下等真核生物における初期研究により、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することが同定された。進化の過程でNekファミリーが拡大するのに伴い、チェックポイント制御および繊毛生物学への広範な関与が明らかとなっている。さらに、Nekファミリーのメンバーにおける変異は、繊毛異常およびがん発生の駆動因子として同定されている。近年、マウス遺伝学およびRNAi介在性ノックアウトを用いてNekファミリー各メンバーの生理学的役割を検討する研究が進展し、Nekファミリーが基本的な生物学的プロセスと複雑に連関していることが示されている。

NEKファミリー

糸状菌Aspergillus nidulans（Apergillus nidulans）のNimAは、セリン／スレオニンキナーゼ（NEK）ファミリーの原型メンバーであり、有糸分裂の重要な制御因子である。NimAは活性化CDC2の核内移行に必須であり、それにより有糸分裂の開始を可能にする。加えて、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期染色体凝縮を促進し、また有糸分裂からの離脱過程における核膜分裂の制御にも関与する可能性がある。A. nidulansにおける細胞周期進行促進におけるNimAの中核的役割は、高等真核生物にもNimAホモログが存在する可能性を高める。これと整合して、S. pombeおよびヒトHeLa細胞においてNimAを過剰発現させると、微小管紡錘体形成やCdc2活性化といった他の有糸分裂事象が欠如していても、染色体凝集が誘導される。実際、NimA関連キナーゼは高等真核生物全般で同定されており、進化に伴いファミリーは著しく拡大している。酵母ではNimAホモログは1つであるのに対し、ショウジョウバエ、線虫、哺乳類ではそれぞれ2、4、11のNimA関連キナーゼが同定されている。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コイルドメイン、ならびに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、後者はA. nidulansが有糸分裂を終結するために必要な過程である可能性がある。NimAのキナーゼ活性は、N末端側に疎水性残基を有し、かつ−3位にフェニルアラニンを有するリン酸化残基（FR/KR/KS/T、下線部が標的残基）を選好する。全体としての配列相同性は低いものの、NimAの構造的特徴は哺乳類Nekキナーゼに広く保持されている。例えば、Nek10を除くすべてのNekキナーゼはN末端触媒ドメインを有し、一方でNek4、6、7はコイルドコイルモチーフを欠く唯一のファミリーメンバーである。さらに、哺乳類の11種のNekキナーゼのうち6種には推定PEST配列が存在する。

Nekキナーゼとチェックポイント制御

有糸分裂における確立された機能に加え、一部の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する。すべての真核細胞は、損傷DNAを認識・修復し、ゲノム完全性を維持するための複数の分子機構を備えている。この過程の重要な側面は、チェックポイントを活性化し、細胞に損傷修復の時間を与えるために細胞周期停止を誘導することである。細胞周期停止は、内因性（例：複製フォークの停止）または外因性因子（紫外線（UV）照射、電離放射線による損傷（IR）、活性酸素種（ROS）、ならびに一部の化学療法薬を含む）による損傷により、細胞周期のG1/S、S、およびS2/G2/M期で誘導され得る。修復が成功すると、細胞は細胞周期へ再進入する。

結論

原型Nekキナーゼの変異真菌に関する初期の表現型解析により、本キナーゼが細胞周期制御に関与することが示された。その後、酵母およびカエル、さらに近年ではマウスにおける研究により、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極めて複雑な機能を有することが明らかとなった。加えて、Nekファミリーのメンバーにおける変異は、繊毛異常およびがん発生のドライバーとして同定されている。包括的ながんゲノム解析の進展により、Nekファミリーの特定メンバーが高頻度変異の標的であることが浮き彫りになっている。Nekファミリーの生物学的理解は大きく進展したものの、遺伝子ノックアウト、RNAi介在性ノックアウト、自然発生変異、ならびに異種移植腫瘍モデルの登場により、最も興味深い研究課題はなお未完である。

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.