サイクリン依存性キナーゼ（CDK）ファミリー

CDK（サイクリン依存性キナーゼ）は、細胞周期過程に対応するSer/Thrキナーゼ系の一群です。さまざまなCDKは細胞周期の各段階に沿って交互に活性化され、対応する基質をリン酸化することで、細胞周期イベントが秩序正しく進行することを可能にします。サイクリン依存性プロテインキナーゼは、セリン／スレオニンプロテインキナーゼのグループです。CDKはセリン／スレオニンタンパク質への化学的作用を通じて細胞周期を駆動します。サイクリンと協調して、細胞周期の調節に関与しています。重要な要素です。CDKはサイクリンと結合してヘテロダイマーを形成することができ、CDKが触媒サブユニット、サイクリンが調節サブユニットとなり、異なるサイクリン-CDK複合体がCDK活性を介して異なる基質のリン酸化を触媒し、異なる細胞周期段階の進行と変換を実現します。CDKの活性は、その正の調節サブユニットであるサイクリンの逐次的な発現と、負の調節サブユニットであるCKI（サイクリン依存性キナーゼ阻害因子）の濃度に依存します。同時に、CDK活性はリン酸化および脱リン酸化、さらには癌遺伝子や腫瘍抑制遺伝子によっても調節されます。

構造

異なるCDK分子構造には、類似したキナーゼドメインが存在します。この領域には保存された配列、すなわちPSTAIRE（プロスペリスイソプロピルイソロイシンバレー）があり、これはキナーゼがサイクリンと結合するのを媒介する領域です。CDKはサイクリンと結合したときのみキナーゼ活性を持ち、これをサイクリン依存性キナーゼと呼びます。Cdc2が最初に発見され、他のいくつかのCDKキナーゼが比較によって得られたため、Cdc2キナーゼはCDK1と命名されました。Cdksには三つの重要な機能領域があります。第一の機能ドメインはATPの結合部位および酵素の活性部位、第二の機能ドメインは調節サブユニット（サイクリン）の結合部位、第三の機能ドメインはP13suc1の結合部位（P13suc1はキナーゼ活性を阻害し、細胞がM期に入るまたは出るのを防ぐことができます）です。さまざまなCdkは細胞周期の特定の時期に活性化され、基質のリン酸化を通じて細胞を細胞周期に導きます。

機能

活性化されたCDK1は標的タンパク質をリン酸化し、対応する生理的効果を生じさせます。例えば、核ラミンタンパク質のリン酸化は核線維の解体、核膜の消失を引き起こし、H1のリン酸化は染色体の凝縮をもたらします。これらの効果の総合的な結果として、細胞周期は連続的に進行します。したがって、CDKキナーゼおよびその調節因子は細胞周期エンジンとも呼ばれます。

作用ステップ

CyclinBは一般的にG1後期から合成が始まり、S期を経てG2期に達するとCyclinBの量が一定レベルに達し、核内に入りCDK1と結合してCDK1キナーゼ活性が現れ始めます。CDK1の活性はCyclinBの量と密接に関連しています。CDK1の活性化は核ラミニンのリン酸化、核ラミナ層の脱重合、核膜の解体、ヒストンH1のリン酸化、クロマチンの凝集、核小体のリン酸化、核小体の解体、微小管の結合を引き起こします。微小管は再配列され、有糸分裂が形成されます。細胞がM期を抜けると、CyclinBは分解され、キナーゼは不活性化され、さまざまな基質が脱リン酸化され、染色体の凝集、核膜・核小体の再構築が促進され、細胞はG1期に導かれます。

参考文献:

1. Satyanarayana A; 他。哺乳類の細胞周期制御：複数のCdk、数多くのサイクリン、および多様な代償機構。Oncogene.Endocrine Reviews. 2009年、28巻（33号）：2925–39。