ペプチジルプロリルイソメラーゼ

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はじめに

ペプチジルプロリルイソメラーゼ（PPI）は、原核生物および真核生物の細胞に広く存在します。彼らは主に、ポリペプチド鎖のプロリン残基に対するペプチド結合のシス-トランス異性化を触媒する役割を担っています。薬剤の特異性に基づいて、PPIはシクロスポリンA（CsA）結合シクロフィリン、FK506結合タンパク質（FKBP）、およびパルブリン様PPIの3つの異なるカテゴリに分けることができます。これらの3種類のPPIは構造的にも異なります。シクロフィリンは、CsAに結合する8本のストランドからなる疎水性ポケットの存在によって特徴付けられます。FKBPは、構造の中央に短いαヘリックスを持つ5本のストランドからなる両親媒性のβシートで構成されています。パルブリンファミリーのメンバーは半分のβバレルで構成されており、その4本の逆平行ストランドは4本のαヘリックスに囲まれています。現在、真核生物のパルブリン様PPIは細胞周期の進行に不可欠であることが証明されており、パルブリン様PPIと遺伝子調節の特定の側面との関連を示す信頼できる証拠があります。いずれの場合も、彼らはタンパク質キナーゼと協調して、主要な調節成分の活性または安定性を制御するようです。

図1. ペプチジルプロリル異性化。三ペプチドpSer-Pro-Alaにおけるプロリン（赤色）の前のペプチド結合（矢印）のシス/トランス異性化（Shaw, P.E. 2002）

転写と遺伝子サイレンシングにおけるPPIの役割

PPIの機能と転写制御を結びつける最初のデータは、cMybタンパク質の調節におけるシクロフィリンに関するものです。cMybのN末端DNA結合ドメインとC末端調節ドメインとの間の分子内相互作用は、そのDNA結合を阻害します。in vitroでのこの阻害効果の研究は、シクロフィリンCyp-40を必要とし、PPI活性に関与していることを示しています。なぜなら、阻害効果はCsAによってブロックされるからです。FKBPも転写イベントに関与していることがわかっており、インターフェロン調節因子4（IRF-4）とFKBP52の結合は、PPIの活性に依存してDNA結合をブロックすることができます。前mRNA処理に関与する酵母の遺伝子スクリーニングは、遺伝子発現におけるパルブリン様PPIを示しています。Ess1の発現は、3'末端形成に欠陥のある2つの温度感受性変異体を救いました。これらの2つの変異体は、Ess1のPPIドメインに保守的な残基置換があり、タンパク質の触媒活性を低下させることがわかりました。Pin1が脊椎動物細胞の転写プロセスに直接関与しているという証拠はほとんどありません。実際、in vitro転写およびin vivoアッセイに関する研究では、Pin1がパルブリン様PPIに対する特異性が疑わしいナフタキノンであるジュグロンによって前開始複合体形成の阻害に関与している唯一の証拠が得られました。

Pin1はWWドメインのリン酸化によっても調節される

Pin1自体はタンパク質キナーゼの基質です。WWドメインにおけるSer16のリン酸化は、細胞周期依存的に調節されるようで、G2/M期の細胞には脱リン酸化されたPin1が含まれています。リン酸化されたPin1またはSer16がグルタミン酸に置き換えられたPin1変異体は、有糸分裂のリン酸化タンパク質に結合できないため、リン酸化がPin1の効果を細胞周期の後半にリン酸化された核タンパク質に制限する可能性があると推測されます。Pin1キナーゼとホスファターゼは明確に同定されていません。ポリペプチドバックボーンの立体構造は、Ser-Proモチーフの初期リン酸化速度を決定することができます。たとえば、ERK2は短いペプチド基質におけるSer-Proペプチド結合のシス型に対して明確な好みを示します。これは、複数のSer-Pro/Thr-Proモチーフを持つタンパク質（Cdc25など）において、初期リン酸化イベントが一連の交互リン酸化-異性化ステップを引き起こし、それぞれが修飾のさらなるターゲットを明らかにし、全体的な立体構造の変化を規定する可能性があることを示しています。

さらに、ペプチジルプロリル結合の立体構造は、他のWWドメインタンパク質やp Ser-Pro/p Thr-Proモチーフと相互作用するPP2Aなどのタンパク質ホスファターゼの特異性にも影響を与える可能性があり、これによりターゲットリン酸化タンパク質の半減期に影響を与えることがあります。

図2. タンパク質キナーゼとPPIを含む二段階のタグとツイストメカニズム（Shaw, P.E. 2002）