GSK-3β

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序論

GSK-3βは、進化的に高度に保存されたセリン／スレオニンキナーゼである。哺乳類の真核細胞に広く発現しており、最初に同定されたグリコーゲン合成酵素（GS）活性の制御に加えて、多数のシグナル伝達関連の構造タンパク質および転写因子にも作用し、細胞分化、増殖、生存およびアポトーシスを制御する。がん、神経変性疾患、神経精神疾患などの主要疾患に関する研究において、治療標的としての選択が研究者からますます注目されている。

図1. GSK-3βの構造。

GSK-3βの生物学的特性

GSK-3は、ウサギ骨格筋の分画抽出物から初めて単離され、主にGSK-3αおよびGSK-3βの2つのアイソフォームが存在する。両者は触媒領域で98%の相同性を有し、N末端およびC末端がわずかに異なる。GSK-3βは肝臓における糖代謝に関与する重要な酵素であり、GSをリン酸化することでその活性を抑制し、肝臓でのグルコース合成を低下させ、in vivoで血糖濃度を上昇させる。また、インスリンシグナル伝達経路においてインスリンにより制御され、肝臓での糖同化に関与する。さらに、GSK-3βは血中グルコース濃度に影響することでBax/HKII比を調節し、その結果としてミトコンドリア膜透過性およびシトクロムC放出に影響を与え、アポトーシス制御にも関与する。

GSK3の阻害

GSK3のアミノ末端に存在するセリン残基のリン酸化（GSK-3βのSer9またはGSK3αのSer21）は、その活性を著しく阻害する。Akt、プロテインキナーゼA（PKA）、プロテインキナーゼC（PKC）、p90RSKなど、複数のシグナル伝達経路に属するキナーゼがこの部位をリン酸化し得る。この部位を阻害する他の物質も存在する。

GSK3の活性化

セリン部位リン酸化による活性阻害効果とは対照的に、GSK3のチロシン部位のリン酸化（GSK3βのTyr216、GSK3αのTyr279）は活性を促進する。GSK3の基質の多くは、まず他のプロテインキナーゼによりセリンまたはスレオニン部位がリン酸化される必要がある。このリン酸化されたセリンまたはスレオニン残基は「プライミングリン酸（initiating phosphate）」と呼ばれ、基質タンパク質のカルボキシ末端側においてGSK3のリン酸化部位から4残基離れた位置に存在し、GSK3に結合することでGSK3の作用を可能にする。

GSK-3βの機能

GSK-3βは、糖代謝、細胞内シグナル伝達、細胞増殖、成長、遊走、分化、細胞周期、胚発生、アポトーシス、インスリン応答、および各種転写因子の制御に関与し、臓器の成長と細胞死を調節する。GSK-3βは、糖尿病、アルツハイマー病、炎症、がんなど多くの疾患に関与する。GSK-3βの制御は二面的な役割を有する。例えば、GSK-3βは前立腺がんにおいてアンドロゲン受容体刺激による細胞増殖を抑制し、がん抑制因子として振る舞う。一方で、結腸がんではGSK-3βが高発現しており、GSK-3βはNF-κBにより制御される膵がん細胞の生存に促進的に作用する。

GSK-3β抗体

GSK-3β抗体は、ウサギにGSK-3βを用いて全身免疫を行い、その後GSK-3β感作B細胞をスクリーニングし、骨髄腫細胞と融合させることで、単一のGSK-3β抗体を産生し、かつ無限増殖可能なGSK-3β抗体ハイブリドーマ細胞株を最終的に作製する。グリコーゲン合成酵素キナーゼ3（GSK-3）はGSK3Bとも呼ばれ、ヒトではGSK-3βをコードする遺伝子によりコードされる酵素である。マウスでは、本酵素はGSK-3β遺伝子によりコードされる。GSK3βの異常な制御および発現は、双極性障害に対する感受性の増加と関連している。グリコーゲン合成酵素キナーゼ-3（GSK-3）はプロリン指向性のセリン／スレオニンキナーゼであり、当初はグリコーゲン合成酵素をリン酸化して不活化する因子として同定された。