Polo様キナーゼ（Plk）は、有糸分裂、減数分裂、細胞質分裂の主要な調節因子としてますます認識されつつあります。細胞分裂中に提案されている幅広い機能と一致して、Plkは複雑な時間的および空間的制御を受けています。最近の発見により、Plkの制御機構が明らかになり、リン酸化されたドッキングタンパク質と相互作用することで異なる細胞構造を標的とすることが示されました。さらに、Plkの基質特異性や、M期進行における個々の基質の役割についての情報も明らかになりつつあります。

Plkの構造と制御

Plkの構造およびPlkを制御する構造。すべてのPlkは類似した構造を持ち、アミノ末端に典型的なセリン/スレオニンキナーゼドメイン、カルボキシ末端に2つの特徴的なモチーフを含む調節ドメイン（ポロボックスと呼ばれる、図2）を有しています。ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）、出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）、分裂酵母（Schizosaccharomyces cerevisiae）のゲノムにはそれぞれ1つのPlk（Polo、Cdc5、Plo1）しか存在しませんが、脊椎動物種にはPlkファミリーの複数のメンバーが存在します。Polo、Cdc5、Plo1のほとんどの機能を担っています。現在、Plkファミリーの他の脊椎動物メンバーの生理学的役割についてはほとんど分かっていません（BOX 1）が、構造的な類似性を考慮すると、Plk1で確立された多くの特性が他のPlkにも関連している可能性があります。

リン酸化による制御

細胞分裂に重要な多くのタンパク質は、リン酸化とユビキチン依存性プロテオリシスという2つの基本的なメカニズムによって制御されています。Plkの制御もこれらの一般原則に従います。他の多くのプロテインキナーゼと同様に、Plkは触媒ドメインの短い領域、いわゆるTループのリン酸化によって活性化されます。脊椎動物のPlkでは、進化的に保存されたスレオニン残基（アフリカツメガエルのThr201、ヒトPLK1のThr210）がアスパラギン酸に変異されると、Tループのリン酸化を模倣し、多数のキナーゼ活性化を引き起こします。Plx1をin vitroでリン酸化し活性化できる2つのキナーゼ、すなわちPlkk1（Plk kinase1）とPKA（protein kinase A）が同定されています。Plkk1（Plk kinase-1）はヒトSLK（SNF1-like kinase）に相当します。これらのキナーゼが生体内の生理的条件下でPlkを活性化するかどうかは不明であり、他にも上流の調節キナーゼが存在する可能性があります。Tループ部位に加えて、保存されたセリン（Plx1のSer128、PLK1のSer137）もアスパラギン酸に変異されると、多数のキナーゼ活性化が付与されますが、この部位が実際に生体内でリン酸化されているかは不明です。他にもいくつかのリン酸化部位がPlx1上に同定されていますが、その重要性はまだ明らかにされていません。

細胞および染色体の分離

有糸分裂細胞において、Plk1は紡錘体だけでなく、植物および動物にも関連しています。これらのセントロメア関連タンパク質構造は、2つの密接に関連したプロセスで重要な役割を果たします。第一に、これらは紡錘体微小管が有糸分裂染色体に付着する部位です。第二に、スピンドル（またはスピンドルアセンブリー）チェックポイントと呼ばれる監視機構の活性を調節するために不可欠です。このチェックポイントの目的は、SISTER CHROMATIDSが分離され引き離される前に、すべての染色体が双極的に紡錘体に接続されていることを保証することです（Box 3）。したがって、Plk1がミトコンドリアに局在することは、このキナーゼがミトコンドリアの組み立て、ミトコンドリア-微小管間相互作用、紡錘体チェックポイント制御に関与していることを示唆しています。これらの可能性は相互に排他的ではありませんが、Plk1のキネトコアにおける機能をよりよく理解するためには、その構造的基質および結合パートナーの同定を待つ必要があるかもしれません。

細胞質分裂

Poloキナーゼが細胞質分裂に関与していることは、まず分裂酵母で示されました。ここでは、Plo1の過剰発現が細胞周期のいかなる段階でも分離を促進する一方、plo1変異体は分離できません。Mid1と呼ばれるタンパク質は、Plkのリン酸化によって核内の収縮環形成の位置を決定します。哺乳類Plk1の細胞質分裂における役割に関する最近の研究では、キネシン関連モーターMklp2およびダイニンサブコンポーネントNudCが、PBDと相互作用するPlk1の潜在的な基質として同定されています。Mklp2とNudCはいずれもキネシン活性を有し、いずれも中央紡錘体に局在しています。PLK1は、紡錘体中央部のセントラルスピンドリン構成要素CYK4をリン酸化し、Rhoグアニンヌクレオチド交換因子（GEF）ECT2のリクルートを可能にし、RhoAの活性化とアクチンの収縮を促進することが明らかになっています。

参考文献

1. Barr, Francis A; 他。Polo様キナーゼと細胞分裂の調整。Nature reviews Molecular cell biology. 2004: 429-441.