PKC

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プロテインキナーゼC（Protein Kinase C：PKC）は、セリンおよびスレオニン残基の水酸基をリン酸化することにより他のタンパク質の機能を制御するタンパク質キナーゼ酵素群（ファミリー）である。PKC酵素は、ジアシルグリセロール（DAG）濃度の上昇やカルシウムイオン（Ca²⁺）などのシグナルによって活性化される。このため、PKCは複数のシグナル伝達カスケードにおいて重要な役割を担う。ヒトにおけるPKCファミリーは15種類のアイソザイムから構成され、必要とするセカンドメッセンジャーに基づき、従来型（クラシカル）、新規型、非定型の3つのサブファミリーに分類される。従来型PKCにはα、βI、βII、γの各アイソフォームが含まれ、活性化にはDAG、Ca²⁺、およびホスファチジルセリンなどのリン脂質を必要とする。新規型PKCにはδ、ε、η、θの各アイソフォームが含まれ、DAGを必要とするが、活性化にCa²⁺は不要である。したがって、従来型および新規型PKCは、ホスホリパーゼCと同一のシグナル伝達経路を介して活性化される。非定型PKC（プロテインキナーゼMζおよびι/λアイソフォームを含む）は、活性化にCa²⁺もDAGも必要としない。「プロテインキナーゼC」は、しばしばこれら全アイソフォームからなるファミリー全体を指す。

図1．プロテインキナーゼCの構造。

プロテインキナーゼCの構造

すべてのPKCは、ヒンジ領域を介して連結された調節ドメインと触媒ドメインを有する。触媒領域は、異なるアイソフォーム間および他のセリン/スレオニンキナーゼの触媒領域と比較して高度に保存されている。アイソフォーム間でセカンドメッセンジャー要求性が異なるのは調節領域の違いによる。PKCの触媒領域の結晶構造の多くは未解明であり、例外としてPKCθおよびPKCιが挙げられる。既知の結晶構造を有する他のキナーゼとの相同性に基づき、多くの予測がなされている。PKCの調節ドメインには、複数の共通サブ領域が含まれる。C1ドメインにはDAGおよび、加水分解されない非生理的アナログであるホルボールエステルの結合部位が存在する。このドメインは機能的であり、従来型および新規型の両アイソフォームでDAGに結合できる。しかし、非定型PKCのC1ドメインはDAGまたはホルボールエステルに結合できない。C2ドメインはCa²⁺センサーとして作用し、従来型および新規型アイソフォームに認められるが、Ca²⁺センサーとして機能するのは従来型アイソフォームのみである。3クラスすべてのPKCに存在する擬似基質（pseudosubstrate）領域は、基質を模倣する短いアミノ酸配列であり、触媒ドメインの基質結合キャビティに結合する。DAGとCa²⁺が適切な濃度で存在すると、それぞれC1およびC2ドメインに結合し、PKCを膜へリクルートする。その結果、擬似基質が触媒部位から解離して酵素が活性化される。これらの相互作用が生じるためには、PKCが適切にフォールディングされ、相互作用を許容する正しいコンフォメーションにある必要がある。PKCの触媒領域は多様な機能の遂行を可能にし、またキナーゼ活性の成立に必須のリン酸化を可能にする。従来型および新規型PKCには、活性化ループ、ターンモチーフ、疎水性モチーフとして知られる3つのリン酸化部位が存在する。PKC酵素のコンセンサス配列はプロテインキナーゼAに類似しており、これはリン酸化されるSer/Thr近傍に塩基性アミノ酸を含むためである。

機能

プロテインキナーゼCは細胞質酵素である。非刺激状態の細胞では、PKCは主として不活性コンフォメーションで細胞質に分布している。セカンドメッセンジャーが生じると、PKCは膜結合型酵素となる。PKCは細胞質内の酵素を活性化し、生化学反応の制御に関与する。また、核内の転写因子にも作用し、遺伝子発現制御に関与し得る。

糖代謝の制御

肝細胞では、プロテインキナーゼCとプロテインキナーゼAが協調してグリコーゲン合成酵素をリン酸化し、グルコース重合酵素の活性を阻害するとともに、グリコーゲン代謝を促進する。

• 細胞分化の制御

Myogeninは筋細胞分化において重要な役割を担う転写因子である。筋芽細胞において、プロテインキナーゼCはmyogeninをリン酸化し、myogeninのDNA結合能を阻害することで、細胞が筋線維へ分化するのを抑制する。

• 遺伝子発現制御への関与

プロテインキナーゼCは少なくとも2つの経路で遺伝子発現制御に関与し得る。1つは、プロテインキナーゼがリン酸化カスケードを活性化してMAPキナーゼをリン酸化し、リン酸化されたMAPキナーゼが遺伝子制御タンパク質Elk-1をリン酸化して活性化する経路である。活性化されたElk-1は短いDNA配列（serum response element：SRE）に結合し、別の因子（serum response factor：SRF）とともに遺伝子発現を共調節する。もう1つは、プロテインキナーゼをリン酸化して阻害タンパク質Iκ-Bを活性化し、遺伝子制御タンパク質NF-κ-Bを遊離させ、核内へ移行させて特定遺伝子の転写を活性化する経路である。

活性化

PKC活性はカルシウムイオンおよびリン脂質の存在に依存するが、リン脂質代謝中間体であるジアシルグリセロール（DAG）が存在する場合にのみ、生理的濃度のカルシウムイオンが有効に作用する。これは、DAGがPKCの基質に対する親和性を高めるためである。ホスファチジルイノシトール-4,5-ビスリン酸（PIP2）はホスホリパーゼCの作用により加水分解され、DAGとIP3を生成する。IP3は細胞内カルシウムイオンの放出を促進し、PKC活性化過程においてDAGと協調的に作用する。さまざまな化学物質または抗生物質はPKC活性に対して阻害作用を示す。阻害薬の標的部位の違いにより、阻害薬は2群に分類できる。1つは触媒領域に作用する阻害薬であり、タンパク質キナーゼ間で保存された残基に結合し得るため、PKCに対する選択性は明確ではない。もう1つは調節領域に作用する阻害薬で、Ca²⁺、リン脂質、ならびにDAG/ホルボールエステルと結合し得ることから、より高い選択性を有する。