四肢の形成の決め手となるシグナルを発見！ 金沢大学がん進展制御研究所リサーチプロフェッサーNicholas Barker 博士らは、シンガポール国立大学、イスタンブール大学の研究グループとの共同研究により、四肢の異常を引き起こす原因遺伝子を特定し、Nature 誌に発表しました〔平成 30 年 5 月 16 日(米国東部時間)〕。 四肢の発生は、中心周辺軸、前後軸、背腹軸を決定する 3次元的シグナル機構によって制御されています。胎児期にその過程が異常になると、肺の形成不全を伴い、四肢を全て失ってしまうテトラ・アメリア症候群(TETAMS)という遺伝病となることが知られていましたが、その原因は不明でした。今回、研究グループは、5 つの家族で 11 人にわたり重度の四肢形成不全の症状を示す患者を調べ、不完全な RSPO2 と LGR4/5/6、RNF43/ZNRF3 の結合が、WNT の増強効果を減らし、疾患の原因となることを突き止めました。さらに、RSPO2 の遺伝子変異による異常は、LGR4/5/6 受容体経路とは独立に生じること、一方で、rnf43 と znrf3 の 2 重欠損は、異常な四肢の発達を引き起こすことから、RSPO2 は RNF43/ZNRF3 に対して直接的に結合し、シグナルを伝達し、四肢の形成に寄与していると考えられました。今後、本知見が再生医療への応用や WNT シグナルに関連するがん発生の理解につながると期待されます。

図 LGR依存的なR-spondin過程(左)と未知の受容体Xにより活性化されるLGR非依存的な

RSPO2/3 シグナル(右)。これまで、RSPO-LGR は、リガンド-受容体複合体を形成し、WNT レ

セプターをユビキチン化し、分解してしまう 2つの E3リガーゼ RNF43 と ZNRF3 を直接的に

阻害することにより、WNT シグナルを増強することが知られていた。一方で今回、胚の発生

過程においては Lgr4、5、6 の欠損は Rspo-2/ R-spo3 の欠損表現系を模倣できないことが

わかった。

LETTER RESEARCH

embryonic signals may be re-mobilized in salamanders, which are capable of complete adult limb regeneration after amputation30.

The current model suggests that RSPO–LGR form ligand–receptor pairs that serve to increase WNT signalling through direct inhibition of the two E3 ligases RNF43 and ZNRF3, which otherwise ubiquitinate WNT receptors for degradation31,32. Here we challenge this view and show that during embryogenesis, the concomitant loss of LGR4, LGR5 and LGR6 receptors does not phenocopy the loss of RSPO2 or RSPO3 (Fig. 4i).

Gain-of-function variants in RSPO2 and RSPO3 and loss-of-function alleles in RNF43 and ZNRF3 are the most frequent somatic mutations in colorectal cancer patients33,34. LGR5-positive cells have been shown to represent the major cell of origin of colorectal cancer35; however, pathogenic mutations in this WNT-associated receptor have not been documented so far. Our findings that RSPO2 and RSPO3 can inhibit RNF43 and ZNRF3, without the need for LGR4/5/6, raise the question

of whether LGRs have any functional relevance to carcinogenesis. The ubiquitous triple-knockout Lgr4/5/6 during embryogenesis serves as a proof-of-concept for subsequent organ-specific deletions, and should enable this question to be addressed.

Online contentAny Methods, including any statements of data availability and Nature Research reporting summaries, along with any additional references and Source Data files, are available in the online version of the paper at https://doi.org/10.1038/s41586-018-0118-y.

Received: 9 November 2016; Accepted: 10 April 2018; Published online xx xx xxxx.

1. de Lau, W. et al. Lgr5 homologues associate with Wnt receptors and mediate R-spondin signalling. Nature 476, 293–297 (2011).

2. Glinka, A. et al. LGR4 and LGR5 are R-spondin receptors mediating Wnt/β-catenin and Wnt/PCP signalling. EMBO Rep. 12, 1055–1061 (2011).

Fig. 4 | Frogs mutant for both rnf43 and znrf3 display complete limb duplications. a, Experimental scheme using X. tropicalis. b, Representative rspo2 crispant (stage 63; n = 21). Scale bar, 0.5 cm. c, znrf3 and rnf43 in situ hybridization in stage 50 limb buds. Scale bar, 300 µm. The experiment was repeated three times. d, Scoring of limb phenotype. n denotes number of froglets. NS, not significant; ***P < 0.001, significantly different from normal (χ2 test). e, Stage 67 znrf3/rnf43 double mutant with a duplicated right hindlimb. Scale bar, 0.5 cm. f, g, External view and alizarin red and

alcian blue staining of rnf43/znrf3 double mutants (stages 62 (f) and 66 (g)). Scale bars, 0.3 cm. h, rnf43/znrf3 double-mutant tadpole (stage 59) displaying quadruplication of the right forelimb (three are visible). Scale bar, 0.2 cm. In e–h, 61 znrf3/rnf43 double-mutant froglets with polymelia were obtained. i, Updated model for LGR-dependent R-spondin processes (left), and LGR-independent RSPO2/3 signalling (right), which may involve the activity of a hitherto unknown receptor X

i

a

WNT RSPO

RNF43/ZNRF3

Frizzled

LRP5/6

P

LGR4/5/6

Female gonad and craniofacial development

RNF43/ZNRF3

Frizzled

LRP5/6

P

RSPO

Receptor X?

Limb, lung and vascular development

LGR-dependent LGR-independent

WNT

CRISPR–Cas9or TALEN

Left Right

b

c

znrf

3

rnf4

3

f

rnf4

3/zn

rf3

mut

ants

RightLeft

23

rspo

2 cr

ispa

nt

Left Right

RightLeft

g h12 3

4

1

2345

67

8

1211 10

9

(***) (***)94

(NS)39

(NS)40

dLeft Right

rnf4

3/zn

rf3

mut

ant

Left Right

en =

1

2

3

4 12

34

5

678

56

7

8

Lim

b ph

enot

ype

(%)

40

20

100

0

60

80

AmeliaNormalPolymelia

rspo2KO

rnf43/znrf3 KO

znrf3KO

rnf43KO

N A T U R E | www.nature.com/nature© 2018 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All rights reserved.

【論文情報】

NatureOnline(2018May16)

RSPO2 inhibition of RNF43 and ZNRF3 governs limb development independently of LGR4/5/6. Szenker-Ravi E, Altunoglu U, Leushacke M, Bosso-Lefèvre C, Khatoo M, Tran HT, Naert T, Noelanders R, Hajamohideen A, Beneteau C, de Sousa SB, Karaman B, Latypova X, Başaran S, Yücel EB, Tan TT, Vlaeminck L, Nayak SS, Shukla A, Girisha KM, Caignec CL, Soshnikova N, Uyguner ZO, Vleminckx K, Barker N*, Kayserili H* & Reversade B*. (* corresponding authors)

【問い合わせ先】

NicholasBarker金沢大学がん進展制御研究所 上皮幹細胞研究分野リサーチプロフェッサー（日本語での問い合わせ）村上和弘 助教〒920-1192石川県金沢市角間町金沢大学がん進展制御研究所 上皮幹細胞研究分野E-mail:kmurakami@staff.kanazawa-u.ac.jp