総
説
真核細胞のシグナル伝達研究を整理する
千田和広 ・加藤茂明 ・伊東 広 ・福井泰久
最近の細胞内シグナル伝達の研究の発展はめざましく，細胞が外部からの情報を入れる
伝達経路を明らかにしてきた．脂溶性の因子はそのまま細胞内に入り，核に到達する．こ
れに対し，水溶性の増殖因子などは膜を通過できないので細胞膜上に受容体が存在する．こ
れらの受容体は多種多様である．その下流シグナル系もいろいろな例があり，バラエティー
に富んでいることが示されている．この複雑なシグナル伝達系を円滑に運営するために，膜
構造の利用，アダプター分子の利用，など細胞内シグナル伝達システムは実に巧妙にでき
ている．
【シ グ ナ ル 伝 達 】 【細 胞 応 答 】 【受 容 体 】 【キ ナ ー ゼ 】 は じめ に 世 の 中 で は シ グ ナ ル 伝 達 の 研 究 が 花 盛 りで あ る． 多 くの 研 究 者 が 参 加 し， 非 常 な 速 さで 研 究 が 進 ん で い る． そ うな る と， 非 常 な 速 さ で い ろ い ろ な 蛋 白 質 が 同 定 さ れ ， す み ず み細 か な と こ ろ ま で 研 究 が 行 き 届 くよ う に な る ． 研 究 の さ な か に い る人 は そ れ で も よ い の で あ る が ， 少 し 専 門 か ら離 れ た と こ ろ に い る人 々 に は非 常 に わ か りに く くな る ． 本 稿 は そ の よ う な人 た ち の た め に， 現 在 の シ グ ナ ル 伝 達 研 究 の 現 状 と概 観 を 述 べ よ う と す る もの で あ る． した が っ て ， 細 か な と こ ろ に は 目 を つ ぶ ら な け れ ば な らな い 点 が 多 々 あ る の は ご承 知 願 い た い ． 本 稿 に あ る の は あ く ま で も大 雑 把 に み れ ば どの よ う で あ る か で あ る ．Ⅰ
． 細胞内シグナル伝達とは
お よ そ ， 生 物 は 外 界 の 状 況 を 感 知 しつ つ ， 生 命 を 維 持 し て い る． そ の 実 体 が 明 ら か に な っ て き た の は お そ ら くバ ク テ リア の研 究 か らで あ っ た と思 わ れ る が ， そ の 後 研 究 が 進 む に つ れ て ， 動 物 細 胞 で も何 と な く同 じ よ う な シ ス テ ム が 存 在 す る の で は な い か と思 わ れ る よ う に な っ た ． 動 物 細 胞 とバ ク テ リア の 大 きな 違 い は， 動 物 細 胞 に は核 が あ るが ， バ ク テ リ ア に は そ れ が な い と い う こ とで あ る． そ う な る と， 細 胞 外 か ら の 情 報 は何 ら か の シ グ ナ ル に形 を変 え て ， 細 胞 膜 を 通 過 し ， 細 胞 質 を こ え て ， 核 に 到 達 す る で あ ろ う と い う こ と を考 えKazuhiro Chida，Yasuhisa Fukui＊ ， 東 京 大 学 大 学 院 農 学 生 命 科 学 研 究 科 応 用 動 物 科 学 専 攻 動 物 細 胞 制 御 学 研 究 室 ， ＊応 用 生 命 化 学 専 攻 生 物 化 学 研 究 室 （〒113-8657 東 京 都 文 京 区 弥 生1-1-1） ［Cell Regulation Laboratory，Department of Animal Resource Sciences， *Department of Applied Biological Chemistry
,Graduate School of Agriculture and Life Sciences,TheUniversity of Tokyo, Yayoi,Bunkyo-ku,Tokyo113-8657,Japan] E-mail:ayfukui@hongo.ecc.u-tokyo.ac.jp
Shigeaki Kato， 東 京 大 学 分 子 細 胞 生 物 学 研 究 所 分 子 生 物 部 門 （〒113-0032 東 京 都 文 京 区 弥 生1-1-1） ［Department of Molecular Biology,Institute of Molecular and Cellular Biosciences,The University of Tokyo,Yayoi,Bunkyo-ku,Tokyo113-0032,Japan]
HiroshiItoh， 東 京 工 業 大 学 生 命 理 工 学 部 分 子 生 命 医 科 学 （シ ェ リ ン グ ・プ ラ ウ ）講 座 （〒226−8501 横 浜 市 緑 区 長 津 田 町4259） ［Labo一 ratory of Molecular Life Science,Faculty of Bioscience and Biotechnology,Tokyo Institute of
Technology,Nagatsuta,Midori-ku,Yokohama226-8501,Japan]
How Signal Transduction Systems Look Like after Recent Dramatic Progress
2 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vo1.44 No.16 （1999）
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な くて は な らな い ． お そ ら く， シ グ ナ ル 伝 達 とい う言 葉 は こ の よ う な 背 景 か ら生 ま れ て きた と思 わ れ る ． 当 初 ， そ の 実 体 は明 ら か で は な か っ た が ， が ん 遺 伝 子 の 発 見 に始 ま る一 連 の 研 究 は シ グ ナル 伝 達 の 概 念 を 大 き く変 え て きた ． い まか ら約20年 前 は ， 増 殖 因 子 とい う もの が 発 見 され ， そ れ の働 き に注 目 が 集 まっ て いた ． ま た ， 一 方 で が ん ウ イ ル ス の研 究 も始 ま り， が ん 遺 伝 子 をた くさ ん 同 定 し よ う とす る動 き も盛 ん で あ っ た ． こ の よ うな 背 景 の な か ，ErbBの 産 物 がEGF受 容 体 と同 じで あ る とい う発 見 は， が ん 遺 伝 子 の 研 究 と増 殖 因 子 の 研 究 を ひ と つ に した と い う意 味 で ， 今 世 紀 最 も 重 要 な 発 見 の ひ と つ で あ っ た ろ う． これ を 契 機 に， が ん 遺 伝 子 の 産 物 の ほ と ん ど が ， 増 殖 因 子 に よ っ て 活 性 化 さ れ る一 連 の カ ス ケ ー ドの 構 成 員 で あ る こ とが 明 ら か と な っ て ， 細 胞 が ど の よ う に外 部 の 状 況 を把 握 す る の か とい う こ とが 一 気 に わ か っ て き た の で あ る ． シ グ ナ ル 伝 達 の 源 流 はcAMPの 発 見 に あ っ た ろ う ． そ の 後 ， cGMPやIP3な ど が2次 メ ッ セ ン ジ ャー と して 名 を 連 ね， い ろい ろ な細 胞 応 答 が 理 解 で き る よ うにな った ， し か し， 細 胞 外 か ら の シ グ ナ ル が 核 へ 到 達 す る まで の 道 筋 が は っ き りわ か っ た の は ， 増 殖 因 子 の シ グ ナ ル 伝 達 が 最 初 の よ うな 気 が す る ． した が っ て ， 現 代 の シ グ ナ ル 伝 達 の 考 え 方 は ， 増 殖 因 子 の シ グ ナ ル の核 へ の 伝 達 とい う こ と を 念 頭 に置 い て い る とい っ て も過 言 で は な い だ ろ う． 最 近 の細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 の 研 究 の 発 展 は ， 細 胞 が 外 部 か ら情 報 を入 れ る 伝 達 経 路 は 多 種 多 様 な こ と を 明 らか に して き た ． 最 も単 純 な も の は ビ タ ミ ンDや レチ 真核 細胞の シグナル伝達研 究を整理する 3 ノ イ ン酸 の よ う な 脂 溶 性 の 因 子 で ， これ ら は膜 を通 過 で き るの で そ の ま ま細 胞 内 に 入 り， 核 に 到 達 す る． そ こで， 転 写 因 子 の 一 部 とな って 転 写 活 性 を調 節 す る （後 述 ）． これ に対 し， 水 溶 性 の 増 殖 因 子 な ど は膜 を通 過 で き な い の で 細 胞 膜 上 に 受 容 体 が 存 在 す る． こ れ ら の 受 容 体 も多 種 多 様 で あ り， チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ 活 性 を もつ もの ，GTP結 合 蛋 白 質 と結 合 す る もの ， チ ロ シ ン ポ ス フ ァ タ ー ゼ 活 性 を も つ もの ， セ リ ン／ス レオ ニ ン キ ナ ー ゼ 活 性 を もつ もの ， そ れ 自 体 は何 の 酵 素 活 性 も もた な い が プ ロ テ ア ー ゼ な どで プ ロ セ シ ン グ を受 け何 らか の シ グ ナ ル を 発 す る と思 わ れ る も の な どが 見 つ か っ て い る （後 述 ）． 現 在 ま で の 状 況 か ら判 断 す る と， これ らの 受 容 体 の うち， チ ロ シ ン キナ ー ゼ 活 性 を もつ もの とGTP 結 合 蛋 白 質 と共 役 す る も の は か な り類 似 の シ グ ナ ル を 発 す る ． これ に 比 べ ， セ リ ン ／ス レオ ニ ン キ ナ ー ゼ 活 性 を もつ も の， プ ロ テ ア ー ぜ な どで プ ロ セ シ ン グ を 受 け て シ グ ナ ル を 発 す る も の は 前 者 とは か な り異 な っ た シ グ ナ ル 伝 達 の 仕 方 を す る よ う で あ る． これ らの 受 容 体 の 発 す る シ グ ナ ル の な か で 最 も単 純 な わ か りや す い も の はSTAT類 の よ うな もの で あ ろ う． これ ら は， 受 容 体 付 近 で チ ロ シ ン リ ン酸 化 を受 け る こ と に よ り， 核 に 移 行 で き る よ う に な り， 転 写 因 子 と し て 活 躍 す る （マ ッ プ 参 照 ）． そ の ほ か の もの は か な り複 雑 で あ る ． そ の お もな もの は 低 分 子 量GTP結 合 蛋 白質 や プ ロテ イ ン キ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ドを 介 して 細 胞 各 所 に シ グ ナ ル を伝 え る もの ， あ る い は 膜 中 に あ る リ ン脂 質 を 介 し て 伝 わ る シ グ ナ ル な どで あ る （後 述 ）． この 複 雑 な シ グ ナ ル 伝 達 系 に お い て 念 頭 に お か な け
4 蛋 白質 核 酸 酵 素 VoL.44 No.6 （1999） れ ば な らな い の は“ 場 ” の 概 念 で あ る ． シ グ ナ ル 伝 達 カ ス ケ ー ドを成 立 させ る た め に は ， 分 子 と分 子 が 出 合 わ な け れ ば な ら な い が ， 細 胞 の 中 を た だ 浮 遊 し て い る もの ど う しが 出 合 う確 率 は あ ま り多 くな い． そ こで ， 出 合 うべ き分 子 と分 子 を あ る 場 所 へ 呼 び込 ん で くる 作 業 が 必 要 で あ る． そ こ に， 膜 とい う構 造 が 登 場 し て くる ． 膜 は 固 定 され た 場 で は な く常 温 で は流 動 性 を 示 す た め， 膜 に 結 合 した もの は あ る一 定 の 場 所 に留 ま る の で は な く比 較 的 自 由 に動 き まわ れ る． しか し， その 動 き は2次 元 的 で あ るか ら， 膜 上 に 存 在 す る もの ど う しの 出 合 う 確 率 は3次 元 的 な 場 合 よ り もず っ と大 きい ． 膜 上 に存 在 す る リ ン脂 質 に よ る シ グ ナ ル 伝 達 な ど は この よ う な 側 面 が 大 い に考 え られ る． また ， 一 方 で は ア ダ プ タ ー とい う， 分 子 と分 子 を つ な ぎ 合 わ せ る分 子 群 の 存 在 が 特 記 さ れ る ． 多 くの ア ダ プ タ ー は別 の 蛋 白質 と結 合 で き る モ チ ー フ を2つ 以 上 もち ， 蛋 白 質 ど う し を結 合 させ る． なぜ こ の よ うな ア ダ プ ター が シ グ ナ ル 伝 達 に有 利 な の か は ， 以 下 の よ う な理 由 に よ る． 細 胞 は 各 種 の 刺 激 を外 部 か ら受 け るが ， これ を受 け る受 容 体 は特 異 的 な もの が 多 い ． しか し， 細 胞 応 答 の ほ う は 違 っ た 刺 激 に よ っ て も 同 じ で あ る こ と もあ る． これ は ， 違 っ た 受 容 体 が 同 じ シ グ ナ ル 伝 達 系 を活 性 化 す る こ とを 意 味 して い る． また ，1つ の刺 激 に よ って ，2つ 以 上 の こ とを細 胞 が 行 な う こ と もあ る． こ れ は，1つ の シ グナ ル分 子 が2 つ 以 上 の分 子 と相 互 作 用 を す る こ とを意 味 す る． す なわ ち ， シ グ ナ ル 伝 達 系 で は 分 子 ど う し の組 合 せ が い ろ い ろ あ り う る． これ を 実 現 す る に は 多 様 な ア ダ プ タ ー 分 子 の存 在 が 有 利 で あ る． 活 性 を もつ 複 雑 な 蛋 白 質 に い ち い ち 特 異 的 な 結 合 モ チ ー フ を もた せ る の は効 率 が 悪 い． ア ダ プ タ ー は 積 み 木 と積 み木 を貼 り付 け る 糊 の よ うな もの で あ り， 少 な い 分 子 種 に い ろ い ろ な 可 能 性 を も た せ る の に 適 して い る． こ の よ う に， 膜 構 造 や ア ダ プ タ ー 分 子 の 働 き に よ り， は じ め て シ グ ナ ル伝 達 カ ス ケ ー ドが 可 能 に な る （図1） ． 最 近 ， シ グ ナ ル 伝 達 系 ど う しや 受 容 体 間 の 活 性 制 御 が 話 題 とな っ て い る． つ ま り， あ る刺 激 が 細 胞 に 入 る と別 の 刺 激 に対 して の 応 答 が 変 化 す る と い う もの で あ る． これ も考 え て み れ ば 当 然 の こ と で ， 細 胞 は常 に複 数 の刺 激 に さ ら さ れ な が ら生 き て い て ， そ の 総 和 を感 知 し て 自 ら の な す べ き こ と を 決 め る． そ れ を遂 行 す る た め に は シ グ ナ ル 伝 達 系 ど う しが 互 い に互 い を調 節 し あ う の は 当 然 の こ と で あ る ． 当 初 は単 純 な シ グ ナ ル 伝 達 系 の み の 研 究 で あ っ た た め に， 上 流 か ら下 流 に 流 れ る も の だ け を み て い た が ， 最 近 は ， 細 胞 が 細 胞 で あ る た め に 必 要 な調 節 機 構 に まで 研 究 が 進 ん だ の だ と ご理 解 い た だ きた い ． また ， 昔 は 可 溶 性 の 因 子 が 刺 激 の お も な もの と し て 研 究 さ れ て い た が ， 細 胞 の 表 面 に 出 て い る もの が 刺 激 に な っ て い る こ とが 明 らか に され て き て い る． つ ま り， 細 胞 が 他 の 細 胞 表 面 の 因 子 を感 知 す る場 合 で あ る ． た と え ば ， 免 疫 担 当 細 胞 で は細 胞 ど う しの 相 互 作 用 が あ っ て は じ め て い ろ い ろ な事 象 が 説 明 で き る とい う の は周 知 の 事 実 で あ っ た が ， そ の 実 体 は な か な か 明 ら か に な らな か っ た ． 最 近 ， 細 胞 表 面 に 突 き出 して い る 蛋 白質 が 他 の細 胞 に対 し て 刺 激 に な っ て い る とい う こ とが 明 らか と な り， よ う や くい ま ま で に わ か っ て い た 生 命 現 象 を説 明 で き る科 学 が 発 展 して き た ． わ か っ て み る と， こ れ ら の シ グ ナ ル 伝 達 の 機 構 は 図1細 胞 内 情 報 伝 達 の 考 え 方 増 殖 因 子 受 容 体Aは2つ の シ グナ ル を 出 す ． 受 容 体B，Cも い くつか の シ グナ ル を出 す が， 違 う 組 合 せ に な って い る ．A，B，Cで は 共 通 の シ グナ ル も あ る し， 異 な る もの もあ る． また ，Cの よ う に ひ とつ の シ グナ ル 分 子 が 異 な る場 所 に運 ば れ て 異 な る役 割 を果 たす こ と も あ る．
図2 シ グナ ル伝 達 の 様 式 上部 は拡散性 の増殖 因子が産生細胞 から分 泌 され，標 的細胞に到 達す ることを示 す． 下部は細胞表面 に存在する増殖因子が他 の細 胞 を刺激 し，同時 に相 手の細胞表面 に存在 する増殖 因子 受容体 か ら刺激 を受 けるこ とを示す． 既 知 の もの と共 通 の もの が 多 く， い ま ま で の 研 究 の 応 用 編 と い え る こ とが 明 ら か と な っ た ． 実 際 に， 他 の 細 胞 の提 示 し て い る 蛋 白 質 に対 して 特 異 的 な 受 容 体 が 存 在 し ， 従 来 の 概 念 で 説 明 で き る シ グ ナ ル 伝 達 系 の 活 性 化 を促 進 す る ． ま た ， さ ら に面 白 い こ とは ， と き と し て 受 容 体 の ほ う も相 手 細 胞 に対 して 刺 激 と な り， 逆 に 刺 激 を与 え た 蛋 白質 を通 して 相 手 細 胞 に 影 響 を 与 え る こ と で あ る ． つ ま り， 細 胞 ど う しで 表 面 上 の 蛋 白 質 を 結 合 させ る こ と に よ り， 情 報 交 換 をす る の で あ る （図 2）． この よ う な 現 象 は， 免 疫 細 胞 に限 っ た こ とで は な く， 神 経 細 胞 な ど で も 同 様 の 機 構 が み られ る． 現 在 の 細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 の 概 念 は 以 上 の よ う な も の で あ ろ うか ．
II． シグナル伝 達の仕組み
本 節 で は蛋 白 質 の リン酸 化 やGTP結 合 蛋 白 質 の働 き を 中 心 に ， シ グ ナ ル 伝 達 の 仕 組 み を包 括 的 に 捉 え た い ． 個 々 の 分 子 の 詳 細 な働 き を紹 介 す る こ とが 狙 い で は な く， 細 胞 が シ グ ナ ル の 流 れ とそ の処 理 を い か に行 な っ て い る か ， そ の一 端 を紹 介 す る． 1． リ ン 酸 化 で 蛋 白 質 は ど う な る か 細 胞 内 の 酵 素 の 活 性 調 節 の 多 くは リ ン酸 化 に よ っ て 行 な わ れ て い る． シ グ ナ ル 伝 達 も ご多 分 に もれ ず ， リ 真核細胞のシグナル伝達研究を整理する 5 図3 プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼ の 触 媒 部 位 （模 式 図 ） PKA触 媒 サ ブユ ニ ッ トのX線 構 造 解 析 か ら提 唱 され てい る リン酸 基 転 移 反 応1）． まず，ATPの ア デ ノ シ ンが 疎 水 性 の ポ ケ ッ トに捉 え られ る ． グ リシ ンル ー プ お よ びGlu91と ソ ル トブ リ ッジ をつ くる Lys72がATPの α，β，γ-リ ン酸 基 に 配 位 す る．DFG（Asp-Phe-Gly） モ チ ー フ のAsp184とMg2＋ がATPの β お よ び γ-リ ン酸 基 と相 互 作 用 す る． 触 媒 ル ー プのAsp166が 塩 基 と して 基 質 蛋 白 質 の ヒ ドロ キ シ ル 基 か ら プ ロ トン を 奪 う． そ れ に よ りア ル コ レー トイ オ ン （リ ン酸 化 ア ミノ 酸 残 基 が セ リン また は ス レ オ ニ ン の場 合 ） あ る い は フ ェ ノ レー トイ オ ン （チ ロ シ ンの 場 合 ）がATPの γ-リ ン 酸 基 を攻 撃 して 転 移 す る と考 え られ て い る． グ リシ ンルー プ，DFG モ チ ー フ ， 触 媒 ル ー プの 配 列 は ほ と ん ど の プ ロテ イ ンキ ナー ゼ で 保 存 さ れ て い る ． ン酸 化 が こ と の 主 役 だ と い っ て も過 言 で は な い ． そ もそ も蛋 白質 の リ ン 酸 化 と は何 か ． 動 物 細 胞 内 の お お よ そ 半 分 の 蛋 白 質 は リ ン酸 化 さ れ る と い わ れ て い る ． リ ン酸 化 反 応 の詳 細 は キ ナ ー ゼ のX線 回 折 や 核 磁 気 共 鳴 を用 い た 立 体 構 造 解 析 で 最 近 明 らか に な っ て き た ． 基 質 蛋 白 質 （リ ン酸 化 を 受 け る 蛋 白質 ）の セ リ ン， ス レ オ ニ ン あ る い は チ ロ シ ン残 基 の ヒ ド ロ キ シル 基 に ATPの γ位 リン 酸 基 が キナ ーゼ の 活 性 部 位 内 で 求 核 置 換 に よ り転 移 され る1）（図3） ． 逆 に ， 蛋 白 質 ホ ス フ ァタ ー ゼ は リ ン酸 化 ア ミノ 酸 か ら リ ン酸 基 を取 り除 く． 蛋 白質 の リ ン酸 化 状 態 は キ ナ ー ゼ と ホ ス フ ァ タ ー ゼ の バ ラ ンス に よ る． リン酸 基1個 の修 飾 は 等 電 点 を約0．2酸 性 に す る に す ぎ な い ． し か し， この 修 飾 が 生 理 的 に 重 要 と み られ る よ う に な っ た の はKrebsら に よ るホ ス ホ リラ ー ゼ の 活 性 調 節 の 研 究 に よ る． つ ま り， ホ ス ホ リ ラ ー ゼ キ ナ ー ゼ に よ っ て リ ン酸 化 さ れ た グ リコ ー ゲ ン ホ ス ホ リ ラ ー ゼ は そ の 酵 素 活 性 を 著 し く上 昇 さ せ ， リ ン酸 化 が 酵 素 活 性 の ス イ ッ チ と して 働 く こ とが 明 らか にな っ た （1992年度 ノーベル 医 学 ・生 理 学 賞 ）． リン酸 化 に よ る 蛋 白 質 の 機 能 調 節 は こ の研 究 を 原 点 と して い る．6 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vo1.44 No.16 （1999） 表1 情 報伝 達 にか か わ る お もな プ ロテ イ ン キナ ー ゼ 現 在 で は， リン 酸 と い うわ ず か な 酸 性 基 の 導 入 で も蛋 白質 の 立 体 構 造 の 変 化 を ひ き起 こ す こ とが わ か っ て い る． リ ン酸 化 は 細 胞 内 で 蛋 白 質 の 機 能 を修 飾 す る 反 応 と い え る． 2． シ グ ナ ル 伝 達 に か か わ る キ ナ ー ゼ 群 シ グナ ル 伝 達 に か か わ るお もな キ ナー ゼ を大 別 し， 表 に 示 した （表1） ． リ ン酸 基 が転 移 さ れ る ア ミノ 酸 残 基 で セ リ ン／ス レ オ ニ ン キ ナ ー ゼ とチ ロ シ ン キ ナ ー ゼ に 大 き く分 類 す るの が 一 般 的 で あ る2）が ， 後 述 す るMAPKK や 細 胞 周 期 制 御 に か か わ る サ イ ク リン 依 存 性 キ ナ ー ゼ Cdc2の よ う に ， セ リ ン とス レオ ニ ンの み な らず チ ロ シ ン も リ ン酸 化 す る酵 素 も知 ら れ て い る． ま た ， 細 胞 内 局 在 で 分 類 す る方 法 もあ る ． 膜 貫 通 ドメ イ ン を もつ 膜 受 容 体 型 キ ナ ー ゼ と， そ れ 以 外 の 非 受 容 体 型 キ ナ ー ゼ で あ る． さ ら に ， リ ン 酸 化 コ ン セ ンサ ス 配 列 か ら特 徴 的 な ア ミノ 酸 を 認 識 す る群 で 分 け る こ と もで き る ． 塩 基 性 ア ミノ 酸 （ア ル ギ ニ ン や リ シ ン ） ク ラ ス タ ー を認 識 す る キ ナ ー ゼ群 ， 酸 性 ア ミ ノ 酸 （ア ス パ ラ ギ ン 酸 や グ ル タ ミン 酸 ） ク ラ ス タ ー を 認 識 す る群 ， プ ロ リ ン残 基 を認 識 す る群 な どで あ る． こ こ で は便 宜 上 ， 最 小 限 の 分 類 に留 め た ． 3． 低 分 子 物 質 に よ る 活 性 化 シ グ ナ ル 伝 達 に か か わ る 蛋 白 質 リ ン 酸 化 に は数 多 く の キ ナ ー ゼ が 発 見 され た ． な か で もAキ ナ ー ゼ （cyclic
AMP-dependent protein kinase,protein kinaseA;
PKA） は他 の キ ナ ー ゼ 研 究 の 手 本 と な っ て きた ． ア ド レナ リン β 受 容 体 か らの情 報 は3量 体GTP結 合 蛋 白 質 を 経 て ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ を活 性 化 し，ATPか ら cAMP（cyclic AMP） を つ く り出 す ． この 低 分 子 物 質 がPKAを 活 性 化 す る ． そ の メ カ ニ ズム は巧 み で あ る． す な わ ち，PKAの ポ ロ酵 素 は 活 性 サ ブ ユ ニ ッ ト と形 質 膜 に 結 合 す る 調 節 サ ブ ユ ニ ッ トそ れ ぞ れ が2分 子 ず つ の 複 合 体 を形 成 し て い る ． 調 節 サ ブ ユ ニ ッ トはcAMP 結 合 部 位 とそ れ に 隣 接 した疑 似 基 質 （pseudosubstrate） 配 列 を もつ ． 疑 似 基 質 配 列 と は キ ナ ー ゼ に よ る 基 質 特 異 性 を 担 う配 列 （リ ン酸 化 コ ンセ ンサ ス配 列 ；phospho-rylationconsensussequence） に 類 した もの で ， キ ナ ー ゼ の 活 性 を 阻 害 す る． 活 性 サ ブ ユ ニ ッ トは調 節 サ ブ ユ ニ ッ トの疑 似 基 質 配 列 に 結 合 し， 不 活 性 状 態 にあ る． cAMPが 調 節 サ ブ ユ ニ ッ トに 結 合 す る と， 疑 似 基 質 配 列 に結 合 で き な くな っ た 活 性 サ ブ ユ ニ ッ トは 細 胞 質 に 遊 離 して 活 性 化 状 態 とな る． 調 節 サ ブユ ニ ッ トがcAMP とい う上 流 か らの 信 号 を活 性 型 キ ナ ー ゼ の放 出 とい う 信 号 に 変 換 （transduce） した こ とに な る． 活 性 型 キ ナ
一 ゼ は前 述 の ホ ス ホ リ ラ ー ゼ キ ナ ー ゼ を リ ン 酸 化 し活 性 化 す る ． この よ う に キ ナ ー ゼ が 他 の キ ナ ー ゼ を 直 接 リ ン酸 化 し て 活 性 化 す る連 鎖 反 応 は キ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ドと よばれ て い る．PKAは 比 較 的 に基 質 特 異 性 が低 く， さ ま ざ まな 蛋 白質 を リ ン酸 化 で き る． よ っ て， この キ ナ ー ゼ の 活 性 化 は 信 号 の 分 岐 と増 幅 を 意 味 し て い る． 脂 質 もキ ナ ー ゼ を直 接 活 性 化 で き る ． ジ ア シル グ リ セ ロ ー ル は 形 質 膜 にお ける イ ノ シ トー ル リン脂 質 （phos-phatidyl inositol；PI） 代 謝 回転 に伴 い ， ホス ホ リパ ー ゼCの 働 き で 生 成 さ れ る． こ の ジ ア シ ル グ リセ ロー ル は10分 子 種 のCキ ナ ー ゼ （protein kinaseC；PKC） フ ァ ミ リ ー の う ち ，8分 子 種 の 活 性 化 に か か わ る3,4）． PKCは 単 純 蛋 白 質 で ，N末 端 半 分 が 疑 似 基 質 配 列 を 含 む 調 節 ドメ イ ン （独 立 し た 機 能 領 域 ） とC末 端 側 の 活 性 ドメ イ ン か らな る． ジ ア シ ル グ リセ ロ ー ル が 調 節 ドメ イ ン に 結 合 す る と活 性 ド メ イ ン の 基 質 蛋 白 質 へ の ア クセ スが 可 能 にな る と考 え られ て い る． た だ し，PKA と異 な り，PKCは ジ ア シ ル グ リセ ロー ル に よ って 形 質 膜 内 側 に 捕 捉 され た 状 態 で 活 性 化 さ れ る ． ま たPIP3 （phosphatidyl inositol triphosphate） はPKB（protein
kinaseB， が ん 遺 伝 子 産 物Aktと も よ ば れ る ） のPH （pleckstrin homology） ドメ イ ン に 結 合 し て 活 性 化 す る． さ らに ， さ ま ざ ま な 刺 激 に よるCa2＋ の細 胞 内 濃 度 上 昇 は ， カ ル モ デ ュ リ ン を介 し て カ ル モ デ ュ リ ン キ ナ ー ゼ （CaM kinase） の 活 性 化 を ひ き起 こす ． この よ う に低 分 子 物 質 が セ カ ン ドメ ッセ ン ジ ャー と して 働 き， キ ナ ー ゼ の ス イ ッチ を オ ン に す る． 4． リガ ン ド の 結 合 に よ る 膜 受 容 体 キ ナ ー ゼ の 活 性 化 EGF，FGF， イ ンス リン，IGFやTGFβ な どの増 殖 因 子 が そ れ ぞ れ の 形 質 膜 を貫 通 し た 受 容 体 に 結 合 す る こ とで ， 受 容 体 自身 の 細 胞 質 側 に あ る キ ナ ー ゼ ドメ イ ンが 活 性 化 され る． リガ ン ドが 結 合 す る と どの よ う に して 細 胞 質 側 の キ ナ ー ゼ が 活 性 化 状 態 と な るの か ． リ ガ ン ドの 結 合 に よ り受 容 体 ど う しが 会 合 し細 胞 質 側 で キ ナ ー ゼ ドメ イ ン ど う し が 相 互 に作 用 し あ う説 や ， 受 容 体 の 立 体 構 造 変 化 に よ っ て膜 貫 通 ドメ イ ンが 細 胞 質 側 に押 し込 まれ ， そ れ ま で 阻 害 さ れ て い た キ ナ ー ゼ 活 性 が 現 わ れ る よ う に な る との 説 も あ る． だ が ， 詳 細 な メ カ ニ ズ ム は ま だ よ くわ か っ て い な い ． しか し な が ら， 膜 受 容 体 キ ナ ー ゼ は細 胞 の 外 側 で リガ ン ドを 捉 え， 細 胞 の 内 側 で リン酸 化 反 応 を ひ き起 こす ， 効 率 の よ い （他 真核細胞の シグナル伝達研究を整理する 7 の 分 子 が 介 在 し な い ）信 号 変 換 器 と して 機 能 して い る． ま る で 電 波 を ア ン テ ナ で 捉 え， 電 気 信 号 を 家 の 中 に 取 り込 み ， 検 波 ， 同 調 ， 信 号 の 変 換 と増 幅 の の ち に映 像 や 音 声 に す る テ レ ビ に似 て い る ． 5。 チ ロ シ ン残 基 の リン 酸 化:蛋 白 質 複 合 体 形 成 の 合 図 長 ら く蛋 白 質 の リ ン酸 化 は セ リ ン あ る い は ス レ オ ニ ン残 基 に 限 定 さ れ る と考 え られ て きた ． しか し， が ん 遺 伝 子SYC産 物 （Src）に チ ロ シ ン残 基 特 異 的 な キ ナ ー ゼ 活 性 が 認 め られ ， チ ロ シ ン リ ン酸 化 とが ん 化 と の 関 係 が 精 力 的 に研 究 さ れ て き た ． い まで はSrc以 外 に も 多 数 の チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ 分 子 が 発 が ん だ け で な く正 常 細 胞 の 機 能 に重 要 と認 識 さ れ て い る．EGF，PDGFや FGFな どの 増 殖 因 子 の 受 容 体 は リガ ン ドの結 合 に よ り 基 質 蛋 白質 の チ ロ シ ン残 基 を リ ン酸 化 す る ． 基 質 蛋 白 質 の な か に は 自分 自 身 も含 まれ る （自 己 リ ン酸 化 ）が ， 正 確 に は 同 一 分 子 内 で 起 き るの で は な く， 隣 りあ っ た 同 じ分 子 種 の チ ロ シ ン残 基 を リン酸 化 す る こ と に よ る ． これ らの リ ン酸 化 が ま った く別 の 蛋 白 質 を よび 寄 せ る ． SH2（Src homology2） ドメ イ ン を も つ 蛋 白 質 群 で あ る ．Srcに は キ ナ ー ゼ ドメ イ ン （SH1）以 外 に も他 の 蛋 白 質 で み られ る2つ の ドメ イ ン （SH2とSH3） が あ る ． SH2は リン 酸 化 チ ロ シ ン と結 合 で き る ドメ イ ンで あ る こ と が 明 らか に な っ た5）． チ ロ シ ン リ ン酸 化 が 蛋 白 質 と 蛋 白質 の 結 合 を ひ き起 こ す ， 複 合 体 形 成 の 合 図 とい う 新 し い リン 酸 化 の 役 割 が 出 現 した ． そ の よ く研 究 され た 典 型 例 が 増 殖 因 子 受 容 体 か らMAPK経 路 の 活 性 化 な の で ，EGFを 例 に と っ て こ こ に紹 介 し て お く． EGFが 受 容 体 に結 合 す る とそ の キ ナ ー ゼ が 活 性 化 さ れ 自 己 リン 酸 化 を ひ き起 こ す （図4） ． この リ ン酸 化 チ ロ シ ン残 基 をSH2ド メ イ ン を も つ ア ダ プ タ ー 蛋 白 質
Grb2が 認 識 して 結 合 す る ．Grb2（growth factor
recep-torbound） にはSH3ド メ イ ン もあ り， この領 域
でGTP-GDP変 換 蛋 白 質Sos（son of sevenless） と結 合 し て
低 分 子 量GTP結 合 蛋 白質Rasを 活 性 化 （GTP型 ）す
る ． 活 性 型Rasは 細 胞 質 で 不 活 性 だ っ た セ リン／ス レオ
ニ ン キ ナ ー ゼRaf1を 形 質 膜 に 引 き つ け て 活 性 化 す る．
Raf1はMAPK（mitogen-activated protein kinase；
MAPkinase） カ ス ケ ー ド を誘 起 す る ． す なわ ちRaf1，
MAPKK（MAPK kinase） ，MAPKの リン 酸 化 と活
性 化 で あ る ． こ の 連 鎖 反 応 はRas-MAPK経 路 と も よ
8 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．44 No.16 （1999）
ば れ て い る． た だ し，Grb2以 外 に もSH2ド メ イ ン を
も つ ア ダ プ タ ー 蛋
白質Shc（Srchomologyandcol-lagen） な どが あ り， 活 性 型Rasの 標 的 蛋 白質 もRaf1
以 外 に い くつ も わ か っ て きた ． ま た ，Raf1と 同 様 の キ ナ ー ゼ 活 性 （MAPKKK；MAPKKkinase） の ほ か に ， MAPKKとMAPKの 多 様 性 も明 ら か とな って き て い る こ と か ら， 実 際 の 細 胞 の 中 の シ グ ナ ル 伝 達 は単 純 で は な さ そ うで あ る． しか し， 少 な く と もEGFの 受 容 体 へ の 結 合 が チ ロ シ ン リン 酸 化 に 置 き換 わ り，Ras活 性 化 装 置 をEGF受 容 体 に 取 りつ け ， キ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ド と して 細 胞 内 に 信 号 を伝 えた こ とに な る．EGF受 容 体 ら， 事 の 初 め と終 わ り を 司 る ロ ー マ 神 話 の 双 面 神 ヤ ー ヌ ス に ち な みJAK（Janus kinase） と よ ば れ て い る． また ，JAKの 基 質 蛋 白 質 で 転 写 因 子 と して の 機 能 を も
っSTAT（signal transducer and activator of tran-scription） 蛋 白質 も受 容 体 複 合 体 と し て存 在 す る ． サ イ トカ イ ンが 受 容 体 に 結 合 す る とJAKが 活 性 化 され ， STATの リン酸 化 が 起 き る． リン酸 化STATは 受 容 体 複 合 体 か ら離 れ ， 核 内 へ 移 動 で き る よ う に な る と考 え ら れ て い る （後述 ）． 蛋 白 質 の 分 解 も リ ン酸 化 が 合 図 と な る例 が 蓄 積 して い る． 転 写 因 子NFμBは 細 胞 質 で そ の 阻 害 因 子IxB は ま た 別 の タ イ プ の シ グ ナ ル も同 時 に 発 す る ． た とえ ば ホ ス ホ リパ ー ゼC（PLC） な ど が そ の例 であ る．PLCはEGF 受 容 体 と結 合 す る の で な く， チ ロ シ ン リ ン酸 化 さ れ て活 性 化 さ れ る とす る 説 もあ る． こ の よ う に， 受 容 体 の働 き は シ グ ナ ル 複 合 体 の形 成 の 中 心 に な る場 合 と シ グ ナ ル 因 子 を リ ン 酸 化 す る場 合 の 両 方 が あ り そ う で あ る． 図4で は シ グ ナ ル を2つ し か あ げ て い な いが ，EGF受 容 体 は他 に もい くつ か の シ グ ナ ル を発 す る こ とが 知 られ て い る． 6． リ ン 酸 化 に よ る 蛋 白 質 複 合 体 の 解 離 リ ン酸 化 に よ っ て 蛋 白 質 が 結 合 も す れ ば ， 離 れ る場 合 も あ る ． 免 疫 や 造 血 細 胞 間 の シ グ ナ ル 伝 達 因 子 と し て働 くサ イ トカ イ ン の 受 容 体 は細 胞 表 面 に あ る ヘ テ ロ2量 体 蛋 白質 で あ る． こ の 受 容 体 自身 に は キ ナ ー ゼ 活 性 は な い が ， 細 胞 質 側 領 域 で プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼ と結 合 し て い る． そ の 酵 素 は1分 子 に2つ の チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ ドメ イ ン を もつ こ と か 図4 チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ 型 増 殖 因 子 受 容 体 に よ る 情 報 伝 達 2量 体 の 増 殖 因 子 は2つ の 受容 体 分 子 を結 合 させ2量 体 化 す る ． 受 容 体 は 自 らの チ ロ シ ンキ ナー ゼ 活 性 に よ り自 己 リ ン酸 化 （実際 は2つ の 分 子 が 互 い に相 手 を リ ン酸 化 す る相 互 リ ン酸 化 で あ る ）す る． そ の 自 己 リ ン酸 化 部 位 にSH2領 域 を もつ シ グナ ル 分 子 が 結 合 す る． こ の シ グ ナ ル 分 子 は チ ロ シ ン リ ン酸 化 され て活 性 化 さ れ た り， 受 容 体 上 で シ グナ ル 複 合 体 を形 成 した りす る ．
と複 合 体 を形 成 して い る．T細 胞 をサ イ トカ イ ンやPKC 活 性 化 因 子 な ど で 刺 激 す る とIμBの 分 解 が お き， NFμBは 核 内 に 移 行 し て 転 写 調 節 能 を 発 揮 す る ． NFxBのIμBに よ る細 胞 質 保 持 が， リ ン酸 化 にひ き続 い て起 き る 分 解 に よ っ て 調 節 され て い る と考 え られ て きた ． そ の 実 体 が 最 近 明 ら か に な っ た ．MAPKKKの 一 種MEKKに よ っ て リ ン 酸 化 を受 け， 活 性 化 さ れ る
IKK（IμB kinase） で あ る ． 活 性 化IKKはIμBを リ
ン酸 化 し， そ れ が ユ ビ キ チ ン化 を ひ き起 こ す 合 図 とな り プ ロ テ オ ソ ー ム で 分 解 さ れ る． しか し リン 酸 化 が ど の よ う に ユ ビ キ チ ン化 を 誘 導 す る の か は ま だ 明 確 に な っ て い な い ． 7．GTP結 合 蛋 白質 シ グ ナル 伝 達 を司 る 因 子 の 重 要 な もの にGTP結 合 蛋 白 質 が あ る6）．GTP結 合 蛋 白 質 はGTPま た はGDPと 結 合 して存 在 し，GTP水 解 活 性 を示 す （図5） ． 一 般 的 に ，GTPと 結 合 したGTP結 合 蛋 白 質 は活 性 型 で ， 下 流 の 標 的 分 子 の 活 性 を制 御 し，GDPと 結 合 した もの は 不 活 性 型 で あ る． 不 活 性 型 のGTP結 合 蛋 白 質 は何 らか の シ グ ナル に よ り， 結 合 したGDPを 細 胞 質 のGTPと 交 換 し， 活 性 型 とな る ． この交 換 反 応 を触 媒 す る 因 子 ， す な わ ち シ グナ ル を 受 け取 りGTP結 合 蛋 白 質 に伝 える
分 子 をGEF（guanine nucleotide exchange factor）
とい う．GTP結 合 蛋 白質 自身 はGTP水 解 活 性 を もち ，
自 ら に結 合 したGTPをGDPに 分 解 し て不 活 性 型 に な
る． こ の と き， このGTP水 解 活 性 を促 進 す る因 子 ， す
なわ ちGTP結 合 蛋 白質 の不 活 性 化 を促 進 す る因 子 の こ
と をGAP（GTPase activating protein） とい う． シ
グ ナ ル 伝 達 全 般 に い え る こ とで あ る が ， シ グ ナ ル 因 子 が 一 度 受 け た シ グ ナ ル は 必 ず 打 ち消 され る ス テ ッ プ が 存 在 す る． 考 え て み れ ば 当 た り前 の こ とで あ る が ， 細 胞 は状 況 に よ っ て 変 化 しな け れ ば な ら な い ゆ え， 一 度 シグ ナ ル を受 け ， 何 らか の 細 胞 応 答 が 起 こった な ら， 細 胞 は次 に起 こ る こ と に対 処 す るた め に， 前 の シ グ ナ ル を消 去 す る必 要 が あ る． そ う考 え る と，GTP結 合 蛋 白 質 の シ ス テ ム は 一 過 性 に 酵 素 を活 性 化 す る の に適 し た シス テ ム で あ る こ とが 理 解 で き よ う ． 細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 に 関 与 す るGTP結 合 蛋 白 質 は ， 2種 の グル ー プ に 大 別 され る． ひ とつ は7回 膜 貫 通 型 受 容 体 と共 役 す る ヘ テ ロ3量 体GTP結 合 蛋 白 質 （G蛋 白 質 ）， も うひ とつ はRasを 代 表 とす る低 分 子 量GTP結 真核細胞のシグナル伝達 研究を整理する 9 図5 GTP結 合 蛋 白 質 の 働 き GTP結 合 蛋 白質 はGTP結 合 型 とGDP結 合 型 の 問 を い っ た り きた りす る．GTP型 の と き， 別 の 蛋 白 質 （多 くの 場 合 は酵 素 ） と 結 合 し，その 蛋 白 質 を活 性 化 す る．ふ だ んはGDP型 で ある が ，何 らかの 刺 激 に よ りGEF（guanine nucleotide exchange factor） が 働 く と GDPが 外 れ て代 わ りにGTPが 結 合 する．GTP結 合 蛋 白 質 は一 般 的 にGTP水 解 活 性 を も ち，GTPをGDPに 分 解 し， 不活 性 型 に も ど る． こ の シ ス テ ム は 刺 激 が 入 っ た の ち ， 限 られ た間 だ け 酵 素 が活 性 化 さ れ る とい う利 点 を もつ ． た とえ ば ， 増 殖 因 子 の シ グナ ル は 一 過 性 で な け れ ば う ま く細 胞 増 殖 は調 節 で き ない が，GTP結 合 蛋 白質 の シ ス テム は 常 に これに適 して いる．GAP：GTPase activating protein. 合 蛋 白 質 で あ る． い ず れ のGTP結 合 蛋 白質 も前 述 した よ う にGTP／GDPと 結 合 す る 活 性 ， お よ び 結 合 した GTPをGDPと リン酸 に 分 解 す る活 性 を もつ．GTP結 合 型 とGDP結 合 型 で コ ンポ メ ー シ ョ ン を 異 に し， そ の 構 造 の 違 い に 基 づ き他 の蛋 白 質 と の 反 応 性 を変 化 させ ， シ グ ナ ル 伝 達 に お い て分 子 ス イ ッ チ と して 働 い て い る． ホ ル モ ン の シ グ ナ ル 伝 達 系 に お い て 機 能 す る3量 体G 蛋 白 質 が 先 に み つ か り， そ の あ と に が ん遺 伝 子 と し て Rasが 見 い だ さ れ た ．Rasの 上 流 お よ び 下 流 の 因 子 が 同 定 さ れ ， そ の シ グ ナ ル 伝 達 経 路 の 大 筋 が 明 らか と な っ た の は1990年 代 に 入 っ て か ら で あ る． 8．3量 体G蛋 白 質 3量 体G蛋 白質 は分 子 量 の 大 きい順 に αβγの3種 類 の サ ブ ユ ニ ッ トか ら構 成 さ れ ， α サ ブ ユ ニ ッ ト （Gα） にGTP水 解 活 性 が 存 在 す る ． β と γサ ブユ ニ ッ トは常 に複 合 体 （Gβγ） を形 成 し て お り， 見 か け上 ひ とつ の 単 位 と して 機 能 し て い る ．GDPと 結 合 して い るGα は Gβ γ と3量 体 を 形 成 し， 活 性 化 さ れ た 受 容 体 に よ り結 合 して い るGDPがGTPに 交 換 され る とGβ γ と解 離 す る． 解 離 したGα とGβ γ は ， 別 々 に あ る い は共 同 して 下 流 の標 的 分 子 で あ るエ フ ェ ク タ ー の 活 性 を制 御 す る
10 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．44 No．16 （1999） 図63 量 体G蛋 白 質 の 調 節 と サ プ ユ ニ ッ トの 解 離 と 会 合 3量 体G蛋 白質 は， 不活 性 型 で は α サ ブ ユ ニ ッ トにGDPが 結 合 し， αβγ の3つ の サ プユ ニ ッ トか らなる複 合 体 として存 在 す る． ホ ル モ ン， 神 経 伝 達 物 質 な ど が 結 合 した 受容 体 は αサ ブユ ニ ッ トに 結 合 して いるGDPの 放 出 を促 し， その 結 果 ， 細 胞 内 に豊 富 に存 在 す るGTPが 代 わ りに αサ ブユ ニ ッ トに 結 合 す る．GTPが 結 合 す る こ とに よ る α サ ブ ユ ニ ッ トの 構 造 変 化 に よ って ， α サ ブ ユニ ッ ト は βγサ ブユ ニ ッ トと解 離 す る ．GTPが 結 合 したG蛋 白 質 は 活 性 型 とな り，解 離 した α サ プユ ニ ッ トと βγサ ブユ ニ ッ トは おの お の単 独 で ， あ る い は 協 調 し て下 流 の標 的 分 子 に働 き か け て シグ ナ ル を伝 え る ． α サ ブユ ニ ッ ト自身 の もつGTP水 解 活 性 に よ りGTP がGDPに 分解 され る と再 度 βγサ ブユ ニ ッ トと結 合 し， 受 容 体 に
よ る活 性 化 を 受 け られ る状 態 に戻 る．RGS（regulator of Gprotein signaling） は，GTPが 結 合 した αサ ブユ ニ ッ トに働 きか けGTPの 水 解 活 性 を促 進 す る． 多 くの 場 合 ，G蛋 白 質 共 役 受 容 体 がG蛋 白 質 の 活 性 化 因子 ，RGSが 不活 性 化 因 子 と して働 くと考 え られ て い る．GPCR：Gprotein coupled−receptor． （図6）． 哺 乳 類 にお いて は16種 類 のGα と5種 類 のGβ と11種 類 のGγ の遺 伝 子 が 見 い だ さ れ て い る．G蛋 白 質 は ， お も に α サ ブ ユ ニ ッ トの ア ミノ 酸 配 列 か らGs， Gi，Gq，Gl2の4種 類 の グ ル ー プ に 分 類 され る （図7） ． 選 択 的 ス プ ラ イ シ ン グ に よ り20種 類 以 上 のGα が 存 在 す る た め ， αβγ の組 合 せ は理 論 上1，000種 類 以 上 に な る が ， 実 際 に は お の お の の サ ブ ユ ニ ッ ト間 の 特 異 性 な ど か ら， そ れ ほ ど た くさ ん の 構 造 的 お よ び 機 能 的 に差 異 の あ る分 子 は 存 在 し な い もの と思 わ れ る． 最 近 のX 線 結 晶 解 析 か ら， お の お の の サ ブ ユ ニ ッ トお よ び3量 体 の 高 次 構 造 も明 らか と な っ て い る．Gα のGTP結 合 部 位 ， お よびGTP／GDPの 結 合 状 態 で 空 間 的 配 置 が 移 動 す る部 位 ，Gβ γ との結 合 に関 与 す る領 域 な ど，Gα に 共 通 す る機 能 を 担 う 部 位 を コ ー ドす る遺 伝 子 の 塩 基 配 列 は異 な るGα の 間 に お い て も 当 然 の ご と く よ く保 存 さ れ て い る． ま た ，Gs，Gi，Gq，G12は ， ほ ぼ どの 組 織 で も発 現 して い る の対 し，Gt（ トラ ンス デ ュ ー シ ン）， Go1f，Ggust（ ガ ス トデ ュ ー シ ン ）は ， 網 膜 ， 嗅 覚 組 織 味 覚 組 織 に特 異 的 に発 現 して お り， それ ぞれ ， 視 覚 ， 嗅 図7 哺 乳 動物 のG蛋 白 質 α サ ブ ユ ニ ッ トの 多様 性 と標 的 分 子 覚 ， 味 覚 の シ グ ナ ル 伝 達 に 関 与 し て い る組 織 特 異 的G 蛋 白 質 で あ る． 最 も最 初 に精 製 さ れ たG蛋 白 質 は， ホル モ ン感 受 性 ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ 系 で ， シ グ ナ ル を 伝 達 す る 因 子 と し て 同 定 され たGsで あ る．Gsに よ り ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ が 活 性 化 さ れ る と細 胞 内cAMPが 増 加 し ， PKA活 性 が 上 昇 し， 種 々 の 細 胞 内 蛋 白 質 が リン酸 化 さ れ る ．GsはcAMP系 を動 か す こ とに よ り細 胞 の増 殖 ・ 分 化 か ら神 経 伝 達 物 質 の 合 成 ， グ リ コ ー ゲ ン分 解 に よ る エ ネ ル ギ ー の供 給 な ど幅 広 い生 命 現 象 に関 与 して い る ． 逆 に ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ を抑 制 す るGiは ， 百 日 咳 菌 毒 素 の 標 的 分 子 とし て 同 定 ・精 製 さ れ た ． その 後 ， Giは ア デ ニ ル 酸 シ ク ラー ゼ 系 の み な らずPLC-Ca2＋ 系 ， K＋ チ ャ ネ ル の 調 節 ， さ ら に細 胞 の 走 化 性 ， 増 殖 制 御 な どに関 与 す る こ とが 明 らか とな っ た ．Gsの 場 合 に は， そ の α サ ブ ユ ニ ッ ト （Gαs）に よ っ て ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ の 活 性 制 御 が ほ ぼ 行 な わ れ て い る の に 対 して，Gi を介 し て 起 こる 上 記 の 多 くの細 胞 応 答 はGαiか ら遊 離 したGβ γ に よ りひ き起 こ され る と考 え られ て い る ．Gq は，GαsやGαiの 塩 基 配 列 を も と に したPCRか ら そ の α サ ブ ユ ニ ッ ト （Gαq）が ク ロ ー ニ ン グ され た ． ほ ぼ 同 時 にGβ γ カ ラ ム に よ り新 規 に 同 定 さ れ た 蛋 白質 ， あ る い はPLCRを 活 性 化 す るGTP結 合 蛋 白 質 と して 精 製 され た もの が ， いず れ も同 じGαq蛋 白 質 で あ る こ
真核細胞のシグナル伝達研究を整理する 11 とが 明 らか とな った ． イ ノ シ トー ル リン脂 質 特 異 的PLC はIP3と ジ ア シル グ リセ ロ ー ル （DG） とい う2種 類 の セ カ ン ド メ ッ セ ン ジ ャ ー を 産 生 す る 酵 素 で あ る が ， PLCβ ，PLCγ ，PLCδ の3つ の グ ル ー プ に分 け ら れ る （後 述 ）． お の お の の グル ー プ は さ らに い くつ か の ア イ ソ フ ォ ー ム か らな る が ，4種 類 のPLCβ （PLCβ1∼α4） は ， そ れ ぞ れGαqとGβ γ に 対 す る 感 受 性 が 異 な り， GαqとGβ γ の 両 方 に よ り活 性 化 され るPLCRも あ る． 実 際 に ， 細 胞 レベ ル でGi共 役 型 受 容 体 とGq共 役 型 受 容 体 を 同 時 に 別 々 の ア ゴニ ス トで刺 激 す る とIP3の 生 成 が 増 大 す る こ とが 知 ら れ て お り， 異 な る シ グ ナ ル の ク ロ ス トー ク の 結 果 と もい え る 現 象 が 観 察 さ れ る ． ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ の 調 節 に関 し て は も っ と複 雑 で あ る ． 現 在9種 類 以 上 の ア イ ソ フ ォー ム が 知 られ て お り， それ らは い ず れ もGαsに よっ て 活 性 化 され るが ， Gβ γ に よっ て 活 性 化 さ れ る もの ， 逆 に抑 制 され る もの ， あ る い は ま った く活 性 が 影 響 され な い もの が 存 在 す る ． さ ら に ，Ca2＋ ／カ ル モ デ ュ リン に よ って 活 性 化 され る も の も あ り， 細 胞 に どの ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ の ア イ ソ フ ォ ー ム が どれ だ け 発 現 して お り， どのG蛋 白 質 に共 役 し た 受 容 体 が 活 性 化 さ れ た か に よ り， 細 胞 外 の 種 々 の シ グ ナ ル に応 答 した 細 胞 内 cAMP生 成 量 が 決 ま る こ とに な る ． これ らの こ と を言 い 換 え れ ば ， ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ やPLCが 細 胞 外 の シグ ナル が 統 合 され る場 と い え る ． ま た ，GRyは お の おの のG蛋 白 質 で 特 異 性 が 低 く， ほ ぼ共 通 とい え る の で ，G蛋 白 質 レベ ル で 異 な るG蛋 白 質 を介 す る シ グ ナ ル が 相 互 作 用 す る． こ の よ う に ， シ グ ナ ル の 上 流 で ク ロ ス トー ク が 行 な わ れ る 場 合 も あ る が ， も っ と下 流 で起 こ る 場 合 も知 ら れ て い る． PCRク ロ ー ニ ン グ よ り実 体 が 明 ら か と な っ たG12フ ァ ミ リー の 直 接 の タ ー ゲ ッ トは長 ら く不 明 で あ っ た が ， 最 近 ， そ の フ ァ ミ リー に属 す るGa12 とGα13のGTP水 解 活 性 が RhoのGDP／GTP交 換 因 子 （p115RhoGEF） に よ り 上 昇 す る こと7）， さ らにGα13がp115RhoGEFのGDP／ GTP交 換 活 性 を促 進 し， 逆 にGα12は そ の 活 性 化 を阻 害 す る こ とが 報 告 さ れ た8）． それ ま で ，G12サ ブ フ ァ ミ リー の下 流 にRhoが 関 与 す る こ とは 示 唆 され て い たが ， 両 者 の 問 が 思 い の ほ か 単 純 に つ な が っ た よ う に 思 わ れ る． そ の き っ か け と な った の が ，Gα のGTPase活 性
を 促 進 す るGAP活 性 を 示 すRGS（regulator of G
protein signaling） で あ る9）．RGSは ，G蛋 白 質 を介 す る シ グナ ル 伝 達 の負 の制 御 因 子 と して ， 近 年 ， 酵 母 ， 線 虫 お よ び 哺 乳 動 物 か ら見 い だ さ れ た 分 子 で あ り， どれ も9つ の α ヘ リ ッ ク ス を含 む相 同 性 の あ る約120ア ミ ノ 酸 か らな る モ チ ー フ を も っ て い る． 哺 乳 動 物 で は20 種 類 近 くの 分 子 種 が 知 ら れ て い た が ， それ らのRGSは 単 に負 の制 御 因 子 と して 働 くだ けで ，Gα の 直 接 の ター ゲ ッ トと な る もの は 知 られ て い な か った ． しか し，Gα12 とp115RhoGEFが 結 合 す る こ とか ら， ア ミノ 酸 配 列 を 詳 し く調 べ た と こ ろ，P115RhoGEFのN末 端 側 に 他 のRGSと 相 同 性 の あ る領 域 が 見 い だ され ， 実 際 にそ の領 域 がGα 、2およ びGα13と の結 合 やGAP活 性 に必 要 で あ る こ と が 明 らか とな っ た （図8） ． 今 後 ，RGSド 図8RhoGEFを 介 し たG蛋 白 質 に よ る低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質Rhoの 活 性 制 御 卜ロ ン ビ ンや リゾボ ス フ ァチ ジン 酸 （LPA） は受 容 体 を介 してGα12とGa,3を 活 性 化 す る． 活 性 化 され たGα13はp115RhoGEFのRGSド メ イ ン と直 接 相 互 作 用 す る こ と によ り，RhoGEF活 性 を 促 進 し，Rhoを 活 性 化 す る ． 活 性 化 され たRhoは さ らに下 流 の標 的 蛋 白 質 に 働 きか け， 細 胞 骨 格 系 の 調 節 な どを行 な う． 一 方 ， 活 性 化 され たGa,2は 単 独 で はRhoGEE活 性 に 対 して効 果 を 示 さな い が，Gl3に よ るRhoGEF活 性 の 促 進 作 用 に対 して阻 害 効 果 を示 す ． ま た，p115RhoGEF のRGSド メ イ ン は，Ga,Zお よ びGα13のGTP水 解 活 性 を 促 進 し不 活 性 化 を 促 す ．DH：Dbl homology,PH:pleckstrinhomology,RGS:regulatorofGproteinsignaling.
12 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．44 No．16 （1999） 表2 低 分 子量GTP結 合 蛋 白質 フ ァ ミ リー の分 類 て 残 さ れ て い る ． メ イ ン を もっ た 新 規 のG蛋 白質 標 的 蛋 白 質 が み つ か る 可 能 性 も あ る． ま た ， このin vitroの 結 果 を 裏 づ け る in vivoの 結 果 が す で に シ ョウ ジ ョ ウバ エ の遺 伝 学 的 解 析 か らな さ れ て い た ． す な わ ち ， 発 生 過 程 の 原 腸 形 成 に関 与 す る遺 伝 子 として 哺 乳 動 物 のGα12，Gα13の ホモ ロ グ に あ た るConcertina， そ し てDRhoGEF2，Rho1 が ， 細 胞 外 の リガ ン ド （folded gastulation；fog） か ら の シ グ ナ ル 伝 達 で 機 能 して い る こ とが 明 らか と な っ て い る． ま た ， 哺 乳 動 物 で も リ ゾ ホ ス フ ァ チ ジ ン酸 （LPA） や トロ ン ビ ン に よ る神 経 突 起 の 退 縮 に お い て も 同 様 の シ グ ナ ル 伝 達 機 構 が 働 い て い る と推 測 され る． 最 近 ，G蛋 白 質 と チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ との 関 連 を示 す い く つ もの報 告 が あ る．Gβ γ か ら Rasま で の 間 に お け るSrcフ ァ ミ リー の 関 与 ，Gαqに よる Srcフ ァミ リー あ るいはTecフ ァ ミ リー の 活 性 化 ，G蛋 白質 共 役 受 容 体 刺 激 に 伴 うFAK （focal adhesion kinase） や
Pyk2な どの チ ロ シ ン キナ ーゼ の活 性 化 ， さ ら にG蛋 白 質 共 役 受 容 体 か らMAPキ ナ ー ゼ 活 性 化 に 至 る 経 路 に お け る EGF受 容 体 の 介 在 な ど， 非 受 容 体 型 チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ の み な らず 受 容 体 型 チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ もG蛋 白 質 共 役 受 容 体 を 介 す る シ グ ナ ル 伝 達 経 路 に 関 与 す る こ とが 示 唆 され て い る． し か し な が ら ， そ れ らの 活 性 化 の メ カ ニ ズ ム お よ び 生 物 学 的 意 義 な ど， 今 後 の 課 題 と し 9． 低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 シ グナ ル伝 達 に関 与 す る低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 と し て ， 最 初 にRasが が ん遺 伝 子 と して 単 離 さ れ た ． そ の 後 ， 神 戸 大 の 高 井 ら （現 阪 大 ） に よ り精 力 的 に い く つ もの低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 が 精 製 され る と ともに， 遺 伝 子 レベ ル か ら も多 数 の 低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 が 同 定 され た ． そ の結 果 ，Ras，Rho，Rab，Arf，Sar， Ranフ ァ ミ リー よ りな る低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 ス ー パ ー フ ァ ミ リー が 明 ら か とな っ たl0）（表2） ．Rasフ ァ ミ リー は，MAPキ ナー ゼ カ ス ケ ー ド を介 して 遺 伝 子 発 現 を制 御 し， 細 胞 の 増 殖 ・分 化 の 促 進 ， あ る い は 細 胞 死 の 抑 制 に 関 与 す る ． 一 方 ，Rhoフ ァ ミ リー は どち ら か とい え ば ， 細 胞 増 殖 の 調 節 とい う よ り は， ア ク チ ン 細 胞 骨 格 系 の 調 節 に よ り大 き く貢 献 し て い る よ うで あ る ． 残 りのRab，Arf，Sarフ ァ ミ リー は細 胞 内 小 胞 輸 送 の 調 節 ， そ してRanフ ァ ミ リー は核 へ の輸 送 の 調 節 に 関 与 し て い る ． こ の な か で 最 も種 類 が 多 い の は 哺 乳 動 物 のRabサ ブ フ ァ ミリー で あ り，30種 類 以 上 の存 在 図9 MAPキ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ド 低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 はMAPキ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ドを活 性 化 す る ． 現 在MAPキ ナ ー ゼ経 路 は 3種 類 み つ か っ て い て そ れ ぞ れ 類 似 の蛋 白質 が か か わ って い る． 一 般 的 にセ リ ン／ス レオニ ン キ ナ ー ゼ で あ るMAPキ ナ ー ゼ （MAPK） はセ リン と チ ロ シ ン に リ ン酸 化 を 受 け る と活 性 化 され て 核 に局 在 す る よ うに な り， 転 写 因 子 を活 性 化 す る．MAPKの セ リン とチ ロ シ ンの 両 方 を リン酸 化 す るユ ニ ー ク な キ ナ ー ゼ 群 がMAPキ ナ ーゼ キ ナ ーゼ （MAPKK） で あ る． これ をさ ら に リン酸 化 して活 性 化 す る キナ ー ゼ が存 在 す る （MAPKKK） ．MAPKKKは 多 くの 場 合 低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質 に よ っ て調 節 さ れ て い る．
が 明 らか とな っ て い て ，t-SNAREとv-SNAREの 相 互 作 用 に よ る小 胞 の 融 合 に 関 与 して い る． これ らの 輸 送 に 関 与 す る低 分 子 量GTP結 合 蛋 白質 は シグ ナル 伝 達 とい う よ りは 輸 送 の 調 節 機 構 に お い て 働 い て い る 感 じ が 強 い の で ， 本 稿 で は詳 し く取 りあ げ な い ． 一 方， そ の 機 能 と シ グ ナ ル 伝 達 経 路 が よ く研 究 され
て い る の は ，Rasお よびRhoで あ る．Rasの 場 合 ， チ
ロ シ ンキナー ゼ 受 容 体 の リン酸 化 ， アダ プター 分 子 （Shc，
Grb2） の結 合 ，GDP／GTP交 換 因 子 （GEF） の 細 胞 膜
へ の 移 行 ，Rasの 活 性 化 ， と続 く伝 達 機 構 の 大 筋 が 明
ら か と な っ て い る． ま た ，Rasか らRafの 活 性 化 ，
MAPキ ナ ー ゼ キ ナ ー ゼ （MEK） ，MAPキ ナ ー ゼ の 活
性 化 ， 転 写 制 御 因 子 の リン酸 化 と続 くRasの 下 流 の 経 路 も よ く知 られ て い る （図9） ．Rhoフ ァ ミ リー にはRho の ほ か に ，RacとCdc42が あ る．Rhoは 培 養 繊 維 芽 細 胞 に お い て は ス トレ ス フ ァ イ バ ー や 接 着 斑 の形 成 に 寄 与 して い る と され て い るが ， その 活 性 化 に関 して は ， 先 に詳 し く述 べ た よ う にRGSド メイ ンを もっ たRhoGEF に よ り3量 体G蛋 白 質 とRhoの 問 が 最 近 つ な が った ． ま た ，Rhoの 標 的 分 子 と し てRhoキ ナ ー ゼ ／p160 ROCK／ROKα ，PKN， ミオ シ ンポス フ ァター ゼ の ミオ シ ン結 合 サ ブ ユ ニ ッ ト （MBS） ，Citron，p140mDia， Rhotekin，Rhophilinな どが つ ぎつ ぎ と同 定 され ，Rho キ ナー ゼ とMBSに よる細 胞 骨 格 系 の制 御 機 構 が 明 らか に な りつ つ あ る11,12）． 一 方 ，RacとCdc42は 細 胞 骨 格 の 調 節 と遺 伝 子 発 現 の 制 御 の 二 様 の働 き を して い る よ うで あ る． 細 胞 骨 格 の 調 節 と して はRacは 繊 維 芽 細 胞 に お い てlamellipodia（ 波 う ち膜 ）をCdc42はfilopodia （糸 状 仮 足 ） やmicrospikes（ 微 小 突 起 ） の 形 成 に 関 与 して い る と さ れ る ．Cdc42の 標 的 と し てN−WASPや IQGAPが 同 定 され ，filopodia形 成 との関 連 が 明 らか に さ れ よ う と し て い る． また ，Cdc42はRacを 強 く活 性 化 す る こ と も知 られ ，GTP結 合 蛋 白質 ど う し の調 節 に も興 味 が も た れ る ． 核 へ の シ グ ナ ル 伝 達 に 関 して は，Rasに よ り，MAP キ ナー ゼ カス ケ ー ドが 活 性 化 され るの と類 似 して ，MAP キ ナ ー ゼ フ ァ ミ リー に 属 す るJNK，p38カ ス ケ ー ドが 活 性 化 され る （図9） ． こ の カ ス ケ ー ドは 少 な く と も一 部 で は転 写 因 子 を 活 性 化 し， 新 た な転 写 の 誘 導 を起 こ す ．RacやCdc42が どの よ う に これ らの カ ス ケ ー ドを 活 性 化 す る の か 明 確 で は な い が ，RacやCdc42の 標 的 因 子 と して 同 定 さ れ た セ リ ン ／ス レ オ ニ ンキ ナ ー ゼp65 真核細胞のシグナル伝達研 究を整理する 13 PAKが 関 与 し て い る可 能 性 が 示 唆 され て い る．Racや Cdc42の 活 性 化 の メ カ ニ ズ ム は は っ き り し な い 面 が 多 く， 今 後 の 大 事 な 問 題 で あ るが ，PDGFに よ るRacの 活 性 化 に はPI3キ ナ ー ゼ が 必 要 で あ る と考 え られ て い る． 10． 細 胞 質 と 核 と を 隔 て る 関 所 ：核 膜 孔 形 質 膜 内側 あ る い は細 胞 質 で 生 じ た 連 鎖 反 応 ， キ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ド，遊 離転 写因 子 は どの よ うに核 内 に伝 わ る の か ． これ は， 放 置 さ れ て きた 問 題 で あ る． 最 大 の 細 胞 内 小 器 官 ， 核 に蛋 白 質 が 入 る メ カ ニ ズ ム が 最 近 明 らか に な っ て き た ． そ れ に 伴 い ， シ グ ナ ル 伝 達 に か か わ る役 者 た ち の 居 所 が 重 要 に な っ て き た ． 核 は二 重 膜 の核 膜 で 細 胞 質 か ら隔 離 さ れ て い る． 細 胞 質 との 物 質 の や り取 りは 核 膜 孔 とよ ば れ る チ ャ ネ ル を唯 一 の経 路 と して 行 な われ る13）． しか し蛋 白 質 な どの 高 分 子 は こ の 核 膜 孔 を拡 散 で 自 由 に通 過 で き な い ． 選 別 輸 送 系 が 存 在 す る （図10） ． 核 膜 孔 を関 所 とす る と分 子 量20K∼40Kを 境 に大 き な分 子 に は通 行 手 形 が 必 要 に な る． 核 内 に 入 る手 形 が 核 局 在 配 列 （nuclear locali-zationsignal；NLS） で あ る ． 転 写 因 子 の 多 く にNLS が 認 め られ て い る． 細 胞 質 の リボ ソ ー ム で 合 成 さ れ た 蛋 白 質 にNLSが あ れ ばimportinα と β な どの核 輸 送 機 構 に よ っ て 核 内 に運 ば れ る ． 一 方 ， 核 内 か ら細 胞 質 へ の 輸 送 も重 要 で あ る．mRNAや 巨 大 な リボ ソー ム は 核 か ら選 択 的 に細 胞 質 に移 動 す る ． 蛋 白質 の 核 外 排 出
に必 要 な 配 列 はNES（nuclear export signal） と よ ば
れ て い る．NESが 最 初 に 同 定 された 蛋 白 質 は，PKAの
阻 害 蛋 白 質IPK（inhibitor of protein kinase A），
RNAの 核 外 輸 送 に か か わ るHIVのRev蛋 白 質 や
HTLV-IのRex蛋 白 質 で あ る． さ ら にMAPKK，
TFIIIA，1μBα ，c−Ablに も機 能 的 なNESが 証 明 され
て い る．NESは10ア ミノ酸 前 後 の 配 列 中 に4あ るい は
5個 の ロ イ シ ン や イ ソ ロ イ シ ン を もつ のが 特 徴 で あ る．
NESを 認 識 し， 核 外 へ 蛋 白 質 を 輸 送 す る 分 子 と し て
CRM1（chromosomal region maintenance） が 知 ら
れ て い る．CRM1は 構 造 上 ， 核 内 輸 送 に か か わ る importinβ に類 似 し てい るが ， 核 外 輸 送 にか かわ るた め exportinと も よ ば れ て い る ． で は シ グ ナ ル 伝 達 の 役 者 た ち は核 膜 孔 とい う 関 所 を ど うや っ て越 え るの だ ろ う か ． PKAの 活 性 サ ブ ユ ニ ッ トは 能 動 輸 送 で は な く， 拡 散
14 蛋 白質 核 酸 酵 素 Vo1.44 No．16 （1999） 図10 核 膜 孔 を通 じ た 蛋 白 質 の 輸 送 蛋 白 質 のNLSを 細 胞 質 でimportinα （karyopherin，PTACと も よ ば れ る ） が 認識 し，importin/3な どの 蛋 白質 の働 きで 核 膜 孔 （鳥 か ご構 造，cagedstructure） を通 過 して核 内 に輸 送 され る． 一 方 ， 核 内 で はexportin（Crm1） が 蛋 白質 のNESに 結 合 す る こ とで 細 胞 質 に輸 送 さ れ る． で 核 内 に 入 る こ とが で き る． 転 写 因 子CREBに はNLS が あ り， 常 時 核 内 に局 在 す る． 核 内 に入 ったPKAに よ っ てCREBが リン酸 化 され る と考 え られ る． その後 ， 疑 似 基 質 配 列 を もつIPKと 結 合 して核 外 に 排 出 され る ． MAPKとMAPKKは 細 胞 質 で 会 合 して い る． 活 性 型 のMAPKKに よ っ て リ ン 酸 化 さ れ たMAPKは MAPKKか ら 離 れ ， 拡 散 で 核 内 に 入 る． 転 写 因 子 TCFな どを リ ン酸 化 す る こ とで遺 伝 子 発 現 に関 与 す る と考 え られ る ． こ の と き に脱 リ ン酸 化 さ れ る と， 同 様 に拡 散 で 核 内 に移 動 して きた不 活 性 なMAPKKと 結 合 し て 核 外 に 排 出 さ れ る ．MAPKKに もIPK類 似 の NESが あ る た め で あ る14）． この核 と細 胞 質 の 空 間 的 な 制 御 は重 要 で あ る．MAPKの 働 き がMAPKKに よ る リ ン酸 化 と核 外 排 出 （細 胞 質 保 持 ） と に よ っ て 二 重 に 制 御 され て い る こ と に な る．MAPKとJNKあ る い は
SAPK（stress-activated protein kinase） は構 造 ， 活
性 化 機 構 ， お よ び リ ン酸 化 能 （プ ロ リ ン残 基 認 識 ） が よ く似 た キ ナ ー ゼ で あ り， 同 様 な 核 へ の 移 行 と排 出 機 構 が 予 想 され て い る．MAPKの 核 内 にお け る リ ン酸 化 反 応 をMAPKKが 細 胞 質 に保 持 して 信 号 の な い と きの 作 用 を 阻 害 し て い る と考 え られ る． 11． 細 胞 接 着 多 細 胞 生 物 は細 胞 ど う し の 接 着 な し に は 成 り立 た な い ． 動 物 で は上 皮 細 胞 が 隙 間 な く接 し な が ら組 織 を構 築 し て い る ． 生 体 の 内 外 を被 う細 胞 が 上 皮 で あ る ． 増 殖 す る細 胞 ， 分 化 して 機 能 を 発 揮 す る 細 胞 ， あ る い は 最 終 分 化 の 果 て に 死 ん で ゆ く細 胞 が 秩 序 あ る 層 構 造 を 保 つ ． 接 着 し て い る細 胞 に は極 性 が あ り， 細 胞 ど う し が 役 割 を 分 担 し あ っ て い る． 上 皮 細 胞 の 接 着 は 膜 を貫 通 す る 蛋 白 質 カ ドヘ リ ン （E型 ）が 担 っ て い る． ま るで ， 糊 の よ う に細 胞 の 外 側 の 部 分 で カ ドヘ リン ど う し が く っ つ く． カ ドヘ リ ン の 細 胞 質 側 は カ テ ニ ン 複 合 体 （α， β，γ カ テ ニ ン）を 介 し て ア ク チ ン フ ィ ラ メ ン トと結 合 し て い る ． 細 胞 の 骨 格 に支 え られ た カ ドヘ リ ン で 細 胞 ど う しが 接 着 す る モ デ ル は ， 整 然 と並 ぶ 細 胞 の 層 構 造 を 説 明 す る の に説 得 力 が あ る． し か し ， 細 胞 は形 を 変 え， 役 割 を変 え て ゆ く． 堅 固 で 静 的 な 構 造 で は 身 動 き が 取 れ な い ．SrcやEGF受 容 体 が β カ テ ニ ン を リ ン酸 化 す る と， カ テ ニ ン複 合 体 が 解 離 す る． そ れ に よ っ て カ ドヘ リ ン と細 胞 骨 格 ア ク チ ン フ ィ ラ メ ン ト との つ な が りを 断 ち 切 る こ とが で き る． こ の よ う に し て上 皮 細 胞 の 動 的 で 柔 軟 な組 織 の 構 築 が 制 御 さ れ る と考 え られ て い る ． 細 胞 は細 胞 以 外 の 基 質 に も接 着 す る． 間 葉 系 の 繊 維 芽 細 胞 は形 質 膜 表 面 に突 き 出 た イ ン テ グ リ ン で フ ィ プ ロ ネ ク チ ン な どの 細 胞 外 マ ト リ ッ ク ス （extracellular matrix；ECM） と結 合 す る． イ ン テ グ リン は α，R鎖 のヘ テ ロ2量 体 で そ れ ぞ れ 多 くの 分 子 種 か らな る． β 鎖 の 細 胞 質 側 は α ア クチ ニ ン あ る い は タ リン と結 合 す る ． α ア ク チ ニ ン は ア ク チ ン フ ァイ バ ー 間 を架 橋 す る と と もに フ ァイ バ ー 末 端 の ビ ンキ ュ リ ン と も結 合 で き る． タ リ ン もパ キ シ リ ン やSH2ド メ イ ン を もつ テ ン シ ン と と も に ビ ン キ ュ リ ン と結 合 す る．ECMに 結 合 した イ ン テ グ リ ン は細 胞 全 体 で 数 カ 所 の 接 着 斑 （focal adhesion contact） を 形 成 し， ア ク チ ン フ ァイ バ ー 束 が 一 定 の 方 向 に 伸 び た ス ト レ ス フ ァイ バ ー を 形 づ くる ． この 構 造 は チ ロ シ ン キナ ー ゼFAKの 働 き に よっ て保 た れ て い る． 接 着 斑 で ア ク チ ン フ ァ イ バ ー を つ な ぎ と め る多 くの 蛋 白質 がFAKに よ っ て リ ン酸 化 され る ． こ の チ ロ シ ン リ
真核細胞のシグナル伝達研究を整理する 15 図Ⅱ 動 物 細胞 に おけ る受 容 体 の 種類 ン酸 化 は テ ン シ ン類 似 の 構 造 を もつ ホ ス ホ チ ロ シ ン ポ ス フ ァ タ ー ゼPTENに よ っ て脱 リン酸 化 さ れ ， ス トレ ス フ ァイ バ ー が 消 失 す る． ま た ，FAK自 身 もチ ロ シ ン 残 基 が リ ン酸 化 され ，Src，Grb2，PI3Kな ど と複 合 体 を形 成 す る こ とが で き る． また ， 低 分 子 量GTP結 合 蛋 白 質Rhoに 依 存 す るRhoキ ナ ー ゼ が ビ ン キ ュ リ ンやパ キ シ リ ン を リ ン酸 化 し て ス トレ ス フ ァイ バ ー を 消 失 さ せ る．Rhoキ ナ ー ゼ はFAKの リン酸 化 を通 じて細 胞 が 伸 展 で き る構 造 を 維 持 す る の と は反 対 の 役 割 を も つ ． FAKとRhoキ ナ ー ゼの 働 きに よ って細 胞 の 運 動 が調 節 され る と考 え られ て い る． 細 胞 ど う し， あ る い はECM へ の 接 着 の メ カ ニ ズ ム は， 発 生 ， 組 織 構 築 ， 創 傷 治 癒 ， さ ら に が ん細 胞 の 浸 潤 や 転 移 と の 関 連 で 注 目 さ れ て い る ．
