Haspinは、ヒストンH3のThr-3の有糸分裂時リン酸化を担う、核および染色体関連のセリン/スレオニン（S/T）キナーゼです。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持ちますが、その配列は大きく異なっており、その構造的な組織は非常に興味深いものです。私たちはヒトHaspinキナーゼドメインの2.15Å結晶構造を報告します。HaspinのePKフォールドには一連の挿入および欠失が含まれています。この構造は、Haspinが他の多くのキナーゼの古典的な活性化機構をどのように回避しているかを示しています。保存されたグルタミン酸を持つαCヘリックスは触媒作用に不可欠であり、キナーゼのリーフレット内で最終的な活性型コンフォメーションをとります。これはキナーゼドメインの前方にあるαヘリックス挿入部と、前例のないコンフォメーションの活性化フラグメントの間に挟まれています。リン酸化残基を持たない活性化フラグメントは、構造的に異常なαEFヘリックス上に積み重なっています。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いくつかの残基を含む広いプラットフォームを形成しています。全体として、Haspinキナーゼドメインの構造は、外部調節因子がなくても基質認識およびリン酸化に利用できる活性型コンフォメーションを明らかにしています。

導入

Haspin（単相生殖細胞特異的核プロテインキナーゼ）は、単相生殖細胞の細胞周期の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ます。さらに、Haspin mRNAは二倍体細胞株や組織でも検出されます。ここで、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、そしてC. elegansの拡張グループを含む、いくつかの主要な真核生物で同定されています。Haspin様タンパク質は、完全ながらも多様な真核生物プロテインキナーゼドメイン配列を持っています。明らかに互いに、また他の真核生物プロテインキナーゼと関連していますが、Haspin関連タンパク質は、既知のキナーゼでほとんど変化しない残基のサブセットの保存性がなく、独自の挿入領域を持っています。実際、系統解析により、Haspin様タンパク質は、これまでに定義されたものとは異なる新しい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ます。モデル生物で関連タンパク質が同定されたことは、その機能的特性に関する予備的な洞察を提供し、哺乳類細胞におけるHaspinタンパク質の機能を決定するための新たな実験的アプローチをもたらします。ヒトゲノムにはいくつかの非典型的なキナーゼが存在します。非典型的キナーゼはePKファミリーと相同であり、したがって二葉型ePKフォールドをとる可能性がありますが、少なくとも1つの保存された触媒残基を欠いているため、酵素として不活性であるか、またはその活性化機構が典型的なキナーゼとは大きく異なる可能性があります。Haspin/Gsg2（単相細胞特異的核プロテインキナーゼ/生殖細胞特異的遺伝子2）は、ePKプロファイルとの類似性が弱い非典型的キナーゼです。Haspinファミリーキナーゼは類似したドメイン構造を持っています。キナーゼドメインは分子のC末端部分を占めており、低複雑性で、部分的に折りたたまれていないN末端領域を持つ可能性があり、ファミリー内の配列同一性を低下させています。Haspinは核タンパク質であり、染色体に関連し、ミトコンドリア内でヒストンH3（P-Thr-3H3）スレオニン3を優先的にリン酸化します。最近、この修飾は有糸分裂過程の主要な調節因子であるAurora Bキナーゼの活性化と関連付けられていますが、以前の研究ではHaspinとAurora B活性との間に説得力のある関係を確立できませんでした。Haspinの有糸分裂効果と一致して、RNAiノックアウトは細胞凝集、染色体のコヒージョンおよび整列の問題、転移を引き起こします。

結論

Haspinの非典型的キナーゼドメインの構造は、前例のない活性化機構を明らかにしています。活性化リングのリン酸化がなくても、広範な疎水性相互作用がαCヘリックスおよび活性化部位の触媒的に適合したコンフォメーションを与えており、Haspinが恒常的に活性なキナーゼであることを示唆しています。少なくとも4つの重要な自己リン酸化部位を除去した後でもHaspinは活性を保っており、したがってリン酸化によって制御される可能性は低いと考えられます。Haspinのアミノ末端領域（1-450）は低複雑性配列であり、安定した球状ドメインに折りたたまれる可能性は低いです。Haspin N末端ドメインの特定の配列は、最近別の非典型的キナーゼであるスピンドルチェックポイントキナーゼBub1について記載されたものと同様の方法で、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ります。

参考文献:

1. Villa, F; et al. クロマチン構造の調節に関与する非典型キナーゼであるHaspinの触媒ドメインの結晶構造。アメリカ合衆国科学アカデミー紀要, 2009, 106(48):20204-20209.