ホスホリパーゼC

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発見

1953年、ある研究で、アセチルコリンまたはカルバモイルコリンを膵臓細胞に添加すると、リン脂質が生成されることが報告されました。これらの研究では、³²Pが使用され、薬物処理されたサンプルのリン脂質レベルが対照スライスと比較して7倍増加したことが検出され、細胞内におけるホスホリパーゼC（PLC）の機能の存在に関する最初の証拠となりました。1975年には、PLC調製物がホスファチジルイノシトールを切断するために使用できることが示されました。1981年には、最初の精製されたPLC調製物が得られました。数年後、ホスファチジルイノシトール4,5ビスリン酸（PI (4,5) P₂またはPIP₂としても知られる）の切断によって生成されるイノシトール1,4,5トリスリン酸（IP₃）が、細胞内貯蔵からCa²⁺ の放出を誘導できることが発見されました。この重要な観察は、生物におけるPLCの機能に対する人々の洞察を促進しました。最終的に、PLCβ、PLCγ、PLCδ、PLCε、PLCη、PLCζのcDNAがすべてクローニングされました。PIP₂は、多くの細胞プロセスを調節する中心的な役割を果たします。PLCは、細胞がチロシンキナーゼ受容体、B細胞受容体、T細胞受容体、Fc受容体、Gタンパク質共役受容体、またはインテグリン接着タンパク質によって刺激されると活性化され、神経伝達物質、成長因子、ヒスタミン、ホルモンなどの対応するリガンドを介して機能します。

図1. ホスホリパーゼC (PLC) を活性化するための3つの主要な経路 (Bill, C.A.; Vines, C.M. 2021)

PIP₂の切断とシグナル伝達

PLCは細胞刺激に応答する細胞質タンパク質であり、細胞膜の脂質ラフトを特定し、ホスファチジルイノシトールのリン酸化型の加水分解を触媒することによって、最終的に細胞内のPIP₂のレベルを制御します。これらの酵素は、30 °Cおよび低基質濃度でホスファチジルイノシトールの溶解速度を1000s⁻¹を超えて増加させることが報告されていますが、5000s^-1を超える速度に達する可能性があります。PLCの好ましい基質であるPIP₂は、細胞膜には一般的に存在しないリン脂質であり、次にホスファチジルイノシトールリン酸（PIP）、その後ホスファチジルイノシトール（PI）が続きます。PIP₂の切断は、2つの生成物を生じます。その1つはジアシルグリセロール（DAG）であり、これはカルシウム依存性プロテインキナーゼC（PKC）を活性化し、下流のエフェクターをリン酸化し、細胞増殖、細胞極性、学習、記憶、信号の空間分布などの一連の後続の細胞機能を活性化します。膜に結合したDAGは、別の信号分子であるアラキドン酸を生成するために切断されることがあります。

もう1つの生成物はIP₃であり、これは小さな水溶性分子です。これは膜から拡散し、細胞質を介して小胞体のIP₃受容体に結合し、Ca²⁺の放出を誘導します。細胞質内のカルシウムレベルは急速に上昇し、細胞活性化を示す特徴的なカルシウムスパイクを引き起こします。Ca²⁺ は下流の転写因子を活性化し、遺伝子活性化経路の多様性をもたらします。このようにして、PLCシグナル伝達は、増殖、分化、受精、細胞分裂、成長、遺伝子発現の修飾、脱顆粒、分泌、運動性の調節において重要な役割を果たします。

図2. PLCファミリーの6つの異なるメンバーの構造 (Bill, C.A.; Vines, C.M. 2021)

PLCを抑制する方法

PLC機能をブロックするために使用できる化学的阻害剤は多数あります。一般的に使用されるPLCのパン阻害剤である1-[6-((17β-3-メトキシエストラ-1,3,5(10)トリエン-17-イル)アミノ)ヘキシル]-1H-ピロール-2,5-ジオン（U73122）は、酵素の膜への転送を防ぐことによって機能します。最近の研究では、ホスホリパーゼが混合ミセルに関連付けられているとき、U73122がヒトPLCβ3と共有結合を形成することが示されています。

しかし、Klein et al.は、U73122が多くの研究でPLCのパン阻害剤として使用されているにもかかわらず、U73122はPLCを抑制するのではなく、異なる程度でミセルに組み込まれたヒトPLCγ1、ヒトPLCβ2、およびヒトPLCβ3を活性化することを提案しました。これらの研究では、PLCの精製型が使用されているため、U73122がPLC活性化の程度を調節する方法は明らかではありません。さらに、少なくとも3つの他の既知のPLC阻害剤と2つの活性化剤がありますが、特異的ではありません。しかし、特定のPLCファミリーメンバーのヘテロ接合性をsiRNAを通じて削除することで、標的結果を得ることができます。将来的には、細胞応答に関与する特定のPLCファミリーメンバーを特定するためにsiRNAを使用することが強力な方法となるでしょう。

最近、CRISPR Cas9技術を使用して特定のPLCアイソフォームを標的にすることが期待されています。非常に特異的な3-ホスファイノシチジン依存性プロテインキナーゼ1（PDK1）阻害剤である2-O-ベンジル-ミオ-イノシトール1,3,4,5,6-ペンタキスリン酸（2-O-Bn-InsP5）も、PLCγ1依存性細胞におけるEGFRによって誘導されるPLCγ1のリン酸化およびその他の機能をブロックすることができます。この相互作用は、PDK1のPHドメインを介して発生します。リン酸化の喪失はPLCγ1の活性を妨げ、下流の細胞移動および浸潤を妨げ、抗転移薬のリード化合物と見なされています。