プロテインキナーゼC

プロテインキナーゼCはGタンパク質共役受容体システムのエフェクターです。非活性状態では水溶性であり、細胞質に自由に存在します。活性化後は膜結合酵素になります。プロテインキナーゼCの活性化は脂質依存性であり、膜脂質DAGの存在を必要とし、Ca²⁺濃度の増加も必要です。DAGが細胞膜に現れると、細胞質のプロテインキナーゼCは細胞膜に結合し、その後Ca²⁺によって活性化されます。プロテインキナーゼAと同様に、プロテインキナーゼCは多機能性セリンおよびスレオニンキナーゼに属します。

構造

すべてのPKCのサブクラスは、約67-83 kDaの分子量を持つ単一のペプチド鎖で構成され、その構造は4つの保存された領域C1-C4（mPKCおよびaPKCはC2領域を欠く）と5つの可変領域V1-V5に分けられます。C1領域は膜結合領域である可能性があり、システインに富むランダムリピートCys-X2-Cys-X13 (14) -Cys-X2-Cys-X7-Cys-X7-Cysを含んでいます（Xはアミノ酸を表します）。この配列は、システイン-亜鉛-DNA結合フィンガー保存配列Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cysに関連しています。PKCのペプチド断片の分析により、この配列がフォルボールエステルおよびジアシルグリセロール（DAG）との結合に関連していることが明らかになりました。C2領域はPKCのCa²⁺に対する感受性に関連しています。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に結合できます。したがって、C1およびC2領域は調節領域とも呼ばれます。C3領域にはATP結合配列Gly-X-Gly-X-X-Gly-Lysが含まれています。この領域は他のプロテインキナーゼのATP結合部位と高い相同性を持ち、触媒領域としても知られています。C4領域には、リン酸化された基質を認識するために必要な基質結合領域が含まれています。少なくとも11のサブタイプが発見されており、それらの構造はやや保守的で異なり、機能的および調節的な多様性をもたらしています。新たに合成されたPKCは、成熟し、さらなる活性化機能を得るために、一般的に活性化ループ（Aループ）、ターンモチーフ（TM）、および疎水性モチーフ（HM）のプログラム化されたリン酸化プロセスを経る必要があります。

活性化

PKCの活性はカルシウムイオンおよびリン脂質の存在に依存しますが、リン脂質代謝の中間生成物であるジアシルグリセロール（DAG）の存在下でのみ、生理的濃度のカルシウムイオンが機能します。なぜなら、DAGはPKCの基質に対する親和性を高めることができるからです。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によって加水分解され、DAGとIP3を生成します。IP3は細胞内カルシウムイオンの放出を促進し、PKCの活性化においてDAGと相乗的に作用します。12-o-テトラデカノイルフォルボール-13-アセテート（TPA; またはフォルボール-12-ミリスタート-13-アセテート、PMA）は腫瘍促進剤であり、その基本構造はDAGに似ており、DAGを模倣し、PKCを活性化し、PKCの親和性を10-7Mに増加させます。PKCはTPAの受容体です。TPAが細胞膜に挿入されると、DAGの代わりにPKCを直接活性化することができます。細胞が高用量のTPAで処理されると、標的細胞内のPKCは急速に枯渇し、細胞シグナル伝達に影響を与えます。さまざまな化学物質や抗生物質はPKC活性に対して抑制効果を持っています。阻害剤のPKC標的部位の違いに応じて、阻害剤は2つのグループに分けられます。一つのグループは触媒領域に作用する阻害剤であり、これらはプロテインキナーゼと保存的に結合することができます。したがって、PKCに対して明確な選択性はありません。もう一つのグループは調節領域に作用する阻害剤であり、Ca²⁺、リン脂質、およびジアシルグリセロール/フォルボールエステルと結合することができるため、より高い選択性を持っています。

機能

プロテインキナーゼCは細胞質内酵素です。刺激されていない細胞では、PKCは主に不活性構造で細胞質に分布しています。一旦セカンドメッセンジャーが存在すると、PKCは膜結合酵素になります。細胞質内の酵素を活性化し、生化学反応の調節に参加することができます。また、核内の転写因子に作用し、遺伝子発現の調節に参加することもできます。多機能酵素です。

グルコース代謝の制御

肝細胞において、プロテインキナーゼCとプロテインキナーゼAは協力してグリコーゲン合成酵素をリン酸化し、グルコース重合酵素活性を抑制し、グリコーゲン代謝を促進します。

cAMPによるグリコーゲン分解の促進とグリコーゲン合成の抑制は、グルカゴン受容体とβ-アドレナリン受容体が対応するホルモンと結合することによって引き起こされます。また、IP3、DAG、Ca²⁺によるグリコーゲン分解の促進は、アルファアドレナリン受容体とアドレナリンによって引き起こされます。cAMPはプロテインキナーゼAを活性化し、IP3、DAG、Ca²⁺はプロテインキナーゼCを活性化します。

細胞分化の制御

ミオジェニンは筋細胞分化において重要な役割を果たす転写因子です。筋芽細胞において、プロテインキナーゼCはミオジェニンをリン酸化し、ミオジェニンのDNA結合能力を抑制し、細胞が筋繊維に分化するのを防ぎます。

遺伝子発現調節への関与

プロテインキナーゼCは、少なくとも2つの方法で遺伝子発現の制御に参加できます。一つの方法は、プロテインキナーゼがMAPプロテインキナーゼをリン酸化するリン酸化カスケードシステムを活性化することです。リン酸化されたMAPプロテインキナーゼは遺伝子調節タンパク質Elk-1をリン酸化し、活性化します。活性化されたElk-1は短いDNA配列（血清応答要素、SREと呼ばれる）に結合し、別の因子（血清応答因子、SRF）と共に遺伝子発現を共同調節します。もう一つのアプローチは、プロテインキナーゼのリン酸化と抑制タンパク質Iκ-Bの活性化であり、これにより遺伝子調節タンパク質NF-κ-Bが放出され、核に入って特定の遺伝子の転写を活性化します。

長期抑制（LTD）への参加

小脳の長期抑制LTDは、PKCの活性化が間接的または直接的に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に変換するか、受容体を内部化させ、LTDを引き起こすことによります。

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.