ファミリー分子の一つ。これまでSTATファミリー分子としては、STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B、STAT6の7種類が報告されている[1][2]。kinase(JAK)によってチロシンリン酸化を受け、核内移行し目的遺伝子を活性化する転写因子となる。この活性化経路はJAK/STAT経路と呼ばれている[3]。図1.STAT3の構造SH2ドメインは信号伝達鎖内のリン酸化チロシン残基を認識、結合する機能を持つ。その後、705番チロシンがリン酸化されることで活性化し、信号伝達鎖と乖離する。結合し、信号伝達鎖を含んだ複合受容体の形成する。特異的結合鎖の中において、IL-6受容体(IL-6R)、IL-11R、CNTFRは可溶性の形態(sIL-6R、sIL-11R、sCNTFR)でも複合受容体形成を可能とする。IL-6、IL-11はgp130同士のホモ二量体化を、LIF、CNTF、CT-1はgp130/LIFRとのヘテロ二量体を誘導する。CT-1Rの存在は示唆されているものの、いまだ同定されていない。OSMはOSMRまたはLIFRとgp130とのヘテロ二量体化を誘導する。図3.IL-6ファミリーサイトカインシグナルによるGFAPの発現IL-6ファミリーに属するほぼすべてのサイトカインでGFAPの転写が誘導されることが明らかになっている。図4.SOCS3によるJAK/STAT3経路のフィードバック発現したSOCS3は信号伝達鎖のチロシン残基を脱リン酸化することで、STAT3のSH2ドメインがチロシン残基に結合するのを阻害し、STAT3のリン酸化を防ぐ。STAT3は活性化し二量体化することができず、TNF-αのシグナルは抑制される。protein(gp130)を共通に利用するIL-6ファミリーサイトカインの一つである。Factor(CNTF)などが含まれる[4])。IL-6ファミリーサイトカインは細胞膜上のサイトカイン受容体複合体中のサイトカイン特異的結合鎖と結合することで、gp130を含む信号伝達鎖の二量体化がおこる(図2)。gp130はIL-6ファミリーサイトカイン共通かつ必須の信号伝達因子である。その後、信号伝達鎖の細胞内領域に会合するJAKが活性化され、信号伝達鎖の細胞内領域中のチロシン残基をリン酸化する。リン酸化されたチロシン残基に、転写因子STAT3が自身のSH2ドメインを介して会合、近接したJAKによりチロシンリン酸化(チロシン705)を受けることで活性化する[5]。チロシンリン酸化されたSTAT3分子はホモ二量体あるいは異なるSTATファミリー分子間でヘテロ二量体を形成し核へ移行した後、目的遺伝子の転写を制御する。複数のサイトカインや増殖因子の刺激により活性化することが知られている[6][7][8]。図1にSTAT3の構造を示す。リン酸化を受けることでSTAT3の活性に関わる705番目のチロシンと727番目のセリンを有する。(GFAP)のプロモーターに結合し、転写を促進する。培養系にIL-6ファミリーサイトカインを添加すると、JAK/STAT3経路を活性化することでアストロサイトへの分化が促進されることが明らかとなっている(図3)[4][6]。(BMP)群(TGF-βスーパーファミリー)の両者は別々の受容体システムを介し、相乗的にアストロサイトの分化を誘導[9]することが明らかにされている。そのメカニズムとして転写活性化の補助的役割を果たす核内転写共役因子p300がサイトカイン刺激に応答して、二量体化したSTAT3のN末端と、ヘテロオリゴマー化したsmad1のC末端と、それぞれ同時に結合しSTAT3/p300/smad1複合体が形成される。これにより二種類サイトカインシグナルが核内で統合され、目的遺伝子GFAPの相乗的発現が起こる。KOの影響の解析は難しい[10]。cKOマウスの海馬歯状回において、NSCの数が、野生型マウスに比べ減少していることが明らかになった[11]。ニューロンに対して栄養因子として作用するCNTFは、gp130を介したシグナル伝達によりNSCの自己増殖を制御するという報告がなされている[12][13][14]。cKOマウスと類似の結果が得られたことから、CNTFは受容体と結合し、下流のJAK/STAT3経路を活性化することで、NSCの自己増殖を制御すると考えられている[11]。(CBZ)を投与すると、海馬のCA3領域において、ニューロン死の割合がKA投与のみの個体に比べ低いことが分かった。KA+CBZ投与マウスのCA3ニューロンにおいて、STAT3の発現レベルがmRNA、タンパク質、においても上昇しており、活性化を表すチロシンリン酸化STAT3の増加も見られている。KA+CBZ投与マウスのCA3ニューロン内で発現レベルが高まっている上、CT-1の刺激によってSTAT3とSTAT1のヘテロ二量体がBcl-xl遺伝子に直接結合し、発現制御を行うという報告[15]から、CBZのシグナルを受けてJAK/STAT3経路が活性化し、Bcl-xlなどの抗アポトーシス分子の発現を誘導することで、てんかんによるニューロン死への保護効果が上昇することが示唆されている[7]。CBZシグナルがどのようなメカニズムでJAK/STAT3経路が活性化しているかはいまだ明らかになっていない。(TNF-α)は神経疾患、または炎症反応中の脳で、神経細胞毒性を持ち[16]、高濃度添加によりニューロン死が観察される。(SHP2)がリクルートされることで、gp130、SHP2共にリン酸化を受ける。TNF-αのシグナルは活性化したgp130を介し、JAK/STAT3経路で伝達される[17]。(IGF-1)は頭部外傷など、脳内の炎症反応により多量に発現し、神経保護作用を発揮する[18][19]。加えて、TNF-αのみ添加したニューロン群より、IGF-1とTNF-αを添加したニューロン群においてニューロン死の割合が低かったことから、IGF-1はTNF-αにより誘導されるニューロン死の阻害という作用を有することが明らかになった。(SOCS-3)の転写を誘導するためだと考えられる。発現したSOCS-3はSH2ドメインを持ち、TNF-αによって活性化したgp130内、リン酸化チロシン残基に結合、近接したJAKを抑制する、という負のフィードバック制御によりSTAT3の活性化を阻害、TNF-αシグナルを抑制し神経細胞死を阻害する(図4)[8][20]。脊髄に損傷が起こると炎症反応が発生し、損傷部周辺の細胞は炎症性サイトカインを多量に分泌する。これらの刺激により損傷部周辺でGFAP強陽性となる反応性アストロサイトの出現が観察される[21]。反応性アストロサイトは集合しグリア瘢痕を形成する[22]。グリア瘢痕は損傷部の物理的な防壁となり、損傷部を外部環境刺激から守ることで中枢神経系を再統合する役割を持つ[23]。軸索伸長阻害因子を分泌し、損傷部周辺ニューロンの軸索再伸長を阻害するため、神経軸索再生が抑制される[24]。(MR16-1)を添加すると、損傷部の反応性アストロサイトの数が減少し、神経機能の回復が観察された。アストロサイト特異的にSTAT3遺伝子を欠損させたマウスに脊髄損傷を起こしても、反応性アストロサイトが出現せず、グリア瘢痕が形成できない[25]。これらのことからIL-6ファミリーサイトカイン刺激によるJAK/STAT3経路の活性化によって、反応性アストロサイトの分化が誘導されることが示唆された[26]。紹介した以外にも、STAT3の神経系における働きは複数あり、それらを総合すると、JAK/STAT3経路は神経系の発達、形成に重要な役割を担う情報伝達経路と言える。単純に神経発達や形成に重要な因子となるタンパク質の発現を誘導するのみならず、自らの経路のシグナルを抑制するタンパク質発現もまた誘導することから、STAT3は神経保護にも必須の因子と考えられる。Internationalのライセンスで利用できます。脳科学辞典について免責事項モバイルビュ。