初期の下等真核生物における研究により、NimA関連キナーゼ（Nek）タンパク質キナーゼファミリーのメンバーが細胞周期制御に関与していることが明らかになりました。進化の過程でNekファミリーが拡大するにつれて、チェックポイント制御や繊毛生物学への広範な関与が見られるようになりました。さらに、Nekファミリーのメンバーにおける変異が繊毛およびがんの発生を促進する要因として同定されています。マウス遺伝学やRNAiによるノックアウトを用いたNekファミリーの生理的役割の研究の進展により、Nekファミリーのメンバーが基本的な生物学的プロセスと複雑に関連していることが明らかになっています。

NEKファミリー

糸状菌アスペルギルス・ニドゥランス（Aspergillus nidulans）は、セリン・スレオニンキナーゼ（NEK）ファミリーの創始メンバーであり、有糸分裂の重要な調節因子です。NimAは活性型CDC2を核内に輸送するために必要であり、これにより有糸分裂を開始することができます。さらに、NimAはヒストンH3のセリン10をリン酸化することで有糸分裂時の染色体凝縮を促進し、有糸分裂からの離脱時に核膜分裂を調節する可能性があります。アスペルギルス・ニドゥランスの細胞周期進行を促進するNimAの重要な役割は、NimAホモログが高等真核生物にも存在する可能性を高めています。これと一致して、S.pombeやヒトHeLa細胞でNimAを過剰発現させると、微小管紡錘体の形成やCdc2の活性化など他の有糸分裂イベントがない状態でも染色体凝集が誘導されます。実際、NimA関連キナーゼは高等真核生物全体で同定されており、進化の過程でファミリーは大きく拡大しています。酵母では単一のNimAホモログが存在する一方で、ショウジョウバエ、線虫、哺乳類ではそれぞれ2、4、11種類のNimA関連キナーゼが同定されています。NimAはN末端の触媒ドメイン、オリゴマー化を媒介するヘリカルコイルドメイン、ユビキチン依存的プロテオリシスに関与するPEST配列から構成されており、これはA. nidulansが有糸分裂から離脱するために必要なプロセスである可能性があります。NimAキナーゼ活性は、N末端の疎水性残基および-3位のフェニルアラニンに対してリン酸化残基（FR/KR/KS/T、下線付き標的残基）を好みます。全体的な配列相同性は低いものの、NimAの組織特性は哺乳類のNekキナーゼにも広く保持されています。例えば、Nek10を除き、すべてのNekキナーゼはN末端の触媒ドメインを持ち、Nek4、6、7のみがコイルドコイルモチーフを持たないファミリーメンバーです。さらに、哺乳類のNekキナーゼ11種のうち6種は推定PEST配列を有しています。

Nekキナーゼとチェックポイント制御

有糸分裂中の既知の機能に加え、特定のNekキナーゼは、遺伝毒性ストレス後の細胞周期制御にも関与しています。すべての真核細胞は、損傷したDNAを認識・修復し、ゲノムの完全性を維持するための複数の分子機構を持っています。このプロセスの重要な側面は、チェックポイントを活性化し、細胞周期停止を誘導して、細胞が損傷を修復する時間を確保することです。細胞周期停止は、内因性（複製フォークの停止など）または外因性因子（紫外線（UV）照射、電離放射線（IR）、活性酸素種（ROS）、特定の化学療法剤を含む）による損傷によって、細胞周期のG1/S、S、S2/G2/M期に誘発されることがあります。修復が成功すると、細胞は再び細胞周期に入ります。

結論

プロトタイプNekキナーゼの変異菌の初期表現型解析により、細胞周期制御への関与が明らかになりました。その後の酵母やカエル、そして最近ではマウスでの研究により、Nekファミリーのメンバーが細胞周期およびそのチェックポイント制御において非常に複雑な役割を持つことが明らかになっています。さらに、Nekファミリーのメンバーにおける変異が繊毛やがんの発生を促進する要因として同定されています。包括的ながんゲノムの出現により、Nekファミリーの特定のメンバーが頻繁に変異の標的となっていることが明らかになっています。Nekファミリーの生物学的理解は大きく進展していますが、遺伝子ノックアウト、RNAiによるノックアウト、自然発生的変異、異種移植腫瘍モデルの出現により、最も興味深い研究はまだ完了していません。

参考文献:

1. Moniz L; 他. 細胞周期、チェックポイント制御およびがんにおけるNekキナーゼファミリー。Cell Division, 2011, 6(1):18-18.