NDPK

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序論

ヌクレオシド二リン酸キナーゼ（NDPK）遺伝子は進化的に高度に保存されており、複雑かつ多様な生物学的機能を担う。NDPKは、アデノシン三リン酸（NTP）とヌクレオシド二リン酸（NDP）間で高エネルギーリン酸基の転移を触媒することに加え、NDPK活性およびタンパク質ホスホトランスフェラーゼ活性を有し、転写制御およびシグナル伝達にも関与する。カイコのヌクレオシド二リン酸キナーゼのcDNA配列は、カイコ蛹cDNAライブラリーから取得した。当該cDNA配列は全長575 bpで、465 bpのオープンリーディングフレーム（ORF）を含み、154アミノ酸残基からなるヌクレオシド二リン酸キナーゼをコードしていた。クローニングしたカイコヌクレオシド二リン酸キナーゼ遺伝子をpET-28aに挿入して組換えプラスミドを構築し、Escherichia coliに形質転換後、発現誘導を行った。得られた組換えタンパク質はニッケルイオンアフィニティクロマトグラフィーカラムにより精製し、組換えカイコヌクレオシド二リン酸キナーゼを取得した。

機能

ヌクレオシド二リン酸キナーゼ（NDPK）は、NME（NM23とも呼ばれる）遺伝子にコードされるヌクレオチド代謝酵素である。NDPKは、ヌクレオシド三リン酸（NTP）からヌクレオシド二リン酸（NDP）、特にGDPへリン酸を転移する反応を触媒するユビキタス酵素であり、リン酸化ヒスチジン中間体の形成を伴うピンポン機構により進行する。本反応における主要なリン酸供与体はATPであり、細胞内濃度が他のヌクレオシド三リン酸よりもはるかに高いことから、主としてミトコンドリアの酸化的リン酸化により供給される。哺乳類では、NME/NDPKファミリーに属する遺伝子が10種同定されている。これらは、1つまたは2つのNDPK構造ドメイン、あるいは最終的に機能が十分に解明されていない他の構造ドメインと連結した短縮型NDPK構造ドメインを有するタンパク質をコードする。

転移におけるNDPK

転移はがん患者の主要な死亡原因である。転移の第一段階は、基底膜が破綻し、腫瘍細胞が間葉系線維のI型コラーゲンを介して浸潤性に移動することにより、上皮内癌から浸潤癌へと形質転換する過程である。続いて腫瘍細胞は循環系へ侵入し、二次臓器へ遊出して定着し、転移巣を形成する。この過程には膜型1マトリックスメタロプロテアーゼ（MT1-MMP）が関与するものの、上皮内癌から浸潤癌への形質転換機序は依然として大部分が不明である。NME1が最初の転移抑制遺伝子として同定されたことにより、この新たなクラスの転移播種制御因子の研究領域が開拓された。腫瘍抑制遺伝子とは異なり、転移抑制因子は原発腫瘍の増殖を全般的に抑制することなく、in vivoでの転移を抑制する。

タンパク質ヒスチジンキナーゼとしてのNDPK

NDPキナーゼとしての既知の役割に加え、NME/NDPKタンパク質が哺乳類においてプロテオヒスチジンキナーゼとして機能することを示す新たなエビデンスが得られている。NME2/NDPK-Bについては、少なくとも2つの基質が同定され、より詳細に検討されている。すなわち、三量体Gタンパク質のβサブユニットおよびカリウムチャネルKCa3.1である。前者では、NME2がβ/γと複合体を形成し、三量体Gタンパク質の二量体を形成することで、NME2のHis118からGβサブユニットのHis266へリン酸リレーが生じる。これにより最終的にGDPからGTPが生成され、Gタンパク質共役受容体の受容体非依存的活性化をもたらす。もう一つの十分に実証された例として、NME2を介したK⁺チャネルKCa3.1の活性化が挙げられ、これはCD⁴⁺細胞によるサイトカイン産生を誘導する。

結論

過去30年間にわたるNDPKファミリーの広範な解析により、細胞病態生理における多面的な役割と、その基盤となる分子機序が明らかになりつつある。単純なキナーゼ活性から出発した本分野は、現在では10種類の異なるアイソフォームという複雑性に直面しており、各アイソフォームは固有の特性を有し、しばしば代替的または付加的な活性も示す。これら異なるアイソフォームの役割は、特定の標的および細胞内局在に依存することは疑いない。多くの研究は、最も高発現する2つのアイソフォームであるNME1およびNME2の特異的役割に焦点を当てており、特にNME1の抗転移機能が強調されている。