プロテインキナーゼC

プロテインキナーゼC（PKC）は、Gタンパク質共役受容体（GPCR）システムにおけるエフェクターである。不活性状態では水溶性で、細胞質ゾルに遊離して存在するが、活性化後は膜結合型酵素となる。PKCの活性化は脂質依存性であり、膜脂質であるジアシルグリセロール（DAG）の存在を必要とする。またCa²⁺依存性でもあり、細胞質ゾル内Ca²⁺濃度の上昇を要する。形質膜にDAGが出現すると、細胞質ゾル内のPKCが形質膜に結合し、続いてCa²⁺により活性化される。プロテインキナーゼAと同様に、PKCは多機能性のセリン／スレオニンキナーゼに属する。

構造

PKCの全サブクラスは単一のペプチド鎖からなり、分子量は約67～83 kDaである。構造は、4つの保存領域C1～C4（mPKCおよびaPKCはC2領域を欠く）と、5つの可変領域V1～V5に区分される。C1領域は膜結合領域と考えられ、システインに富む反復配列Cys-X₂-Cys-X₁₃（14）-Cys-X₂-Cys-X₇-Cys-X₇-Cys（Xはアミノ酸残基を示す）を含む。この配列は、システイン‐亜鉛‐DNA結合フィンガーの保存配列Cys-X₂-Cys-X₁₃-Cys-X₂-Cysと類似している。PKCのペプチド断片解析により、この配列がホルボールエステルおよびジアシルグリセロール（DAG）結合に関連することが示されている。C2領域はPKCのCa²⁺感受性に関連する。C1およびC2は他のプロテインキナーゼとは構造的に異なり、Ca²⁺、リン脂質、DAGおよびTPAに結合し得るため、C1およびC2領域は調節領域とも呼ばれる。C3領域にはATP結合配列Gly-X-Gly-X-X-Gly-Lysが含まれ、他のプロテインキナーゼのATP結合部位と高い相同性を有することから、触媒領域とも称される。C4領域には、リン酸化基質の認識に必要な基質結合領域が含まれる。少なくとも11のサブタイプが同定されており、構造は概ね保存されつつも差異が存在するため、機能および制御の多様性が生じる。新規合成されたPKCは一般に、成熟してさらなる活性化機能を獲得するために、Activation-loop（A-loop）、Turn motif（TM）およびhydrophobic motif（HM）のプログラム化されたリン酸化過程を経る必要がある。

活性化

PKC活性はカルシウムイオンおよびリン脂質の存在に依存するが、リン脂質代謝の中間産物であるジアシルグリセロール（DAG）が存在する場合にのみ、生理的濃度のカルシウムイオンが有効に作用する。これはDAGがPKCの基質に対する親和性を増大させるためである。ホスファチジルイノシトール-4,5-ビスリン酸（PIP2）はホスホリパーゼCにより加水分解され、DAGとIP3を生成する。IP3は細胞内カルシウムイオンの放出を促進し、DAGと協調してPKC活性化に作用する。12-o-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート（TPA；またはホルボール-12-ミリステート-13-アセテート、PMA）は腫瘍プロモーターであり、その基本骨格がDAGに類似しているため、一定濃度でDAGを模倣してPKCを活性化し、PKCの親和性を10^-7Mまで増大させる。PKCはTPAの受容体である。TPAが細胞膜に挿入されると、DAGの代わりにPKCを直接活性化し得る。細胞を高用量のTPAで処理すると、標的細胞内のPKCが急速に枯渇し、その結果、細胞内シグナル伝達に影響を及ぼす。多様な化学物質または抗生物質がPKC活性を阻害する。阻害剤のPKC標的部位の違いにより、阻害剤は2群に分類される。1つは触媒領域に作用する阻害剤で、プロテインキナーゼ間で保存された残基に結合し得るため、PKCに対する明確な選択性は乏しい。もう1つは調節領域に作用する阻害剤で、Ca²⁺、リン脂質およびジアシルグリセロール／ホルボールエステルと結合し得ることから、より高い選択性を有する。

機能

PKCは細胞質酵素である。非刺激細胞では、PKCは主として不活性コンフォメーションで細胞質に分布する。セカンドメッセンジャーが生じると、PKCは膜結合型酵素となる。PKCは細胞質内の酵素を活性化し、生化学反応の制御に関与する。また核内の転写因子にも作用し、遺伝子発現制御に関与する。多機能酵素である。

グルコース代謝の制御

肝細胞では、PKCとプロテインキナーゼAが協調してグリコーゲンシンターゼをリン酸化し、グルコース重合酵素活性を阻害して、グリコーゲン代謝を促進する。

cAMPを介したグリコーゲン分解促進およびグリコーゲン合成抑制は、グルカゴン受容体およびβアドレナリン受容体が各ホルモンと結合することにより生じる。一方、IP3、DAGおよびCa²⁺を介したグリコーゲン分解促進およびグリコーゲン合成抑制は、αアドレナリン受容体とアドレナリンにより引き起こされる。cAMPはプロテインキナーゼAを活性化し、IP3、DAGおよびCa²⁺はPKCを活性化する。

細胞分化の制御

Myogeninは筋細胞分化において重要な役割を担う転写因子である。筋芽細胞では、PKCがmyogeninをリン酸化し、myogeninのDNA結合能を阻害することで、細胞が筋線維へ分化するのを抑制する。

遺伝子発現制御への関与

PKCは少なくとも2つの経路で遺伝子発現制御に関与し得る。1つは、プロテインキナーゼがリン酸化カスケード系を活性化し、MAPプロテインキナーゼをリン酸化する経路である。リン酸化されたMAPプロテインキナーゼは遺伝子制御タンパク質Elk-1をリン酸化して活性化する。活性化Elk-1は短いDNA配列（血清応答エレメント：SRE）に結合し、別の因子（血清応答因子：SRF）とともに遺伝子発現を共調節する。もう1つは、プロテインキナーゼのリン酸化により阻害タンパク質Iκ-Bが活性化され、遺伝子制御タンパク質NF-κ-Bが遊離して核内へ移行し、特定遺伝子の転写を活性化する経路である。

長期抑圧（LTD）への関与

小脳における長期抑圧（LTD）は、PKC活性化が直接的または間接的にAMPA受容体のリン酸化を引き起こし、AMPA受容体を安定した脱感作状態へ移行させる、または受容体の内在化を促進することで生じ、その結果LTDが成立する。

参考文献

1. Wilson CH; et al. Steatosis inhibits liver cell store-operated Ca²⁺ entry and reduces ER Ca²⁺ through a protein kinase C-dependent mechanism. The Biochemical Journal. 2015, 466 (2): 379-90.