Bud32、別名p53関連プロテインキナーゼ（PRPK）は、piD261ファミリーに属するセリン/スレオニンプロテインキナーゼの一種です。PRPK遺伝子は、ヒトインターロイキン-2媒介性細胞傷害性T細胞から最初にクローニングされ、その後、アフリカツメガエル、ラット、チンパンジー、マカクザル、ヒョウダイゼブラフィッシュでもこの遺伝子の存在が確認されています。RT-PCR解析により、精巣やAsPC-1、PANC-1、MIA PaCa-2などの各種がん細胞株、活性化mLT陽性細胞傷害性T細胞で高いPRPK発現が検出されましたが、心臓、腎臓、脾臓では発現が低いことが示されました。Saccharomyces cerevisiaeのpiD261/Bud32はpiD261ファミリーの別のメンバーであり、ヒトPRPKと64%の類似性を持ちます。piD261ファミリーは好酸球/スレオニンプロテインキナーゼに属し、piD261/Bud32およびPRPKは典型的なセリン/スレオニンプロテインキナーゼとは構造的に異なります。典型的なプロテインキナーゼの触媒ドメインは300～350アミノ酸残基からなり、12のモチーフに分かれ、塩基性およびプロリンアミノ酸残基を特異的に認識します。piD261/Bud32およびPRPKは、モチーフGXGXXG、AMK RDLXXXN、APEの変異およびXIモチーフの欠失により、プロテアーゼの機能が部分的に失われます。in vitro実験では、piD261/Bud32はカゼインをリン酸化できますが、ヒストンなどの塩基性タンパク質は認識できません。PRPKの過剰発現は、piD261/Bud32遺伝子欠失を部分的に補完し、Saccharomyces cerevisiae細胞の表現型変化を減少させ、安定性が低下します。これらのことから、piD261/Bud32とPRPKは機能的に保存されていることがわかります。

p53遺伝子

p53遺伝子はヒトの腫瘍抑制遺伝子です。この遺伝子は分子量43.7KDaのタンパク質をコードしていますが、マーカーで示されるタンパク質バンドが53KDaに現れるため、P53と名付けられました。タンパク質にプロリンが多く含まれているため、電気泳動速度が遅くなります。p53遺伝子の不活性化は腫瘍形成に重要な役割を果たします。mdm2変異はP53変異と共存しません。p53は重要な抗がん遺伝子であり、その野生型はがん細胞をアポトーシスに導き、がん遺伝子を防ぎます。また、細胞が遺伝子の欠陥を修復するのを助ける機能も持っています。p53の変異はがん遺伝子を増加させます。

図1. p53のタンパク質構造。

概要

p53は腫瘍抑制遺伝子です。この遺伝子の変異は全悪性腫瘍の50%以上で発生します。この遺伝子がコードするタンパク質は、細胞周期の開始を制御する転写因子です。細胞の健康状態に関する多くのシグナルがp53タンパク質に送られます。細胞分裂を開始するかどうかはこのタンパク質によって決定されます。細胞が損傷し修復できない場合、p53タンパク質は開始過程に関与し、アポトーシス中に細胞死を引き起こします。P53欠損細胞はこの制御を持たず、不利な条件下でも分裂を続けます。他のすべての腫瘍抑制因子と同様に、p53遺伝子は通常、細胞分裂を遅らせたり監視したりします。細胞のがん化を抑制する「p53」遺伝子はDNA変異の程度を決定します。変異が小さい場合、この遺伝子は細胞の自己修復を促進します。DNA変異が大きい場合、「p53」はアポトーシスを誘導します。

機能

P53タンパク質のDNA結合および転写活性化は、細胞増殖調節への関与も示唆しています。フローサイトメトリーを用いて個々の細胞の細胞周期におけるP53の発現を測定したところ、活性化リンパ球は非活性化細胞よりも多くのP53発現を示し、G1期からS期、G2、M期へと進むにつれて増加することがわかりました。これは、P53発現と細胞増殖の相関が、細胞周期への進入や特定の周期時点よりも高いことを示唆しています。アンチセンスP53RNAをコードするプラスミドでトランスフェクションした非形質転換細胞は、細胞増殖が完全に停止します。P53抗体注入は、増殖サイクルの静止細胞に作用し、細胞がS期に入るのを阻害します。これは、P53がGo/G1-S変換に必要である可能性を示唆しますが、P53抗体は分裂からS期に進む細胞には影響しません。G1細胞に抑制効果を持つ酪酸ナトリウムもP53合成を抑制します。これらの結果は、P53による細胞増殖の調節は少なくともG0-G1、またはG1-Sから現れることを示唆しますが、その作用機序はまだ明らかにされていません。P53タンパク質はCipt遺伝子発現を調節することで細胞増殖を制御できます。すなわち、P53タンパク質はCipt遺伝子を刺激し、分子量21KDのタンパク質を産生させます。このタンパク質は、細胞周期を通じて細胞が有糸分裂に入るのを促進する特定の酵素活性を効果的に阻害し、細胞増殖を抑制します。さらに、P53の抑制効果は細胞増殖核抗原株の発現低下を伴います。細胞増殖核抗原は細胞DNA複製に関与しています。したがって、P53は細胞遺伝子やDNA複製に関連する遺伝子産物を抑制することで役割を果たしている可能性があります。

図2. 生体活性ホモ四量体に見られる4つのp53 DNA結合ドメインの結晶構造で、7つのドメインを持つ。

参考文献:

1. Toufektchan, E; et al. ゲノムの守護者再考：P53はテロメア維持、DNA修復、セントロメア構造に必要な遺伝子をダウンレギュレートする。Cancers. 2018, 10 (5): 135.