カゼインキナーゼ1（CK1）ファミリーのセリン/スレオニンタンパク質キナーゼは、組織細胞における複数の生理的および病理的プロセスの調節に関与し、さまざまなシグナル伝達経路を通じて生命の秩序ある進行を調整します。ヘッジホッグ（Hh）、ヒッポ、Wnt/β-カテニン経路は、CK1が細胞の成長と増殖、胚発生、エネルギー代謝、サーカディアンリズムおよびその他の生命活動を調節するための主要なシグナル経路です。研究により、CK1のメンバーはWnt、Hhおよび他の経路の上流シグナルの調節に重要な役割を果たし、特にシグナル経路における酵素活性の調節において重要な役割を果たすことが確認されています。CK1ファミリーのメンバーは多くの細胞で高い発現を示します。同時に、彼らはさまざまなシグナル経路を調節し、体のさまざまな生命活動を秩序あるものにします。

図1. CK1のタンパク質構造。

カゼインキナーゼ1ファミリー

CK1ファミリーのセリン-スレオニンタンパク質キナーゼは、酵母から人間までの真核生物に存在することがわかっています。哺乳類には7つのファミリーメンバー（時にはアイソフォームと呼ばれますが、異なる遺伝子によってコードされています）：α、β1、γ1、γ2、γ3、δ、およびεがあります。22から55 kDaの範囲の異性体が真核生物の膜、核、細胞質、および哺乳類細胞の有糸分裂紡錘体で同定されています。これらのファミリーメンバーは、キナーゼドメインにおいて最も高い相同性を持ち（53% –98%同一）、キナーゼドメインVIIIにおいてA-P-Eの代わりにS-I-Nの配列が存在することで他のほとんどのタンパク質キナーゼと異なります。このファミリーメンバーは、in vitroで類似の基質特異性を持つように見え、基質選択はin vivoで細胞内局在と特定の基質におけるドッキングサイトを通じて調節されると考えられています。共通のリン酸化部位はS/Tp-XXS/Tであり、ここでS/Tpはリン酸化セリンまたはリン酸化スレオニンを表し、Xは任意のアミノ酸を表し、下線付きの残基はターゲットサイトを表します。したがって、このCKIコンセンサスサイトは別のキナーゼによってトリガーされる必要があります。CKIはまた、理想的にはターゲットS/TのN末端に酸性アミノ酸クラスターを含む関連する未プライミングサイトをリン酸化します。ターゲットS/TのC末端には疎水性領域が含まれています。位置n-3の単一の酸性残基はCKIリン酸化を達成するには不十分です。対照的に、いくつかの重要なターゲットの中で、NF-ATおよびβ-カテニンにおいて、CKIはn-3の開始を必要とせず、リン酸化配列SLSの最初のセリンが続き、酸性残基のクラスターが続きますが、最良の位置では効率が低いです。

Wnt / β-カテニンシグナル経路

Wnt/β-カテニンシグナル経路におけるCK1の重要性は、1990年代後半に初めて報告されました。CK1eは分離され、クローン化され、ゼノパスで遺伝子が発現されました。ゼノパスはその後、二次胚軸に分化するために使用されました。CK1が経路において正の調節的役割を果たすことが確認されました。その後、CK1のメンバーがWnt/β-カテニンシグナル経路の調節に積極的に関与していることが発見され、同時に、彼らがシグナル経路において負の調節的役割を果たす可能性があることがわかりました。CK1によるリン酸化はWnt/β-カテニンシグナルの複数のステップで発生し、異なるCK1サブユニットがWntシグナルに対して異なる調節効果を発揮します。過剰発現実験では、CK1a、CKd、CKeなどのCK1サブユニットが哺乳類細胞内の内因性Axinタンパク質複合体に結合し、β-カテニンの「破壊複合体」の一部を形成することがわかりました。その中で、CK1aは主に残基228231との結合を通じてβ-カテニンのリン酸化と分解を開始する役割を担っています。「破壊複合体」の中で。Wntが存在しない場合、CK1はβ-カテニン遺伝子サイトT41およびS37の連続リン酸化を引き起こすことができ、β-カテニン遺伝子サイトS45およびGSK3遺伝子サイトS33のリン酸化を通じて行います。CK1が機能しない哺乳類細胞、ショウジョウバエ、マウス、およびCK1aノックアウトマウスでは、CK1aがβ-カテニンのリン酸化を通じてWntシグナル経路を負に調節することが示されています。

図2. Wnt8のタンパク質構造。

Hhシグナル古典的経路

Hhシグナル受容体複合体は、主に12の膜貫通受容体パッチド（Ptc）とHhで構成され、7つの膜貫通タンパク質スムースエンド（Smo）はHhシグナルにおける重要なシグナル伝達分子です。Hhシグナルが存在しないとき、Ptch1は何らかのメカニズムを通じてGタンパク質共役受容体（GPCR）およびシグナル伝達分子Smoの活性を抑制することができます。Hhシグナルが受容体PtcIhogと結合すると、PtcによるSmoの抑制が減少し、エンベロープの集積を促進し、Smoの細胞質C末端を明らかにし、CK1、プロテインキナーゼA（PKA）、およびGPCRキナーゼ2などのさまざまなキナーゼがSmoのリン酸化と活性化に関与し、同時にSmoを介した転写因子（Ci）/Gli亜鉛フィンガー構造の活性化を促進し、Hhターゲット遺伝子の発現を誘導します。Smoシグナル伝達分子の活性は、そのリン酸化レベルに密接に関連しています。これまでに同定されたキナーゼの中で、CK1とPKA、特にCK1は、Smoペプチド鎖のC末端セリン残基のリン酸化において重要な役割を果たします。

結論

CK1はさまざまなシグナル経路を通じて生体の複数の活動の調節に関与し、さまざまなシグナルと共に体の秩序ある動きを維持します。現在、CK1に関する研究はさらに深まっています。上記のシグナル経路に加えて、CK1はタンパク質P469674と相互作用して、体の代謝、サーカディアンリズム、および成長を調節する上流/下流のタンパク質調節ネットワークを形成する可能性があります。関与するタンパク質には、DVL、β-カテニン遺伝子配列、APC、β-TrCP遺伝子、PER（ペリオド）、CRYY（クリプトクローム）などが含まれることが期待されています。要約すると、高度に保存されたCK1ファミリーのメンバーは、DNAの増殖、処理および修復、細胞骨格の動態、ベシクル輸送、アポトーシス、および細胞分化を含む多くの細胞において重要な調節的役割を果たします。CK1の異なる経路に対する調節効果とそのメカニズムは、さまざまな疾患の治療に新しいアイデアを提供するためにさらに探求される必要があります。

参考文献

1. Bingham EW; et al. Casein kinase from the Golgi apparatus of lactating mammary gland. The Journal of Biological Chemistry. 1974, 249 (11): 3647–51.