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系におけるエフェクターです。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。活性化後は膜結合型酵素となります。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の存在が必要です。また、これはCa²⁺依存性でもあり、細胞質内のCa²⁺濃度の上昇が必要です。DAGが細胞膜に現れると、細胞質内のプロテインキナーゼCが細胞膜に結合し、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・スレオニンキナーゼに属します。

構造

PKCのすべてのサブクラスは単一のペプチド鎖からなり、分子量は約67～83kDaです。その構造は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（Xはアミノ酸を示す）を含みます。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と類似しています。PKCのペプチドフラグメント解析により、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）との結合に関与していることが明らかになっています。C2領域はPKCのCa²⁺感受性に関与しています。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、TPAと結合できます。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、触媒領域とも呼ばれます。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ています。少なくとも11種類のサブタイプが発見されており、その構造はある程度保存されつつも異なっており、機能や調節の多様性につながっています。新たに合成されたPKCは、一般的にActivation-loop（A-loop）、Turn motif（TM）、およびhydrophobic motif（HM）のプログラムされたリン酸化過程を経て成熟し、さらなる活性化機能を獲得します。

活性化

PKCの活性はカルシウムイオンと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）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作用します。これはDAGがPKCの基質に対する親和性を高めるためです。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が生成されます。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の活性化に作用します。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）は腫瘍促進剤であり、その基本構造がDAGに類似しているため、DAGの濃度でDAGを模倣し、PKCを活性化し、PKCの親和性を10^-7Mまで高めます。PKCはTPAの受容体です。TPAが細胞膜に挿入されると、DAGの代わりに直接PKCを活性化できます。細胞が高濃度のTPAで処理されると、標的細胞内のPKCは急速に枯渇し、それが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活性に対して阻害効果を持ちます。阻害剤のPKC標的部位の違いにより、阻害剤は2つのグループに分けられます。一つは触媒領域に作用する阻害剤で、これはプロテインキナーゼと保存された残基に結合するため、PKCに対する明確な選択性はありません。もう一つは調節領域に作用する阻害剤で、Ca²⁺、リン脂質、ジアシルグリセロール/ホルボールエステルと結合できるため、より高い選択性を持ちます。

機能

プロテインキナーゼCは細胞質酵素です。刺激されていない細胞では、PKCは主に不活性なコンフォメーションで細胞質に分布しています。セカンドメッセンジャーが存在すると、PKCは膜結合型酵素となります。細胞質内の酵素を活性化し、生化学反応の調節に関与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も関与します。多機能酵素です。

グルコース代謝の制御

肝細胞では、プロテインキナーゼC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抑制し、グリコーゲン代謝を促進します。

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。一方、IP3、DAG、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は、αアドレナリン受容体および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

Myogeninは筋細胞分化に重要な役割を果たす転写因子です。筋芽細胞では、プロテインキナーゼC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関与できます。一つは、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方法です。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をリン酸化して活性化します。活性化されたElk-1は短いDNA配列（セラムレスポンスエレメント、SREと呼ばれる）に結合し、別の因子（セラムレスポンスファクター、SRF）と共に遺伝子発現を共調節します。もう一つの方法は、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、核内に入り特定の遺伝子の転写を活性化します。

長期抑制（LTD）への関与

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、受容体を細胞内に取り込むことでLTDをもたらします。

参考文献

1. Wilson CH; 他。脂肪肝は、プロテインキナーゼC依存的なメカニズムを介して肝細胞のストア作動性Ca²⁺流入を阻害し、ER Ca²⁺を減少させる。The Biochemical Journal. 2015年、466巻（2）：379-90。