分裂酵母（Schizosaccharomyces cerevisiae を含む）をはじめとする多くの種において、Cdc2/サイクリンBからなる有糸分裂誘導キナーゼは、Cdc2のATP結合領域に存在するチロシン残基のリン酸化により、間期の間は不活性化された状態に維持される。この部位はWee1キナーゼによりリン酸化され、Cdc25ホスファターゼにより脱リン酸化される。分裂酵母では、G2/M制御下にあるNim1/Cdr1キナーゼの別要素が、有効な有糸分裂誘導因子として同定されている。これらの研究は、Nim1がWee1を阻害することにより作用し、おそらく直接リン酸化による可能性を示唆している。このモデルと整合して、Nim1を過剰産生する細胞ではWee1が過リン酸化されることを本報で示す。同様に、nim1細胞ではWee1のリン酸化が低下していた。高度に精製したNim1キナーゼはin vitroでWee1をリン酸化し、その結果Wee1キナーゼ活性を強力に阻害した。これらの所見は、Nim1がWee1を阻害することにより有糸分裂開始を促進することを示している。

序論

真核生物におけるG2-M期移行は、一連の特異的なプロテインキナーゼおよびホスファターゼの協調的かつ拮抗的な活性によって制御される。このカスケードは、有糸分裂への進入に必須のセリン／スレオニンプロテインキナーゼであるCdc2に収束する。Schizosaccharomyces pombeでは、Cdc2/サイクリン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る。Wee1キナーゼの役割は、チロシン15上のCdc2リン酸を脱リン酸化してCdc2/サイクリンB複合体を活性化するCdc25ホスファターゼの役割と拮抗する。cdc25およびwee1の上流に位置する制御シグナルについては、ほとんど明らかになっていない。遺伝学的解析から、有糸分裂誘導因子nim1/cdr1はwee1の上流で作用し、wee1の負の制御因子である可能性が示唆されている。

Wee1

Wee1は、S. pombeにおけるプロテインキナーゼSer/Thrファミリーに属する核内キナーゼである。分子量96 kDaのWee1は、細胞周期進行の主要な制御因子である。Wee1はCdk1を阻害することにより細胞の有糸分裂進入を抑制し、結果として細胞サイズに影響を及ぼす。Wee1は哺乳類を含む多くの生物に相同体を有する。細胞サイズの制御は細胞機能を担保する上で不可欠である。栄養、増殖因子、機能負荷といった環境要因に加え、細胞サイズは細胞サイズチェックポイントによっても制御される。Wee1はこのチェックポイントの構成要素である。すなわち、有糸分裂へ進入する時点を規定するキナーゼであり、娘細胞のサイズに影響する。Wee1機能の喪失は細胞分裂が早期に起こるため、通常より小さい娘細胞を生じる。その名称は「小さい」を意味するスコットランド方言のweeに由来し、発見者のPaul Nurseは発見当時、スコットランドのエディンバラ大学に在籍していた。

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て有糸分裂への進入を阻止する；Schizosaccharomyces pombeでは、その間にさらなる細胞成長が起こり得る。Wee1によるCdk1不活性化は、基質競合の結果であることが示されている。有糸分裂進入時には、複数の制御因子によりWee1活性が低下し、その結果Cdk1活性が上昇する。Schizosaccharomyces pombeでは、プロテインキナーゼPom1が細胞極に局在する。これにより、Cdr1を介してCdr2がWee1を阻害する経路が活性化される。Cdk1自体もリン酸化を介してWee1を負に制御し、正のフィードバックループを形成する。Wee1活性の低下のみでは有糸分裂へ進入するには不十分であり、サイクリン合成およびCdk活性化キナーゼ（CAK）による活性化リン酸化も必要である。

細胞サイズチェックポイント：小型の細胞が有糸分裂へ進入することを防ぐ細胞サイズチェックポイントの存在を示すエビデンスがある。Wee1は、細胞サイズと細胞周期進行を協調させることにより、このチェックポイントに関与する。

DNA損傷チェックポイント：本チェックポイントもG2/M移行を制御する。Schizosaccharomyces pombeでは、本チェックポイントはガンマ線などによりDNA損傷を受けた細胞の有糸分裂進入を遅延させる。G2期の延長はWee1に依存し、wee1変異体ではγ線照射後にG2期の延長が認められない。

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.