初期の下等真核生物における研究は、細胞周期制御における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の役割を特定しました。進化の過程でNekファミリーの拡張は、チェックポイント調節や繊毛生物学への広範な関与を伴っています。さらに、Nekファミリーのメンバーにおける変異は、繊毛および癌の発生の推進力として特定されています。マウス遺伝学とRNAiを用いたノックアウトの最近の進展は、Nekファミリーのメンバーが基本的な生物学的プロセスにどのように複雑に関連しているかを明らかにしました。

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CDC2を核内に輸送するために必要であり、それによって有糸分裂を開始できます。さらに、NimAはセリン10でヒストンH3をリン酸化することによって有糸分裂中の染色体凝縮を促進し、有糸分裂の撤退中に核膜の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上でのNimAの重要な役割は、高等真核生物にNimAホモログが存在する可能性を高めます。これに一致して、S.pombeおよびヒトHeLa細胞におけるNimAの過剰発現は、微小管紡錘体の形成やCdc2の活性化などの他の有糸分裂イベントがない場合でも染色体の凝集を誘発します。実際、NimA関連キナーゼは高等真核生物全体で特定されており、このファミリーは進化の過程で大幅に拡大しています。酵母には単一のNimAホモログが存在するにもかかわらず、ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）、線虫、哺乳類にはそれぞれ2、4、11のNimA関連キナーゼが特定されています。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ドメイン、およびユビキチン依存性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が有糸分裂を終了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位置のフェニルアラニンに対してリン酸化された残基（FR/KR/KS/T、下線付きの標的残基）を好むことを示しています。全体的な配列の相同性は低いものの、NimAの組織特性は哺乳類のNekキナーゼに広く保持されています。例えば、Nek10を除いて、すべてのNekキナーゼはN末端の触媒ドメインを含み、Nek4、6、7はコイルドコイルモチーフを含まない唯一のファミリーメンバーです。さらに、11の哺乳類Nekキナーゼのうち6つには推定PEST配列があります。

Nekキナーゼとチェックポイント制御

有糸分裂中の確立された機能に加えて、特定のNekキナーゼは、遺伝子毒性ストレス後の細胞周期調節にも関与しています。すべての真核生物細胞は、損傷したDNAを特定し修復し、ゲノムの完全性を維持するための複数の分子メカニズムを持っています。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、細胞が損傷を修復するための時間を与えるために細胞周期の停止を誘導することです。細胞周期の停止は、内因性（例えば、停止した複製フォーク）または外因性因子（紫外線（UV）放射、電離放射線（IR）、反応性酸素種（ROS）、および特定の化学療法薬を含む）によって、細胞周期のG1/S、S、およびS2/G2/Mの各段階で引き起こされる可能性があります。修復が成功した後、細胞は再び細胞周期に再入します。

結論

プロトタイプNekキナーゼの変異体菌類の初期の表現型分析は、それが細胞周期の調節に関与していることを明らかにしました。その後の酵母やカエル、最近ではマウスにおける研究は、Nekファミリーのメンバーが細胞周期とそのチェックポイントを制御する上で魅力的な複雑さを持っていることを発見しました。さらに、Nekファミリーのメンバーにおける変異は、繊毛および癌の発生の推進因子として特定されています。包括的な癌ゲノムの最近の出現は、Nekファミリーの特定のメンバーが頻繁に変異の標的であることを強調しています。Nekファミリーの生物学を理解する上での重要な進展にもかかわらず、遺伝子ノックアウト、RNAiを用いたノックアウト、自然発生的な変異、および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; et al. Nek family of kinases in cell cycle, checkpoint control and cancer. Cell Division, 2011, 6(1):18-18.