J|doi=10.1371/journal.pone.0081667|pmid=24349107|pmc=3857224|vauthors=Jacobs AC, Calkins MJ, Jadhav A, Dorjsuren D, Maloney D, Simeonov A, Jaruga P, Dizdaroglu M, McCullough AK, Lloyd RS|doi-access=free}}</ref>。NEIL1はROSによって損傷した塩基を認識して除去し、その後3'側と5'側ににリン酸基を残してβ,δ脱離によって{{仮リンク|AP部位|en|AP site|label=無塩基部位}}を除去する。NEIL1は酸化[[ピリミジン]]、ホルムアミドピリミジン、メチル基が酸化された[[チミン]]、{{仮リンク|チミングリコール|en|Thymine glycol}}の双方の[[立体異性体]]を認識する<ref name="pmid20955798">{{cite journal|date=Oct 2010|title=Variant base excision repair proteins: contributors to genomic instability|journal=Seminars in Cancer Biology|volume=20|issue=5|pages=320–8|doi=10.1016/j.semcancer.2010.10.010|pmid=20955798|pmc=3254599|vauthors=Nemec AA, Wallace SS, Sweasy JB}}</ref>。 WRNは{{仮リンク|DNAポリメラーゼλ|en|DNA polymerase lambda|label=Polλ}}との相互作用を介してもBERに関与する<ref name="pmid22753033" />。WRNはPolλの触媒ドメインに結合し、[[8-オキソグアニン|8-oxo-G]]の反対側のギャップの埋め込みとその後の鎖置換合成を特異的に促進する。これによってWRNは{{仮リンク|MUTYH|en|MUTYH}}によって開始される8-oxo-G:Aミスペアの修復時のPolλによるロングパッチBERを促進する。 === 複製停止からの回復 === WRNは複製停止からの回復にも関与している。WRNに欠陥がある場合、複製の停止は二本鎖切断の蓄積と染色体断片化の増加を引き起こす<ref name="Pichierri">{{cite journal|year=2012|title=The RAD9-RAD1-HUS1 (9.1.1) complex interacts with WRN and is crucial to regulate its response to replication fork stalling|journal=Oncogene|volume=31|issue=23|pages=2809–23|doi=10.1038/onc.2011.468|pmid=22002307|pmc=3272477|vauthors=Pichierri P, Nicolai S, Cignolo L, Bignami M, Franchitto A}}</ref>。WRNは、複製チェックポイントの中心的因子の1つである{{仮リンク|RAD9A|en|RAD9A|label=RAD9}}-{{仮リンク|RAD1|en|RAD1 homolog}}-{{仮リンク|HUS1|en|HUS1}}(9.1.1)複合体と相互作用する<ref name="Pichierri" />。この相互作用はWRNのN末端領域へのRAD1サブユニットの結合によって媒介され、核内のfociへのWRNの再局在と複製停止に応答したWRNのリン酸化に重要である。DNA損傷や複製フォークの停止が起こっていない場合、WRNは核小体に局在したままである<ref name="pmid11256630">{{cite journal|year=2000|title=Werner's syndrome protein (WRN) migrates Holliday junctions and co-localizes with RPA upon replication arrest|journal=EMBO Rep.|volume=1|issue=1|pages=80–4|doi=10.1093/embo-reports/kvd004|pmid=11256630|pmc=1083680|vauthors=Constantinou A, Tarsounas M, Karow JK, Brosh RM, Bohr VA, Hickson ID, West SC}}</ref>。WRNと9.1.1複合体との相互作用は、停止した複製フォークでの二本鎖切断の形成を防ぐ<ref name="Pichierri" />。 == がんにおけるWRNの欠乏 == 限られた量のWRNを発現する細胞は、野生型細胞と比較して変異頻度が上昇する<ref name="pmid22351772">{{cite journal|year=2012|title=The Werner syndrome exonuclease facilitates DNA degradation and high fidelity DNA polymerization by human DNA polymerase δ|journal=J. Biol. Chem.|volume=287|issue=15|pages=12480–90|doi=10.1074/jbc.M111.332577|pmid=22351772|pmc=3320997|vauthors=Kamath-Loeb AS, Shen JC, Schmitt MW, Loeb LA|doi-access=free}}</ref>。変異の増加はがんの発生の原因となる可能性がある。ウェルナー症候群の患者は''WRN''遺伝子に[[ホモ接合型]]変異を抱えており、{{仮リンク|軟部肉腫|en|Soft-tissue sarcoma|redirect=1}}、[[骨肉腫]]、[[甲状腺癌|甲状腺がん]]や[[悪性黒色腫|メラノーマ]]などのがんの発生率が上昇する<ref name="pmid8722214">{{cite journal|year=1996|title=Excess of rare cancers in Werner syndrome (adult progeria)|journal=Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev.|volume=5|issue=4|pages=239–46|pmid=8722214|vauthors=Goto M, Miller RW, Ishikawa Y, Sugano H}}</ref>。 ''WRN''の変異は一般集団では稀である。''WRN''の[[ヘテロ接合型]]機能喪失変異は約100万人に1人である。日本人集団では1000人あたり6人と比較的高いが、それでも低頻度である<ref name="pmid21365542">{{cite journal|year=2011|title=The Werner's Syndrome RecQ helicase/exonuclease at the nexus of cancer and aging|journal=Hawaii Med J|volume=70|issue=3|pages=52–5|pmid=21365542|pmc=3071901|vauthors=Chun SG, Shaeffer DS, Bryant-Greenwood PK}}</ref>。 がん細胞では''WRN''遺伝子の変異による欠陥よりも、エピジェネティックな変化による発現の低下が広くみられ、下の図では630のヒト原発性腫瘍における''WRN''遺伝子の[[CpGアイランド]]の高メチル化の頻度を示している<ref name="Agrelo">{{cite journal|year=2006|title=Epigenetic inactivation of the premature aging Werner syndrome gene in human cancer|journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.|volume=103|issue=23|pages=8822–7|bibcode=2006PNAS..103.8822A|doi=10.1073/pnas.0600645103|pmid=16723399|pmc=1466544|vauthors=Agrelo R, Cheng WH, Setien F, Ropero S, Espada J, Fraga MF, Herranz M, Paz MF, Sanchez-Cespedes M, Artiga MJ, Guerrero D, Castells A, von Kobbe C, Bohr VA, Esteller M|doi-access=free}}</ref>。高メチル化は''WRN''の発現の低下を引き起こし、腫瘍形成時に広くみられる現象である<ref name="Agrelo" />。 {| class="wikitable sortable" |+ 散発性がんにおける''WRN''プロモーター高メチル化の頻度 ! がん !!頻度<ref name="Agrelo" /> |- !大腸がん|| 37.9% |- !非小細胞性肺がん|| 37.5% |- !胃がん|| 25% |- !前立腺がん|| 20% |- !乳がん|| 17.2% |- !甲状腺がん|| 12.5% |- !非ホジキンリンパ腫|| 23.7% |- !急性骨髄性白血病|| 4.8% |- !軟骨肉腫|| 33.3% |- !骨肉腫|| 11.1% |} == 相互作用 == WRNは次に挙げる因子と相互作用することが示されている。{{div col|colwidth=20em}} * {{仮リンク|BLM (タンパク質)|en|Bloom syndrome protein|label=BLM}}<ref name = pmid11919194>{{cite journal | date = June 2002 |vauthors=von Kobbe C, Karmakar P, Dawut L, Opresko P, Zeng X, Brosh RM, Hickson ID, Bohr VA | title = Colocalization, physical, and functional interaction between Werner and Bloom syndrome proteins | journal = J. Biol. Chem. | volume = 277 | issue = 24 | pages = 22035–44 | pmid = 11919194 | doi = 10.1074/jbc.M200914200| doi-access = free }}</ref> * [[DNA-PKcs]]<ref name = pmid10608806>{{cite journal | date = Dec 1999 |vauthors=Kim ST, Lim DS, Canman CE, Kastan MB | title = Substrate specificities and identification of putative substrates of ATM kinase family members | journal = J. Biol. Chem. | volume = 274 | issue = 53 | pages = 37538–43 | pmid = 10608806 | doi = 10.1074/jbc.274.53.37538| doi-access = free }}</ref><ref name = pmid11889123>{{cite journal | date = May 2002 |vauthors=Karmakar P, Piotrowski J, Brosh RM, Sommers JA, Miller SP, Cheng WH, Snowden CM, Ramsden DA, Bohr VA | title = Werner protein is a target of DNA-dependent protein kinase in vivo and in vitro, and its catalytic activities are regulated by phosphorylation | journal = J. Biol. Chem. | volume = 277 | issue = 21 | pages = 18291–302 | pmid = 11889123 | doi = 10.1074/jbc.M111523200| doi-access = free }}</ref> * {{仮リンク|FEN1|en|Flap structure-specific endonuclease 1}}<ref name = pmid14688284>{{cite journal | date = March 2004 |vauthors=Sharma S, Sommers JA, Wu L, Bohr VA, Hickson ID, Brosh RM | title = Stimulation of flap endonuclease-1 by the Bloom's syndrome protein | journal = J. Biol. Chem. | volume = 279 | issue = 11 | pages = 9847–56 | pmid = 14688284 | doi = 10.1074/jbc.M309898200| doi-access = free }}</ref><ref name = pmid11598021>{{cite journal | date = October 2001 |vauthors=Brosh RM, von Kobbe C, Sommers JA, Karmakar P, Opresko PL, Piotrowski J, Dianova I, Dianov GL, Bohr VA | title = Werner syndrome protein interacts with human flap endonuclease 1 and stimulates its cleavage activity | journal = EMBO J. | volume = 20 | issue = 20 | pages = 5791–801 | pmid = 11598021 | pmc = 125684 | doi = 10.1093/emboj/20.20.5791}}</ref> * [[Ku70]]<ref name = pmid12177300>{{cite journal | date = August 2002 |vauthors=Karmakar P, Snowden CM, Ramsden DA, Bohr VA | title = Ku heterodimer binds to both ends of the Werner protein and functional interaction occurs at the Werner N-terminus | journal = Nucleic Acids Res. | volume = 30 | issue = 16 | pages = 3583–91 | pmid = 12177300 | pmc = 134248 | doi = 10.1093/nar/gkf482}}</ref><ref name = pmid10880505>{{cite journal | date = September 2000 |vauthors=Li B, Comai L | title = Functional interaction between Ku and the werner syndrome protein in DNA end processing | journal = J. 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