ホスホリパーゼC

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発見

1953年、アセチルコリンまたはカルバモイルコリンを膵細胞に添加するとリン脂質が産生されることが報告された。これらの研究では³²Pを用い、薬剤処理サンプルにおけるリン脂質量が対照スライスと比較して7倍増加することが検出され、細胞内にホスホリパーゼC（PLC）機能が存在することを示す最初のエビデンスとなった。1975年には、PLC製剤がホスファチジルイノシトールを切断できることが示された。1981年には、初めて精製PLC製剤が得られた。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、PIP₂とも呼ばれる）の切断により産生されるイノシトール1,4,5-三リン酸（IP₃）が、細胞内貯蔵部位からのCa²⁺ 放出を誘導し得ることが見出された。この重要な観察により、生体におけるPLC機能に関する理解が大きく進展した。最終的に、PLCβ、PLCγ、PLCδ、PLCε、PLCηおよびPLCζのcDNAがすべてクローニングされた。PIP₂は多くの細胞プロセスの制御において中心的役割を担う。PLCは、神経伝達物質、増殖因子、ヒスタミン、ホルモン等の対応リガンドによる刺激に応答し、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を介して活性化される。

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

PIP₂の切断とシグナル伝達

PLCは細胞質タンパク質であり、細胞刺激に応答して形質膜のリピッドラフトに局在し、ホスファチジルイノシトールのリン酸化体の加水分解を触媒することで、最終的に細胞内PIP₂量を制御する。これらの酵素は、30℃かつ低基質濃度条件下でホスファチジルイノシトールの加水分解速度を>1000 s⁻¹まで増加させ得ると報告されているが、>5000 s⁻¹に達する可能性も高い。PLCの優先基質であるPIP₂は、形質膜に一般的に多量存在するリン脂質ではなく、次いでホスファチジルイノシトールリン酸（PIP）、さらにホスファチジルイノシトール（PI）が基質となる。PIP₂の切断により2つの産物が生成される。その一つはジアシルグリセロール（DAG）であり、カルシウム依存性プロテインキナーゼC（PKC）を活性化し、下流エフェクターをリン酸化することで、その後の一連の細胞機能（細胞増殖、細胞極性、学習、記憶、シグナルの空間的分布の制御等）を誘導する。膜結合型DAGはさらに切断され、別のシグナル分子であるアラキドン酸を産生し得る。

もう一つの産物はIP₃であり、水溶性の低分子である。IP₃は膜から拡散して細胞質を介し、小胞体上のIP₃受容体に結合することでCa²⁺放出を誘導する。細胞質カルシウム濃度は急速に上昇し、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す。Ca²⁺ はさらに下流の転写因子を活性化し、多様な遺伝子活性化経路を誘導する。このように、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、運動性の制御において不可欠な役割を果たす。

図2．同定されたPLCファミリー6メンバーの構造（Bill, C.A.; Vines, C.M. 2021）

PLCを阻害する方法

PLC機能を阻害するために使用可能な化学的阻害剤は多数存在する。PLCの汎阻害剤として一般的に用いられる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、酵素の膜へのトランスロケーションを阻止することにより作用する。近年の研究では、ホスホリパーゼが混合ミセルに会合している場合、U73122がヒトPLCβ3と共有結合性の会合体を形成することが示されている。

しかしKleinらは、U73122が多くの研究でPLCの汎阻害剤として使用されてきたものの、PLCを阻害するのではなく、ミセルに組み込まれたヒトPLCγ1、ヒトPLCβ2、ヒトPLCβ3を程度の差はあるが活性化すると提唱した。これらの研究では精製PLCが用いられているため、U73122がPLC活性化の程度をどのように制御するのかは明確ではない。さらに、他にも少なくとも3種類のPLC阻害剤および2種類の活性化剤が知られているが、いずれも特異性に乏しい。一方、siRNAにより特定のPLCファミリーメンバーのヘテロ接合性欠失（機能低下）を誘導することで、標的を絞った結果が得られる。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同定する手法として、siRNAの活用が有力である。

近年では、CRISPR-Cas9技術を用いて特定のPLCアイソフォームを標的化することが今後進む可能性が高い。高い特異性を有する3-ホスホイノシチド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-myo-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依存性細胞においてEGFRにより誘導されるPLCγ1のリン酸化およびその他の機能を阻害し得る。この相互作用はPDK1のPHドメインを介して生じる。リン酸化の消失はPLCγ1活性ならびに下流の細胞遊走・浸潤を抑制し、抗転移薬のリード化合物として検討されている。