カリクレイン

カリクレインはS1ファミリーに属するセリンプロテアーゼである。ヒトでは、血漿カリクレイン（KLKB1）に既知のパラログは存在しない一方、組織カリクレインは構造的に類似した15個の遺伝子（KLKs）によりコードされる。ヒトカリクレイン（hKs）は多様な組織で広く発現しており、血圧調節、プロホルモンのプロセシング、電解質バランスの維持から組織リモデリング、神経可塑性、皮膚の落屑に至るまで、幅広い生理機能に関与する。複数のエビデンスから、カリクレインがカスケード反応に関与し得ること、ならびに他の触媒クラスに属するプロテアーゼとのクロストークが存在し得ることが示されている。カリクレインのタンパク質分解活性は、ザイモーゲン活性化、内因性阻害因子、および内部切断により制御される。カリクレイン発現の破綻（ディスレギュレーション）は複数の疾患と関連する。

組織発現

KLK1遺伝子の発現は膵臓、腎臓、唾液腺で最も高い。KLK3およびKLK2遺伝子は多様な組織で発現するが、前立腺で最も高い。hK3およびhK2のタンパク質ならびにmRNAが、女性乳房に有意量存在し、他の多くの組織ではより低レベルであることが見出されている。KLK4も前立腺に限定された発現を示すように見えるが、乳房および他の組織でも発現することが示されている。残りのカリクレインはいずれも組織特異的ではないが、乳房、皮膚、中枢神経系、唾液腺などで優先的に発現する遺伝子が存在する。同一組織において多数のカリクレインがしばしば共発現していることは明らかであり、機能的関連性を示唆する。例えば、hK3とhK2は類似の機序により制御され、組織および体液中で高頻度に共発現することが示されている。

構造

ヒト組織カリクレイン遺伝子座は、染色体19q13.4上の261,558 bpにわたる領域を占め、非カリクレイン遺伝子を介在させることなく15個のカリクレイン遺伝子から構成される。近年、カリクレイン由来のプロセスド偽遺伝子候補がクローニングされ、少なくともさらに2つの偽遺伝子が存在する可能性が示唆されている。カリクレイン遺伝子はクラスターを形成しており、隣接する2遺伝子間の距離は1.5 kb（KLK1とKLK15）から32.5 kb（KLK4とKLK5）まで幅がある。

過去数年間にわたる広範な解析により、カリクレインに共通する多数の構造的特徴が同定されてきた。これらの特徴の一部は、S1ファミリーの他のセリンプロテアーゼとも共有されるが、他方で特定のカリクレインに固有の特徴も存在する。カリクレインに共通する構造的特徴は以下のとおり要約できる。

1. すべての遺伝子は5つのコード領域エクソンを有する（4エクソンからなるKLK4バリアントを除く）。また、多くは1～2個の追加の5′非翻訳エクソンを有する。
2. エクソンサイズは非常に類似しているか、同一である。
3. コード領域エクソンのイントロン相は全遺伝子で保存されている。イントロン相のパターンは常にI-II-I-0である。
4. セリンプロテアーゼの触媒三残基（catalytic triad）を構成する残基の位置は保存されており、ヒスチジンは常に第2コード領域エクソン末端近傍、アスパラギン酸は第3コード領域エクソン中央、セリン残基は第5コード領域エクソン開始部に位置する。
5. すべてのカリクレインタンパク質は、N末端に16～57アミノ酸からなるシグナルペプチド、続いて約3～9アミノ酸の活性化ペプチド、その後に酵素活性を有する（成熟）タンパク質（223～252アミノ酸）からなるプレプロペプチドとして合成されると予測される。
6. 基質結合ポケットのアミノ酸は、トリプシン様特異性を示唆するアスパラギン酸またはグルタミン酸である場合、あるいはhK3（セリン）、hK7（アスパラギン）、hK9（グリシン）のように別のアミノ酸である場合がある。
7. 触媒三残基の保存に加え、さらに7つのタンパク質モチーフがカリクレイン間で高度に保存されていることが見出されている。
8. 多くのカリクレイン遺伝子はステロイドホルモンにより制御される。
9. すべてのタンパク質は10～12個のシステイン残基を含み、5～6本のジスルフィド結合を形成する。システイン残基の位置も完全に保存されている。
10. すべてのカリクレインmRNAにおいて、ポリAテールの10～20塩基上流に古典型またはバリアント型のポリアデニル化シグナルが認められる。古典的カリクレイン3種はいずれも同一のバリアント型ポリアデニル化シグナルAGTAAAを有する。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既に報告されている。

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）

制御

複数の報告により、内分泌関連組織および細胞株において、多くのカリクレインがステロイドホルモン制御下にあることが確認されている。組織により、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制御を受ける。例えば、KLK4は前立腺癌および乳癌細胞株ではアンドロゲンにより発現が上昇し、子宮内膜癌細胞株ではエストロゲンにより発現が上昇する。KLK12は前立腺癌細胞株ではアンドロゲンおよびプロゲスチンにより、乳癌細胞株ではエストロゲンおよびプロゲスチンにより発現が上昇する。KLK14およびKLK15は主としてアンドロゲンにより制御される。総じて、すべてではないにしても大部分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／プロゲスチン／グルココルチコイドによるステロイドホルモン制御を受けると結論づけられる。

疾患

カリクレインが多くのヒト疾患の病態形成に関連することが確認されている。例えば、KLK1遺伝子は炎症、高血圧、腎炎、糖尿病性腎疾患に関与する。hK5およびhK7と皮膚疾患との関連については、病的角化および乾癬を含め既に報告されている。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学的役割を担うと考えられている。カリクレイン発現は、乾癬、魚鱗癬、扁平上皮増殖性病変、表皮肥厚、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、複数の皮膚疾患の病態形成にも関与し得る。カリクレインと癌との関連は確立されている。hK3およびhK2は前立腺癌の有用なバイオマーカーである。KLK6およびKLK10は、乳癌ライブラリーからディファレンシャルディスプレイにより当初単離された。hK6およびhK10は卵巣癌の診断マーカーとして注目されている。また、hK11は卵巣癌および前立腺癌の潜在的マーカーであることが示されている。

参考文献