NRF2の化学的活性化のメカニズム

NF-E2関連因子-2（NRF2）は、多くの細胞保護遺伝子の転写を促進し、癌およびその他の疾患の予防のための主要な薬物標的です。実際、いくつかのよく知られている化学物質の癌予防活性は、NRF2の活性化に依存することが示されました。化学予防NRF2活性化因子がユビキチン化をブロックすることによりNRF2を安定化することはよく知られていますが、以前の研究では、このプロセスが細胞質でのみ発生することが示されています。ケルチ様ECH関連タンパク質1（KEAP1）はNRF2に結合し、NRF2ユビキチン化を調整します。これは、化学予防剤によるNRF2ユビキチン化の阻害が、その抑制KEAP1からのNRF2の解離に起因するという広く保有されています。ここでは、5,6-ジヒドロキクロペンタ-1,2-ジチオール-3-チオネ（CPDT）およびスルフォラファン（SF）を含むプロトタイプ化学活性化因子によるNRF2の活性化が、そのユビキチン化の阻害、そのような阻害のみが生じることを示しています。主に核で発生します。さらに、NRF2アクティベーターは、Ser40でのNRF2リン酸化の阻害に起因する分離ではなく、KEAP1とのNRF2関連を促進します。入手可能な証拠は、NRF2アクティベーターが、特定のKEAP1システインのチオールとの反応を介してKEAP1の立体構造を変更することにより、NRF2ユビキチン化をブロックする可能性があることを示唆しています。さらに、NRF2ユビキチン化に対するCPDTとSFの阻害効果はKEAP1に完全に依存しているが、NRF2もKEAP1に依存しないメカニズムによって分解されていることを示します。これらの発見は、NRF2の活性化に関する重要な新しい洞察を提供し、NRF2の外因性化学活性化因子が核に入ることを示唆して、NRF2ユビキチン化と分解に対する抑制的影響のほとんどを発揮します。

NF-E2 related factor-2 (Nrf2) promotes the transcription of many cytoprotective genes and is a major drug target for prevention of cancer and other diseases. Indeed, the cancer-preventive activities of several well-known chemical agents were shown to depend on Nrf2 activation. It is well known that chemopreventive Nrf2 activators stabilize Nrf2 by blocking its ubiquitination, but previous studies have indicated that this process occurs exclusively in the cytoplasm. Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) binds to Nrf2 and orchestrates Nrf2 ubiquitination, and it has been a widely-held view that inhibition of Nrf2 ubiquitination by chemopreventive agents results from the dissociation of Nrf2 from its repressor Keap1. Here, we show that while the activation of Nrf2 by prototypical chemical activators, including 5,6-dihydrocyclopenta-1,2-dithiole-3-thione (CPDT) and sulforaphane (SF), results solely from inhibition of its ubiquitination, such inhibition occurs predominantly in the nucleus. Moreover, the Nrf2 activators promote Nrf2 association with Keap1, rather than disassociation, which appears to result from inhibition of Nrf2 phosphorylation at Ser40. Available evidence suggests the Nrf2 activators may block Nrf2 ubiquitination by altering Keap1 conformation via reaction with the thiols of specific Keap1 cysteines. We further show that while the inhibitory effects of CPDT and SF on Nrf2 ubiquitination depend entirely on Keap1, Nrf2 is also degraded by a Keap1-independent mechanism. These findings provide significant new insight about Nrf2 activation and suggest that exogenous chemical activators of Nrf2 enter the nucleus to exert most of their inhibitory impact on Nrf2 ubiquitination and degradation.