CK

クレアチンキナーゼ（CK、EC 2.7.3.2）はクレアチンホスホキナーゼとも呼ばれ、クレアチンのリン酸化を触媒する酵素である。CKはアデノシン三リン酸（ATP）を利用して、ホスホクレアチン（PCr）およびアデノシン二リン酸（ADP）を可逆的に生成する。したがって、PCrとADPからATPを再生することができる。CKは多様な組織および細胞種で発現しており、主として骨格筋、心筋に存在し、さらに脳、膀胱、胃、結腸にも認められる。多くの組織に広く存在することから、特異性は高くない。ATPを迅速に消費する組織・細胞、特に骨格筋では、PCrはin situでのATPの迅速な緩衝および再生のためのエネルギー貯蔵庫として機能するとともに、PCrシャトル（回路）による細胞内エネルギー輸送にも関与する。CKは骨格筋のエネルギー代謝において極めて重要である。CK濃度は筋壊死または筋疾患により上昇し得る。このため、CKはCK高含有組織の障害マーカーとして臨床検査で測定され、ミオパチーの評価目的でも測定される。

Figure 1. CKはクレアチンのリン酸化を触媒する。（Bais R; et al. 1982）

種類

CKには、異なる遺伝子にコードされる複数のタイプが存在する。CKは、筋型（M）または脳型（B）のいずれかのサブユニットからなる二量体である。CKは主として、筋で最も活性が高いCK-MM、心臓で最も活性が高いCK-MB、脳で最も活性が高いCK-BBの3つのアイソザイムとして存在する。これらサブユニットの遺伝子は異なる染色体上に位置し、Bは14q32、Mは19q13に存在する。CKアイソザイムは、組織および種によって分布が異なることが報告されている。骨格筋ではCK-MM（98%）が発現し、CK-MBは低レベル（1%）である。これに対し、心筋ではCK-MMが70%、CK-MBが25～30%発現する。CK-BBは主として脳および平滑筋（血管および子宮組織を含む）で産生される。正常血清CKは主にCK-MMアイソザイムであり、血清CK濃度は筋肉量を反映するため、一般に男性は女性より高値となる。CK-MBアイソザイムはほぼ心筋に存在し、血清中CK-MBの上昇は心筋細胞障害に対して高い特異度および感度を有する。さらに、CK酵素にはミトコンドリア内（mtCK）にも追加の形態が存在し、ユビキタス型およびサルコメア型があり、いずれも4つの二量体からなる八量体である。これらの異なる形態は、多様な細胞種におけるエネルギー貯蔵の管理に不可欠である。CKのこれらの形態はアミノ酸構造が異なるものの、機能は概ね同様である。わずかな機能的差異により、CKは異なる環境下で作用できる。

構造

CKは特定のアミノ酸配列からなるタンパク質であり、適切にフォールディングされることで三次元構造を形成し、特定の分子と相互作用できるようになる。CKのアミノ酸は、折りたたまれた際にクレアチンおよびPCrの双方との相互作用能を高め、他の分子よりもそれらに対して優先的に結合し得る点で特異的である。CKにはATPおよびADPとの相互作用に特化した別の部位も存在する。両分子がCKに結合し得るため、ATPのリン酸基がクレアチンに付加される、またはPCrのリン酸基がADPへ転移されることで、ATPの生成または消費が生じる。

高分解能電子顕微鏡法およびタンパク質X線結晶構造解析により、複数の真正なCK構造が同定されている。最初に解かれたCKファミリーのX線構造はサルコメア筋型ミトコンドリアCKであり、その後にユビキタス型u-mtCKの構造が続いた。両ミトコンドリアCKアイソフォームはいずれも4回対称性を有する高度に対称な八量体構造を示す。細胞質型CK-BBおよび筋型CK-MMは、各サブユニットに1つの活性部位を有する、バナナ状の対称二量体を形成する。

機能

ミトコンドリアCKはミトコンドリア膜間腔に存在し、ミトコンドリアで産生されたATPと細胞質から取り込まれたクレアチンからPCrを再生する。ミトコンドリアCKと細胞質CKは、いわゆるPCr/Crシャトル（回路）で連結されている。ミトコンドリア内のmtCKにより産生されたPCrは、腎臓におけるナトリウム貯留に関連するナトリウム/カリウムATPアーゼ、ならびに筋収縮に関与するアクトミオシンATPアーゼおよびカルシウムATPアーゼなど、ATP依存性プロセスに結合した細胞質CKへと輸送される。結合型の細胞質CKは、細胞内をシャトルされたPCrを受け取り、ADPを用いてATPを再生し、再生されたATPはATPアーゼのエネルギー源として利用される。CKはATPアーゼと密接に関連し、機能的に共役したマイクロコンパートメントを形成する。PCrはエネルギーバッファとしてのみならず、ATP産生部位（ミトコンドリアおよび解糖系）とATPアーゼとの間での細胞内エネルギー輸送形態としても機能する。これにより、CKは骨格筋、心筋および平滑筋の収縮性を高め、血圧の形成にも関与する。

臨床検査

CKは医療検査室において日常的に測定されることが多い。安静時の基準値は通常60～174 IU/Lであり、1単位は規定条件下で1分間に基質1 μmolを触媒する酵素量を指す。血中CK値は生理的状態および病的状態のいずれでも高値となり得る。運動によりCKの血中への流出が最大1週間増加し、これが血中CK高値の最も一般的な原因である。血中CK高値は、心筋梗塞、横紋筋融解症、筋炎および心筋炎など、CK高含有組織の障害を示唆する場合もある。すなわち、血中CKは、薬剤使用、内分泌疾患、骨格筋疾患、悪性症候群（神経遮断薬悪性症候群）を含む多様な臨床状況で上昇し得る。さらに、アイソザイム測定は、心筋梗塞における心筋障害の指標として広く適用されてきた。

参考文献