AMP活性化プロテインキナーゼ（AMP-activated proteinkinase、AMPK）は、体のエネルギー代謝のスイッチであり、AMPKに関する研究は近年急速に進展しています。グリコーゲン結合ドメイン（GBD）領域はβサブユニットに、CBS領域はガンマサブユニットに見つかり、それらの機能が研究されました。AMPKの活性は、体内でAMPによって3つの異なる方法で調節されます。哺乳類では、AMPKはその上流キナーゼLKB1によって調節されることがわかっており、AMPKの体に対する調節はエネルギー代謝だけでなく、遺伝子発現、タンパク質翻訳、細胞成長にも反映されています。

図1. AMPKのタンパク質構造。

はじめに

AMPKは、ヘテロ三量体タンパク質で、3つのサブユニットα、β、γから構成されています。これらの3つのサブユニットは、既知の遺伝子配列を持つ真核生物に含まれています。これらの3つのサブユニットは、2から3の独立した遺伝子（α 1、α 2; β1、β2; γ 1、γ 2、γ 3）によって制御されており、異なるサブユニットは配置されて結合することで異なるAMPK複合体を形成します。この研究では、酵素がミトコンドリア、核小体、ペルオキシソームのない原始真核生物に存在することが示され、AMPKの存在がすべての真核生物の普遍的な特徴であることを示しています。

AMPK複合体の活性の調節

AMPは、以下の3つの異なる経路を通じてAMPKを活性化することができ、すべてはATPによって抑制される可能性があります。

AMPKの代謝調節

AMPKと代謝調節に関する多くの研究とレビューがあります。近年、以下の重要な進展がありました：最近の研究では、AMPKが血糖値、脂肪酸酸化、グリコーゲン代謝を調整することが示されており、体の全体的なエネルギーバランスに重要な役割を果たすことが示されています。腹腔内にレプチンを注射すると、AMPKに時間依存的な変化を引き起こし、人間の食事の調節を達成します。これは、AMPK活性の制御が肥満や2型糖尿病などの代謝障害の治療目的を達成する可能性があることを示唆しています。運動中のATPの大量消費は、AMPKを活性化し、その活性を向上させる一方で、GLUT4（グルコース輸送体4）の転送を通じて骨格筋のグルコース取り込みを増加させます。最近、AMPKの活性化がGLUT4の転送に必要かどうかについて多くの研究が行われていますが、得られた結果は一貫していません。したがって、AMPKがGLUTに与える影響に関する多くの研究が今後必要です。

結論

AMPKは、体のエネルギー代謝のスイッチとして、主に体内のAMP: ATP比の変化によって調節され、これは体の敏感なエネルギー調節メカニズムの1つです。AMPKのγサブユニットの構造研究の進展に伴い、AMPがAMPKに結合する具体的なメカニズムが明確になってきました。LKB1は、最近の研究によって決定されたAMPKの上流シグナルであり、腫瘍抑制因子でもあります。AMPKが細胞の極性、細胞成長、分化に関連している可能性が示唆されています。AMPKによる細胞内タンパク質発現の調節は、近年になって初めて注目されましたが、その発展は非常に速いです。AMPKは遺伝子発現を調節し、mRNAの安定性に影響を与え、タンパク質発現を抑制できることがわかっています。AMPKの研究はより深い分野に進んでおり、もはや単なる細胞エネルギースイッチではなくなっています。細胞タンパク質代謝の調節、体の全体的なエネルギー代謝、細胞の成長と分化における役割は、AMPKが体の多くの生命プロセスに関与していることを示唆しています。

参考文献：

1. Stapleton D; et al. 哺乳類AMP活性化プロテインキナーゼサブファミリー。J Biol Chem.、1996;271(2):611-4.

1. AMP directly acts on AMPK, and allosteric activates AMPK. A large number of such allosteric adjustments can increase AMPK activity by less than 5 times.
2. The combination of AMP and AMPK makes it a good substrate for its upstream kinases. Its upstream kinase specifically activates AMPK by phosphorylating 172 threonine residues of the α subunit of AMPK, and then activates other protein kinases. This phosphorylation causes at least a 50 to 100-fold change in AMPK activity. Studies have found that when the corresponding threonine residues of yeast are changed, they cause the loss of all functions, and it is certain that this regulation is conserved in all eukaryotic cell organisms.
3. AMP and AMPK binding inhibit the threonine residue at position 172 of the α subunit by protein kinase dephosphorylation. This regulatory effect is already present in higher plants. Intracellular AMP regulates the activity of AMPK through three different pathways. It is an ultra-sensitive method. When the AMP concentration changes very slightly, it can cause great changes in AMPK activity.