ほとんどの種、特にSchizosaccharomyces cerevisiaeを含む、Cdc2/cyclin B有糸分裂誘導キナーゼは、Cdc2 ATP結合領域のチロシン残基のリン酸化により間期中に抑制されたままです。この部位はWee1キナーゼによってリン酸化され、Cdc25ホスファターゼによって脱リン酸化されます。分裂酵母では、G2/M制御のNim1/Cdr1キナーゼの別の要素が効果的な有糸分裂誘導因子として特定されています。これらの研究は、Nim1がWee1を抑制することによって機能することを示唆しており、おそらく直接リン酸化によって行われます。このモデルと一致して、Nim1を過剰発現する細胞ではWee1が過リン酸化されていることを報告します。同様に、nim1細胞ではWem1のリン酸化が減少しました。高度に精製されたNim1キナーゼはin vitroでWee1をリン酸化し、これによりWee1キナーゼを強く抑制します。これらの観察結果は、Nim1がWee1を抑制することによって有糸分裂の開始を促進することを示しています。

導入

真核生物におけるG2-M相遷移は、一連の独自のタンパク質キナーゼとホスファターゼの相乗的かつ反対の活動によって調節されています。このカスケードは、有糸分裂に入るために必要なセリン/スレオニンタンパク質キナーゼであるCdc2に収束します。Schizosaccharomyces pombeでは、Cdc2/cyclin B複合体の不活性化はWee1によるチロシン15のリン酸化によって達成されます。Wee1キナーゼの役割は、Cdc2のチロシン15のリン酸化を脱リン酸化し、Cdc2/cyclin B複合体を活性化するCdc25ホスファターゼの役割とは反対です。cdc25およびwee1の上流の調節信号についてはほとんど知られていません。遺伝学的には、有糸分裂誘導因子nim1/cdr1がwee1の上流で作用し、wee1の負の調節因子である可能性が示唆されています。

Wee1

Wee1はS. pombeのタンパク質キナーゼSer/Thrファミリーに属する核内キナーゼです。分子量は96 kDaで、Wee1は細胞周期の進行の重要な調節因子です。Wee1はCdk1を抑制することによって細胞が有糸分裂に入るのを妨げ、これが細胞の大きさに影響を与えます。Wee1は哺乳類を含む多くの他の生物にもホモログを持っています。細胞の大きさの調節は、細胞機能を確保するために不可欠です。栄養、成長因子、機能的負荷などの環境要因に加えて、細胞の大きさは細胞サイズチェックポイントによっても制御されています。Wee1はこのチェックポイントの一部です。有糸分裂に入る時点を決定するキナーゼであり、これが娘細胞の大きさに影響を与えます。細胞分裂が早すぎると、Wee1機能の喪失により、通常の娘細胞よりも小さい細胞が生成されます。その名前はスコットランドの方言の「wee」に由来し、小さいという意味です。発見者のポール・ナースは、発見当時スコットランドのエディンバラ大学で働いていました。

図1. Wee1のタンパク質構造。

機能

G2/Mチェックポイント: Wee1はCdk1のアミノ酸Tyr15およびThr14をリン酸化し、これによりCdk1のキナーゼ活性を低下させ、有糸分裂に入るのを防ぎます。Schizosaccharomyces pombeでは、さらなる細胞成長が起こる可能性があります。Wee1によるCdk1の不活性化は基質競争の結果であることが示されています。有糸分裂への進入中、Wee1の活性は複数の調節因子によって低下し、Cdk1の活性が増加します。Schizosaccharomyces pombeでは、タンパク質キナーゼであるPom1が細胞極に位置しています。これにより、Cdr2がCdr1を介してWee1を抑制する経路が活性化されます。Cdk1自体はリン酸化を通じてWee1を負に調節し、正のフィードバックループを引き起こします。Wee1の活性が低下するだけでは有糸分裂に入るには不十分であり、サイクリンの合成とCdk活性化キナーゼ（CAK）によるリン酸化も必要です。

細胞サイズチェックポイント: 小さい細胞が有糸分裂に入るのを防ぐ細胞サイズチェックポイントの証拠があります。Wee1は細胞サイズと細胞周期の進行を調整することによってこのチェックポイントで役割を果たします。

DNA損傷チェックポイント: このチェックポイントもG2/M遷移を制御します。Schizosaccharomyces pombeでは、このチェックポイントはγ線によって引き起こされるDNA損傷を持つ細胞の有糸分裂への進入を遅延させます。G2相の延長はWee1に依存しており、wee1変異体はγ線照射後にG2相が延長されません。

参考文献:

1. Parker, L. L; et al. Phosphorylation and inactivation of the mitotic inhibitor Weel by the nim1/cdr1 kinase. Nature, 363(6431), 736–738.