NAKファミリー

NAKキナーゼは、ナムブ関連キナーゼ（numb-associated kinase）とも呼ばれます。非対称細胞分裂の際、膜結合型Numbタンパク質は有糸分裂前駆細胞の三日月状の領域に局在し、主に2つの娘細胞のうちの1つに分配されます。私たちは、Numbのホスホチロシン結合（PTB）ドメイン、Shc、およびインスリン受容体基質のPTBと物理的に相互作用する推定セリン/スレオニンキナーゼであるNumb関連キナーゼ（Nak）を同定しました。このドメインはNPXYモチーフに結合しますが、Numb PTBドメインと相互作用するNak領域にはこのモチーフは存在しません。私たちは、Numb PTBドメインはShc PTBドメインとは異なり、タイプIIアミノ酸のペプチドを介してNakと相互作用することを発見しました。これは新規かつ特異的なタンパク質間相互作用を示唆しています。感覚器官でNakを過剰発現させると、非対称細胞分裂の2つの娘細胞が同じ細胞運命を採用します。この変化はnumb欠損表現型と類似しており、Numb過剰発現による細胞運命変換とは逆です。細胞運命変換の頻度はnumb遺伝子量に敏感であり、これは物理的相互作用から予想されることです。

Numbタンパク質

プロテインナムブホモログは、NUMB遺伝子によってコードされるヒトタンパク質です。この遺伝子によってコードされるタンパク質は、発生過程における細胞運命の決定に関与します。MDM2がプロテアソーム依存的にその分解を誘導することが知られているコードタンパク質は、膜結合型タンパク質であり、EPS15、LNX1、NOTCH1と関連していることが示されています。この遺伝子には、異なるアイソフォームをコードする4つの転写バリアントが見つかっています。Numbタンパク質はNUMB遺伝子によってコードされており、そのメカニズムは進化的に保存されているようです。Numbは無脊椎動物および哺乳類で広く研究されていますが、その機能はショウジョウバエで最もよく理解されています。Numbは発生過程における非対称細胞分裂で重要な役割を果たし、それによって中枢神経系と末梢神経系の細胞運命を異ならせます。神経新生の際、Numbは母細胞の一方の側に局在し、選択的に一方の娘細胞に分配されます。この非対称分裂により、Numbを含む娘細胞は他の娘細胞とは異なる運命を持つことになります。

Protein structure of Numb protein. 図1. Numbタンパク質の構造。

細胞移動における役割

神経前駆細胞はまず過形成領域で産生され、その後標的部位へ移動し、そこで成熟して機能的なニューロンとなります。ショウジョウバエの研究で、Numbが変異体でグリア細胞の軸索沿いの移動に欠陥を示すことから、細胞移動に関与することが最初に示されました。その後、Numbが走化性シグナル受容体に結合して足場を形成し、非典型PKC（aPKC）を受容体複合体にリクルートするメカニズムが発見されました。aPKCが活性化されると、Numbをリン酸化し、フィードフォワード応答を促進し、Numb走化性受容体の結合を強化し、その後エンドソーム複合体を形成します。エンドサイトーシスは、ケモカイン受容体を細胞前方に再配置し、受容体活性化に応じた受容体媒介指向性移動を促進します。

ユビキチン化経路によるNotchシグナル伝達の抑制

Numbは、Notchシグナル活性を拮抗することで細胞運命決定における機能的役割を果たします。この関係の分子メカニズムは、膜結合型Notch1受容体のユビキチン化に依存しているようです。これを証明するために、NumbのNotch1に対する一般化能力は、Notch1シグナル活性の機能的抑制と直接関係していました。ユビキチン化経路は、特定のタンパク質に直接ラベルを付けてプロテアソーム分解へと導くことでタンパク質の回収を指示します。多段階プロセスを経て、遊離ユビキチンはまず活性化酵素（E1）に結合し、次に結合酵素（E2）に移され、リガーゼ（E3）と結合します。E3はアダプターとして機能し、ユビキチンを特定のタンパク質基質に選択的に移します。Numbの発現は、そのホスホチロシン結合ドメインがE3ユビキチンリガーゼItchと相互作用することで、膜Notch1受容体を選択的にユビキチン化することが判明しました。NumbとItchは協調して、活性化前の全長膜結合型Notch受容体のユビキチン化を促進します。しかし、Numbは受容体活性化後のNICD切断産物の分解のみを促進し、それをプロテアソーム分解へと標的化し、核への移行を防ぎます。

参考文献:

Dho SE; et al. 4種類の哺乳類Numbタンパク質アイソフォームの特徴付け。ホスホチロシン結合ドメインの細胞質型および膜結合型バリアントの同定。J. Biol. Chem. 1999, 274 (46): 33097–104.