プロテインキナーゼCアルファ（PKCα）は、ヒトではPRKCA遺伝子によりコードされる酵素である。

機能

PKC-αはホスホリパーゼDに対して重要な調節作用を示す。ホスホリパーゼDは細胞膜上に局在し、ホスファチジルコリンを加水分解してホスファチジン酸およびコリンを生成する。研究により、ホスホリパーゼDは浸潤や遊走などの細胞イベントを変化させることで腫瘍形成に関与する可能性が示されている。特定のフェニルアラニン残基における点突然変異は、PKC-αがホスホリパーゼDを活性化する能力を阻害することが示されている。PKC-αの阻害作用については現在検討が進められている。研究者らは、PKC-αを用いてホスホリパーゼD活性を低下させ、この機能を抗がん薬開発に応用する方法の解明を目指している。

構造

PKCαは分子量約78 kDaの単鎖ポリペプチドである。N末端側に調節ドメイン、C末端側に触媒ドメインを有し、両者はプロテアーゼにより加水分解され得る「ヒンジ領域」により連結されている。PKCαは4つの保存領域C1〜C4と5つの可変領域V1〜V5から構成される。各保存領域は機能要素に相当し、いくつかの可変領域も部分的な機能調節に関与する。V3領域は調節ドメインと触媒ドメインを連結するヒンジ領域である。PKCの活性化によりV3領域が露出し、プロテアーゼにより容易に加水分解されて活性酵素が生成される。C1領域の前方には擬似基質部位が存在する。リン酸化部位のセリンまたはスレオニンがアラニンに置換されているためリン酸化されず、結果として酵素の活性中心を遮断する。この擬似基質部位による自己阻害は、多くのプロテインキナーゼに共通する自己調節機構の一つである。PKCαのC1保存領域は、システインに富む亜鉛フィンガー様の反復配列2つからなり、8つの保存残基C6H2（HX12CX2CX4CX2CX4HX2CX7C）を有し、2個のZn²⁺とともに2つの亜鉛フィンガー様構造を形成する。ここはジアシルグリセロール（DAG）およびホルボールエステルの結合部位である。PKCαのC2保存領域はCa²⁺結合部位であり、Ca²⁺により調節される一方、他のPKC活性はCa²⁺と無関係である。C3およびC4は触媒ドメイン内に位置する保存領域である。C3領域にはATP結合部位が含まれる。C4領域には基質結合部位および触媒コア配列DFGが含まれる。C1ドメイン前方の自己阻害性擬似基質配列が未活性化の状態では、C4の基質結合領域に結合して真の基質の結合を阻害する。触媒ドメイン内の特定の保存残基はPKC触媒コアの活性化ループを構成し、基質認識、結合、ならびにリン酸基転移反応の全過程に関与する。

調節

プロテインキナーゼファミリーは、酵素の立体構造変化に影響を与える調節分子が結合し、その結果として酵素活性が変化するアロステリック調節により制御される。しかし、PKC-αの主要な調節様式は、特定分子との直接的相互作用というよりも、細胞膜との相互作用に依存する。細胞膜の組成もPKC-αの機能に影響する。特に重要なのはカルシウムイオン、マグネシウムイオン、およびジアシルグリセロール（DAG）の存在であり、これらは膜の疎水性ドメインに影響を与える。これら3成分の濃度の違いにより、疎水性ドメインの長さが長くなったり短くなったりする。疎水性ドメインが長い膜では、PKC-αが膜へ挿入されにくくなるため活性が低下する。低濃度では疎水性ドメインが短くなり、PKC-αが膜へ挿入されやすくなることで活性が上昇する。

正常組織におけるPKCαの分布

正常組織における分布として、PKCαは古典型PKCサブグループに属し、極めて広範に分布する。ほぼ全ての組織で発現し、細胞機能の調節に関与する。PKCαは心筋組織に存在し、成体ラットおよび哺乳期ラットの心筋細胞に豊富である。ラット脳ではPKCαはニューロンにのみ認められ、グリア細胞では検出されていない。胚発生期13日目には、ラットの脊髄および頸髄の運動ニューロンにおいて、神経上皮から分化した直後の運動ニューロンの核周囲、樹状突起および軸索にPKCαの分布がみられ、核内のPKCはその後徐々に減少する。

腫瘍組織におけるPKCαの分布

腫瘍組織における分布について、多くの研究はPKCαが腫瘍組織で高発現し、腫瘍細胞の増殖を促進し、アポトーシスおよび分化を抑制し得ることを示唆している。研究により、PKCαはヒト神経膠腫と密接に関連することが見出されている。Baltuchらは、PKCαの過剰発現がラットC6神経膠腫細胞の悪性度と関連することを報告した。

結論

PKCは多様な生物学的特性および酵素学的特性を有する。タンパク質構造、遺伝子構造、組織分布、ならびに活性化因子に一定の差異があり、細胞内シグナル伝達における役割も大きく異なる。PKCの各サブタイプは複雑な機能と調節機構を有し、生体内の多様な生理学的・病態生理学的プロセスの制御に関与する。近年、PKCの全体機能の探索は、PKCファミリー各メンバーの個別検討へと徐々に移行している。PKCαサブタイプとシグナル伝達経路との関連、ならびに細胞増殖、分化、アポトーシスの機序については近年研究が進展しており、研究のホットスポットとなっている。PKCαの特異的阻害薬は、臨床における腫瘍抑制に向けて幅広い応用可能性を提供し得る。

参考文献

1. Wilson CH; et al. Steatosis inhibits liver cell store-operated Ca²⁺ entry and reduces ER Ca²⁺ through a protein kinase C-dependent mechanism. The Biochemical Journal. 2015, 466 (2): 379-90.
2. Micol V; et al. Correlation between protein kinase C alpha activity and membrane phase behavior. Biophysical Journal. 1999, 76 (2): 916-27.