ホスファチジルイノシトール3-キナーゼ関連キナーゼ（PIKKs）は、ホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PI3Ks）と配列相同性を有するSer/Thrプロテインキナーゼのファミリーである。ホスファチジルイノシトール3-キナーゼファミリーのメンバーは、増殖因子等による活性化後にリン脂質を産生し得る。セカンドメッセンジャーとして、これらはさまざまな標的細胞に結合して活性化し、複合的なシグナルカスケードを形成する。これらは、走化性、生存、タンパク質輸送、およびグルコース代謝において中心的役割を担う。ホスファチジルイノシトール3-キナーゼファミリー構成員の詳細な分類および構造的特徴に基づき、ホスファチジルイノシトール3-キナーゼ依存性シグナル伝達経路とその関連機能を概説する。

図1．ホスファチジルイノシトール-4,5-ビスリン酸3-キナーゼ。

PIKKファミリーキナーゼの例

ATM

ATMセリン/スレオニンキナーゼ（シンボル：ATM）は、DNA二本鎖切断（DSB）によりリクルートされ活性化されるセリン/スレオニンプロテインキナーゼである。ATMは、DNA損傷チェックポイントの活性化を開始する複数の重要タンパク質をリン酸化し、細胞周期停止、DNA修復、またはアポトーシスを誘導する。これら標的の一部（p53、CHK2、BRCA1、NBS1、H2AXなど）は腫瘍抑制因子である。DSB後のATM活性化には機能的なMRN複合体が必要である。MRN複合体は哺乳類細胞においてATMの上流で機能し、立体構造変化を誘導することで、CHK2やp53などの基質に対するATMの親和性を増大させる。DSBがない状態ではATMは不活性であり、これらモノマーは二量体または多量体として存在する。DNAが損傷すると、ATMはSer1981残基で自己リン酸化される。このリン酸化によりATM二量体の解離が促進され、その後、活性型ATMモノマーが放出される。ATMキナーゼの正常な活性には、さらなる自己リン酸化（Ser367およびSer1893残基）が必要である。MRN複合体によるATM活性化には少なくとも2段階が必要であり、すなわち、MRE11のDNA損傷チェックポイントタンパク質1（MDC1）に結合するメディエーターを介してATMをDSB末端へリクルートする段階と、続いてNBS1のC末端によりキナーゼ活性が刺激される段階である。FAT、PRD、FATCの3ドメインは、KDキナーゼドメインの活性調節に関与する。FATドメインはATMのKDドメインと相互作用し、ATM自身のC末端領域を安定化する。FATCドメインはキナーゼ活性に必須であり、変異導入に対して高感受性である。FATCは、ヒストンアセチルトランスフェラーゼTIP60（HIV-1 Tat interacting protein 60 kDa）などのタンパク質間相互作用を介在し、TIP60はATMのLys3016残基をアセチル化する。アセチル化はPRDドメインのC末端側半分で生じ、ATMキナーゼ活性化およびモノマーへの変換に必須である。PRDドメイン全体の欠失はATMキナーゼ活性を消失させる一方、特定の小規模欠失は影響しない。

mTOR

哺乳類ラパマイシン標的タンパク質（mTOR）は、細胞増殖および細胞増殖能の重要な制御因子である。多数の研究により、mTORシグナル伝達経路の異常制御が細胞増殖と密接に関連することが示されている。mTORは他のタンパク質と結合し、2種類の異なるタンパク質複合体（mTOR複合体1およびmTOR複合体2）の中核構成要素として機能し、それぞれ異なる細胞プロセスを制御する。特に、これら2複合体の中核構成要素としてのmTORは、セリン/スレオニンプロテインキナーゼとして機能し、細胞成長、細胞増殖、細胞運動、細胞生存、タンパク質合成、オートファジー、および転写を制御する。mTORC2の中核構成要素としてのmTORは、チロシンプロテインキナーゼとしても機能し、インスリン受容体およびインスリン様成長因子1受容体の活性化を促進する。mTORC2はまた、アクチン細胞骨格の制御および維持にも関与する。

図2．mTORタンパク質の構造。

ATR

ATRは、DNA損傷の感知およびDNA損傷チェックポイントの活性化に関与するセリン/スレオニン特異的プロテインキナーゼであり、その結果として細胞周期停止を引き起こす。ATRは、持続的な一本鎖DNAに応答して活性化されるが、これはDNA損傷の検出および修復の過程で形成される一般的な中間体である。一方、一本鎖DNAは、停止した複製フォークで生じ、ヌクレオチド除去修復や相同組換え修復などのDNA修復経路における中間体としても機能する。ATRは、ATRIPと呼ばれるシャペロンタンパク質とともに、RPAにより被覆された一本鎖DNAを認識する。ATRが活性化されると、Chk1をリン酸化し、これによりシグナル伝達カスケードが開始され、最終的に細胞周期停止に至る。DNA損傷チェックポイントの活性化における役割に加え、ATRは障害のないDNA複製においても役割を担うと考えられている。

参考文献

1. Cimprich KA; et al. cDNA cloning and gene mapping of a candidate human cell cycle checkpoint protein. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996,93 (7): 2850-5.
2. Sabers CJ1; et al. Isolation of a Protein Target of the FKBP12-Rapamycin Complex in Mammalian Cells. J Biol Chem. 1995, 270(2):815-22