NUAKファミリーのSNF1様キナーゼ1は、AMPK関連プロテインキナーゼ5（ARK5）としても知られ、ヒトではNUAK1遺伝子にコードされる酵素である。

AMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）およびAMPK関連キナーゼ

肥満および糖尿病（DM）は、現在、世界のほぼすべての国において健康を脅かしている。エネルギーバランスの破綻は、肥満および2型糖尿病の主要因と考えられている。AMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）は、多数の基質を有する高度に保存されたセリン／スレオニンプロテインキナーゼ（PK）であり、エネルギー恒常性の主要なセンサーおよび調節因子と呼ばれる。AMPKは、触媒サブユニット（α）1つと調節サブユニット（βおよびγ）2つからなるヘテロ三量体として機能し、その活性は代謝ストレス（例：低酸素、熱ショック、虚血）下の細胞における細胞内AMP：ATP比の上昇により制御される。AMPKは、代謝ストレスへの応答を介して、グルコースおよびコレステロール代謝、細胞増殖、細胞極性、ならびに腫瘍形成の制御において重要な役割を担うことが報告されている。さらに、AMPK活性はホルモンやサイトカインによっても調節され得て、代謝変化を引き起こし、それが結果として腫瘍進展を促進する可能性がある。

構造および発現

NUAKファミリー（NUAK1（ARK5）およびNUAK2（SNARK）を含む）のメンバーは、触媒ドメインのC末端近傍にユビキチン関連ドメインを有し、これはLKB1によるリン酸化および活性化に必須である。ARK5のアミノ酸配列に関する相同性検索解析により、ヒトSNARKとの全体相同性は55.0%であることが示された。AMPKはヘテロ三量体として機能するが、ARK5およびSNARKも同様にヘテロ三量体として機能するかどうかは不明である。ヒトARK5タンパク質は661アミノ酸（約76 kDa）から構成される。マウスARK5タンパク質は658アミノ酸を含むと予測され、ラットARK5タンパク質は660アミノ酸からなるポリペプチドである。ARK5のmRNAおよびタンパク質は、心臓、腎臓、脳、肝臓、骨格筋で検出される。興味深いことに、Fisherらの報告によれば、自家作製抗体を用いたウエスタンブロット解析により、骨格筋においてARK5の顕著な2本のバンドが認められ、そのうち低分子側のバンドはAMPKと同一の分子量を示したことから、ARK5が新規AMPKファミリーキナーゼと相互作用する可能性が示唆された。ARK5の発現は、マトリックスメタロプロテアーゼ2（MMP2）、MMP9、およびS100カルシウム結合タンパク質A4（S100A4）と密接に関連し、多発性骨髄腫の不良予後とも強く関連する。さらに、ARK5の発現はv-rafマウス肉腫ウイルス癌遺伝子ホモログB1（BRAF）介在性経路とも関連する。BRAFは、乳頭状甲状腺癌の進行および侵襲性の新たな指標と考えられている。大腸癌におけるARK5 mRNAの発現は病期と関連し、大腸癌の肝転移巣ではARK5 mRNAの発現レベルが高い。大腸癌細胞株としてDLD-1、WiDr、HCT-15、SW620、LoVo、SW480およびSW1116が挙げられる。しかし、ARK5は未分化筋芽細胞よりも分化したC2C12筋管で高発現しており、NAUK／ARKタンパク質が細胞種により多面的な役割を担うことが示唆される。

ARK5の機能および制御

AMPKファミリーの他のメンバーと同様に、ARK5は高度に保存された活性Tループを有しており、触媒ドメイン内のスレオニン残基をリン酸化する上流キナーゼの存在が示唆される。LKB1およびAktキナーゼは、セリン600を修飾し、さらにスレオニン211のリン酸化を介してARK5を活性化し得る。多くのAMPK調節キナーゼと同様に、ARK5活性は、LKB1によるTループスレオニンのリン酸化により10～20倍増加する。最近の研究では、両タンパク質を識別しない抗体を用い、基礎条件および収縮刺激下で、筋特異的Lkb1ノックアウトマウスの骨格筋におけるARK5／SNARK免疫複合体活性が有意に低下することが示された。これは、SNARKおよびARK5が骨格筋におけるLKB1の重要な制御因子である可能性を示唆する。近年、Matrigel浸潤試験により、過剰発現および内因性ARK5のいずれもが強いAkt介在性活性を示すことが明らかとなった。重要な点として、ARK5は、現時点でAktにより制御されることが示されている唯一のAMPKファミリーメンバーである。

結論

NUAKファミリーは、悪性化およびエネルギー代謝に不可欠である。NUAKファミリータンパク質の制御機構および機能を解明するためには、さらなる検討が必要である。NUAKファミリーの機能は完全には解明されていないものの、ARK5およびSNARKは、ヒト癌ならびに肥満やDMなどの代謝性疾患の治療における潜在的な治療標的となることが期待される。

参考文献：

1. Wan-Chun Li; et al. The Regulation and Function of the NUAK Family. Journal of Molecular Endocrinology (2013) 51, R15–R22