ポロ様キナーゼ（Plk）は、有糸分裂、減数分裂および細胞質分裂の主要な制御因子として、近年ますます重要性が認識されている。細胞分裂過程において提唱されている多岐にわたる機能と整合して、Plkは時間的・空間的に複雑な制御を受ける。最近の知見により、Plkの制御機構が明らかになってきており、リン酸化されたドッキングタンパク質との相互作用を介して異なる細胞構造を標的化することが示されている。さらに、Plkの基質特異性およびM期進行における個々の基質の役割に関する情報も蓄積しつつある。

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は類似した構造を有し、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つの特徴的モチーフを含む制御ドメイン（polo box；図2）を備える。ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）、出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）および分裂酵母（Schizosaccharomyces cerevisiae）のゲノムにはそれぞれ1種類のPlk（順にPolo、Cdc5、Plo1）のみが存在する一方、脊椎動物ではPlkファミリーの複数のメンバーが存在する。これらはPolo、Cdc5およびPlo1の機能の大部分を担う。現時点では、脊椎動物におけるPlkファミリーの他のメンバーの生理学的役割（BOX 1）については不明な点が多いが、構造的類似性を踏まえると、Plk1で確立された多くの特性は他のPlkにも当てはまる可能性がある。

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、リン酸化およびユビキチン依存性プロテオリシスという2つの基本機構により制御される。Plkの制御もこれらの一般原則に従う。他の多くのプロテインキナーゼと同様に、Plkは触媒ドメイン内の短い領域、いわゆるTリング（T-loop）のリン酸化により活性化される。脊椎動物Plkでは、進化的に保存されたスレオニン残基（XenopusのThr201、ヒトHomo sapiensのPLK1ではThr210）をアスパラギン酸に置換することでTリングのリン酸化を模倣でき、多数のキナーゼ活性化が誘導される。in vitroでPlx1をリン酸化して活性化し得るキナーゼとして、Plkk1（Plk kinase 1）およびPKA（protein kinase A）の2つが同定されている。Plkk1（Plk kinase-1）はヒトSLK（SNF1-like kinase）に相当する。これらのキナーゼがin vivoの生理的条件下でPlkを活性化するか否かは不明であり、他の上流制御キナーゼの存在も考えられる。T-loop部位に加えて、保存されたセリン残基（Plx1のSer128、PLK1のSer137）をアスパラギン酸に置換しても多数のキナーゼ活性化が付与されるが、この部位が実際にin vivoでリン酸化されるかどうかは明らかでない。Plx1上には他にも複数のリン酸化部位が同定されているが、その重要性は未解明である。

細胞および染色体の分離

有糸分裂細胞において、Plk1は紡錘体に関連するだけでなく、植物および動物においても関連する。これらのセントロメア関連タンパク質構造は、密接に関連する2つの過程において重要な役割を果たす62。第一に、これらは紡錘体微小管が有糸分裂染色体に結合する部位である。第二に、紡錘体（または紡錘体組立）チェックポイントと呼ばれる監視機構の活性を制御するうえで必須である。このチェックポイントの目的は、姉妹染色分体（SISTER CHROMATIDS）が分離され引き離される前に、すべての染色体が紡錘体に両極性に結合していることを保証する点にある（Box 3）。したがって、キネトコアにおけるPlk1の局在は、このキナーゼがキネトコアの組立、キネトコア‐微小管相互作用、および紡錘体チェックポイント制御に関与する可能性を示唆する。これらの可能性は相互排他的ではないが、キネトコアにおけるPlk1の機能をより深く理解するには、その構造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ない。

細胞質分裂

細胞質分裂におけるPoloキナーゼの関与は、分裂酵母で最初に実証された。すなわち、Plo1の過剰発現は細胞周期のいかなる段階でも隔離（分裂）を駆動する一方、plo1変異体では隔離が起こらない。Mid1と呼ばれるタンパク質は、Plkによるリン酸化を介して核における収縮環形成の位置を規定する。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およびダイニンのサブコンポーネントNudCが、PBDと相互作用するPlk1の潜在的基質として同定されている。Mklp2およびNudCはいずれもキネシン活性に関連し、いずれも中央紡錘体に局在する。PLK1は、紡錘体中央部において中央スピンドリンのサブユニットCYK4をリン酸化し、Rhoグアニンヌクレオチド交換因子（GEF）であるECT2のリクルートを可能にすることで、RhoAの活性化およびアクチン収縮を促進することが見出されている。

参考文献

1. Barr, Francis A; et al. Polo-like kinases and the orchestration of cell division. Nature reviews Molecular cell biology. 2004: 429-441.