カリクレイン

カリクレインはS1ファミリーのセリンプロテアーゼに属します。ヒトにおいて、血漿カリクレイン（KLKB1）には知られているパラログはなく、組織カリクレインは15の構造的に類似した遺伝子（KLK）によってコードされています。ヒトカリクレイン（hK）は多様な組織で広く発現しており、血圧の調節、前ホルモンの処理、電解質バランスから組織のリモデリング、神経可塑性、皮膚の剥離など、さまざまな正常な生理機能に関与しています。いくつかの証拠は、カリクレインがカスケード反応に関与している可能性があり、他の触媒クラスのプロテアーゼとのクロストークが存在する可能性があることを示しています。カリクレインのプロテオリティック活性は、ゼイモゲンの活性化、内因性阻害因子、および内部切断によって調節されます。調節が乱れたカリクレインの発現は、複数の疾患と関連しています。

組織発現

KLK1遺伝子の発現は膵臓、腎臓、唾液腺で最も高いです。KLK3およびKLK2遺伝子は多様な組織で発現していますが、前立腺で最も高いです。hK3およびhK2タンパク質とmRNAは女性の乳房において重要な量で存在し、他の多くの組織では低いレベルで存在することがわかっています。KLK4も前立腺に特異的な発現を持つようですが、乳房や他の組織でも発現していることが示されています。残りのカリクレインのいずれも組織特異的ではありませんが、特定の遺伝子は乳房、皮膚、中枢神経系、唾液腺などで優先的に発現しています。同じ組織内で多くのカリクレインが頻繁に共発現していることは明らかであり、これは機能的関係を示唆している可能性があります。例えば、hK3とhK2は類似のメカニズムによって調節され、組織や体液で頻繁に共発現していることが示されています。

構造

ヒト組織カリクレイン遺伝子座は、染色体19q13.4の261,558 bpの領域に広がっており、15のカリクレイン遺伝子で構成されており、間に非カリクレインは存在しません。最近、潜在的なカリクレイン処理擬似遺伝子がクローニングされ、少なくとも他の2つの擬似遺伝子の存在の可能性があります。カリクレイン遺伝子は一緒にクラスター化されており、隣接する2つの遺伝子間の距離は1.5 kb（KLK1とKLK15）から32.5 kb（KLK4とKLK5）までの範囲です。

過去数年にわたる広範な分析により、カリクレインの多くの共通の構造的特徴が特定されました。これらの特徴のいくつかは、S1ファミリーの他のセリンプロテアーゼのメンバーと共有されています。しかし、他の特徴は特定のカリクレインに特有です。カリクレインの共通の構造的特徴は次のように要約できます。

1. すべての遺伝子は5つのコーディングエクソンを持ち（KLK4の変異体は4つのエクソンを持つ）、ほとんどは1つまたは2つの追加の50未翻訳エクソンを持っています。
2. エクソンのサイズは非常に似ているか、同一です。
3. コーディングエクソンのイントロン相はすべての遺伝子で保存されています。イントロン相のパターンは常にI-II-I-0です。
4. セリンプロテアーゼの触媒トライアドの残基の位置は保存されており、ヒスチジンは常に2番目のコーディングエクソンの終わり近くに、アスパラギン酸は3番目のコーディングエクソンの中央に、セリン残基は5番目のコーディングエクソンの始まりに存在します。
5. すべてのカリクレインタンパク質は、N末端に16〜57アミノ酸のシグナルペプチドを持ち、約3〜9アミノ酸の活性化ペプチドが続き、酵素的に活性な（成熟）タンパク質（223〜252アミノ酸）として合成されることが予測されています。
6. 基質結合ポケットのアミノ酸はアスパラギン酸またはグルタミン酸であり、トリプシン様の特異性を示すか、hK3（セリン）、hK7（アスパラギン）、hK9（グリシン）の場合のように他のアミノ酸です。
7. 触媒アミノ酸トライアドの保存に加えて、カリクレインにおいても7つの追加のタンパク質モチーフが高く保存されていることがわかりました。
8. ほとんどのカリクレイン遺伝子はステロイドホルモンの調節下にあります。
9. すべてのタンパク質は10〜12のシステイン残基を含み、5または6のジスルフィド結合を形成します。システイン残基の位置も完全に保存されています。
10. 古典的または変異型のポリアデニル化信号は、すべてのカリクレインmRNAのポリAテールから10〜20塩基離れた位置に見つかっています。すべての3つの古典的カリクレインは同じ変異型ポリアデニル化信号AGTAAAを持っています。すべてのカリクレインタンパク質の多重アラインメントは以前に発表されています。

図1. カリクレインの遺伝子、mRNAおよびタンパク質構造。（Kalinska M, et al. 2016）

調節

いくつかの報告は、多くのカリクレインが内分泌関連組織および細胞株においてステロイドホルモンの調節下にあることを確認しました。異なる組織において、カリクレイン遺伝子は組織特異的なパターンでホルモン調節を受けています。例えば、KLK4は前立腺および乳がん細胞株においてアンドロゲンによって上方調節され、子宮内膜がん細胞株においてエストロゲンによって上方調節されます。KLK12は前立腺がん細胞株においてアンドロゲンおよびプロゲステロンによって上方調節され、乳がん細胞株においてエストロゲンおよびプロゲステロンによって上方調節されます。KLK14およびKLK15は主にアンドロゲンによって調節されます。一般的に、ほとんどのカリクレイン遺伝子は、主にアンドロゲンまたはエストロゲン/プロゲステロン/グルココルチコイドによって調節されていると結論できます。

疾患

カリクレインが多くのヒト疾患の病因に関連していることが確認されています。例えば、KLK1遺伝子は炎症、高血圧、腎性腎炎、糖尿病性腎疾患に関与しています。hK5およびhK7と皮膚疾患との関係は、病理学的角化および乾癬を含めてすでに報告されています。さらに、多くのカリクレインは中枢神経系（CNS）において重要な生理的役割を果たしているようです。カリクレインの発現は、乾癬、魚鱗癬、鱗状増殖、表皮の厚さ、過角化、尋常性乾癬、脂漏性角化症、扁平苔癬、扁平上皮癌などのいくつかの皮膚疾患の病因にも関与している可能性があります。カリクレインと癌との関連は確立されています。hK3およびhK2は前立腺癌の有用なバイオマーカーです。KLK6およびKLK10は、もともと乳がんライブラリからの差分ディスプレイによって分離されました。hK6およびhK10は卵巣癌の新たな診断マーカーとして浮上しています。また、hK11は卵巣および前立腺癌の潜在的なマーカーであることが示されています。

参考文献