Haspinは、ヒストンH3のThr-3の有糸分裂期リン酸化を担う、核内および染色体関連のセリン／スレオニン（S/T）キナーゼである。Haspinは真核生物プロテインキナーゼ（ePK）フォールドと認識可能な類似性を有する一方で、配列は大きく異なるため、その構造的構成は極めて興味深い。本報告では、ヒトHaspinキナーゼドメインの2.15 Å分解能の結晶構造を提示する。HaspinのePKフォールドには一連の挿入および欠失が含まれる。本構造は、Haspinが多くの他のキナーゼに共通する古典的な活性化機構をいかに回避しているかを示している。保存性のあるグルタミン酸を含むαCヘリックスは触媒活性に必須であり、キナーゼの二葉構造内で最終的な活性型コンフォメーションをとる。これは、キナーゼドメイン前方のαヘリックス挿入部と、前例のないコンフォメーションをとる活性化フラグメントとの間に挟まれている。リン酸化残基を欠く活性化フラグメントは、構造的に異常なαEFヘリックス上に積層している。折りたたまれたコアから顕著に突出し、基質結合に関連する複数の残基を含む広いプラットフォームを形成する。総じて、Haspinキナーゼドメインの構造は、外因性調節因子が存在しない条件下でも基質認識およびリン酸化に利用可能な活性型コンフォメーションを明らかにする。

序論

Haspin（haploid germ cell-specific nuclear protein kinase）は、半数体生殖細胞の細胞周期停止および分化に関与する可能性のあるセリン／スレオニンキナーゼであることが報告されている。さらに、Haspin mRNAは二倍体細胞株および組織においても検出される。Haspin様タンパク質は、酵母、植物、ショウジョウバエ、魚類、哺乳類、ならびにC. elegansの拡大グループを含む複数の主要な真核生物で同定されている。Haspin様タンパク質は、完全ではあるが分岐した真核生物プロテインキナーゼドメイン配列を有する。相互に、また他の真核生物プロテインキナーゼと明確に関連しているにもかかわらず、Haspin関連タンパク質は、既知のキナーゼでほぼ不変とされる残基サブセットの保存性を欠き、固有の挿入領域を有する。実際、系統解析により、Haspin様タンパク質は従来定義されたものとは異なる新規の真核生物プロテインキナーゼファミリーを形成することが示されている。モデル生物における関連タンパク質の同定は、その機能特性に関する予備的知見を提供し、哺乳類細胞におけるHaspinタンパク質の機能解明に向けた新たな実験的アプローチをもたらす。ヒトゲノムには複数の非典型キナーゼが存在する。非典型キナーゼはePKファミリーと相同性を有し、したがって二葉性のePKフォールドをとり得るが、少なくとも1つの保存的触媒残基を欠くため酵素として不活性である可能性がある、または典型的キナーゼとは大きく異なる活性化機構を有する可能性がある。Haspin/Gsg2（haploid cell-specific nuclear protein kinase／germ cell-specific gene 2）は、ePKプロファイルとの類似性が弱い非典型キナーゼである。Haspinファミリーキナーゼは類似したドメイン構造を有する。キナーゼドメインは分子のC末端側に位置し、低複雑性領域を伴い、部分的に非折りたたみのN末端領域を有する可能性があるため、ファミリー内の配列同一性は低い。Haspinは核内タンパク質であり、染色体に関連して存在し、主としてヒストンH3のスレオニン3（P-Thr-3H3）をリン酸化する。近年、この修飾は有糸分裂過程の主要な制御因子であるAurora Bキナーゼの活性化と関連付けられているが、先行研究ではHaspinとAurora B活性との間に説得力のある関係を確立できていない。Haspinの有糸分裂への影響と整合して、RNAiによるノックダウンは細胞凝集、染色体の結合および整列の異常、ならびに転移を引き起こす。

結論

Haspinの非典型キナーゼドメイン構造は、前例のない活性化機構を明らかにする。活性化ループのリン酸化が存在しない条件下でも、広範な疎水性相互作用によりαCヘリックスおよび活性化モチーフが触媒的に適合したコンフォメーションをとることから、Haspinは構成的に活性なキナーゼであることが示唆される。少なくとも4つの主要な自己リン酸化部位を除去した後もHaspinは活性を保持するため、リン酸化によって制御される可能性は低い。Haspinのアミノ末端領域（1–450）は低複雑性配列であり、安定な球状ドメインへ折りたたまれる可能性は低い。HaspinのN末端ドメインに存在する特定配列は、別の非典型キナーゼである紡錘体チェックポイントキナーゼBub1について近年記載された機構と同様に、キナーゼドメインの基質へのアクセスを調節する可能性がある。

参考文献：

1. Villa, F; et al. Crystal structure of the catalytic domain of Haspin, an atypical kinase implicated in chromatin organization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(48):20204-20209.