LIMキナーゼ

LIMキナーゼ（LIN-11, Isl-1, MEC-3）は、アクチンに結合するプロテインキナーゼのファミリーの1つであり、アクチンフィラメント切断タンパク質/コフィリンファミリーのタンパク質をリン酸化する。LIMキナーゼファミリーは、とから構成される。

LIMキナーゼの基質としてこれまでに唯一同定されているのは、ADF/コフィリンファミリーである。LIMキナーゼはこのファミリーのメンバーを直接リン酸化して不活性化し、アクチンフィラメントの安定化をもたらす。LIMキナーゼは、Rhoファミリーの低分子量GTPアーゼを介したシグナル伝達によって活性化される。上流では、LIMK1はPAK1によって、そしてLIMK2はROCKによって、それぞれ調節されている。

LIMキナーゼが持つは、2個のジンクフィンガーを含む、高度に保存されたシステインリッチ構造を有する。ジンクフィンガーは通常DNAもしくはRNAに結合することで機能するが、LIMドメインのジンクフィンガーはタンパク質間相互作用を担っていると考えられている。LIMキナーゼはN末端に2個のLIMドメイン、そしてC末端にプロテインキナーゼドメインを有する。

細胞周期の進行における役割 LIMキナーゼはコフィリンのセリン3番をリン酸化してアクチン脱重合活性を不活性化することで、アクチン重合を調節している。LIMキナーゼは、LIMK1はスレオニン508番、LIMK2はスレオニン505番がリン酸化されることで活性化される。これらの残基は外的ストレスによって微小管重合が妨げられた際にリン酸化され、LIMキナーゼは活性化される。LIMK1とLIMK2は細胞内局在が異なるため、有糸分裂の進行において異なる役割を果たしていると考えられている。LIMキナーゼをノックアウトした実験では、どちらのLIMキナーゼも個体の完全な発生に必要不可欠ではないものの、シナプス機能や精子発生、樹状突起スパインの形状の異常が生じることが観察されている。LIMキナーゼは外的ストレスによる紡錘体組み立ての異常に関するチェックポイントに関与していると考えられており、LIMK2欠損マウスでは熱ストレスにさらされた際の精子形成の異常が高まることもこの考えを支持している。LIMK1とLIMK2は正常な細胞分裂の進行においては重要な役割を果たしてはいないと考えられている。

LIMK1

細胞内局在 LIMK1は間期や前期の間は細胞間接着部位に局在し、前中期から後期には紡錘体極、終期にはに局在している。

紡錘体の調節 LIMK1は過剰発現によって多核細胞の形成が誘発されることから、細胞質分裂時の収縮環の組み立てや解体に関与していることが示唆される。また、LIMK1はのリン酸化によってチューブリンの重合を阻害して微小管の解体を引き起こすことで、微小管安定性を調節していることが知られている。

LIMK2

細胞内局在 LIMK2は間期には細胞質全体に拡散しており、中期から後期の序盤には紡錘体に局在し、その後紡錘体中央部のmidzoneと呼ばれる領域に再分布する。後期から終期の間はこの領域の微小管と共局在している。LIMK2は後期から終期の間はアクチンやコフィリンとは共局在せず、細胞質分裂を調節する役割を果たしている可能性が示唆されているが、midzoneにおいてコフィリン以外の因子を調節しているかどうかは不明である。

紡錘体の調節 細胞周期が正常に進行している間はLIMK2は活性化されず、微小管が破壊されるイベントが発生したときにのみリン酸化されて活性化される。LIMK2の欠損によって異常な紡錘体の形成が引き起こされるが、この現象がどのように生じるのか、そしてLIMK2がどのように有糸分裂を調節しているのか、その正確な分子機構は不明である。

細胞周期の進行以外の役割 LIMK1は哺乳類の発生の終盤段階に高度に発現しており、特に上皮組織や神経組織で顕著である。心臓、腎臓、肺におけるLIMK1の濃度は発生段階に依存して変動する。LIMK2は神経組織にもみられるが、主に発現しているのは上皮である。LIMキナーゼには複数のスプライスバリアントが存在するため、これらの発現パターンを完全に理解することは特に困難なものとなっている。LIMキナーゼは、セマフォリン、神経成長因子、非古典的BMP経路の下流のエフェクターとして機能する。

神経の発生 マウスやキイロショウジョウバエでのノックアウト実験により、LIMK1は神経分化やシナプスの正常な発生に大きな役割を果たしており、特にや嗅覚系のシナプスにおいて重要であることが示されている。LIMK1はアクチン骨格の安定化によって神経筋接合部のシナプスの成長を停止させることで、シナプス伸長の調節を行っている可能性がある。また、LIMK1は樹状突起スパインの正常な発生にも寄与している。遺伝子ノックアウトは異常なスパインの形成を引き起こし、またスパインにおけるアクチンの重合、安定性、構造的可塑性はLIMK1のパルミトイル化に依存していることがレスキュー実験から明らかにされている。LIMK1はSmad非依存的な非古典的BMP経路を介して樹状突起スパインの発生と形態形成に関与しており、BMPはI型・II型セリン/スレオニンキナーゼ受容体ヘテロ二量体に結合し、これらのリン酸化と活性化を引き起こす。II型BMP受容体であるには約600アミノ酸からなる長い細胞質ドメインが存在し、このドメインがLIMK1と相互作用し、PAK1によるLIMK1の活性化を抑制する。LIMK1の活性は、BMP4の受容体結合によって引き起こされるLIMK1のBMPR-IIからの解離によって回復する。このようにして、LIMK1は樹状突起伸長の際のアクチンダイナミクスの調節に重要な役割を果たしている。また、スパインの密度はErbB4によるLIMK1の調節の影響を受け、ErbB4は膜貫通型リガンドであるを介してLIMドメインと相互作用している。

性腺細胞の発生 マウスにおけるLIMK2ノックアウト研究では、精子発生の異常とのアポトーシス率の上昇が観察され、どちらも外的ストレスへの曝露に伴って増大する。LIMK2の精巣特異的アイソフォームであるtLIMK2が存在しない場合、外的ストレスによってADF/コフィリンの過剰な蓄積による封入体形成が引き起こされる。tLIMK2は熱、放射線照射、毒素といった外的ストレスに応答してADF/コフィリンの活性を調節することで、脆弱な精子形成細胞の死を防ぐという精子発生過程における重要な役割を果たしていると考えられている。

また、LIMK1は先体反応を担うシグナル伝達経路の活性化の重要な構成要素である。マウスでは、受精能獲得時のLIMK1の阻害はアクチン重合の低下、そして先体反応を行う精子の割合の大幅な低下を引き起こす。こうした変化の原因が、先体でのエキソサイトーシスにおけるアクチン依存的イベントの変化によるものであるのか、それとも未知のLIMK1標的タンパク質を活性化できないためであるのかは明らかではないものの、LIMK1は精子発生が正しく行われ、受精能を獲得するために重要な役割を果たしている。

がんにおける役割 LIMキナーゼが関与しているいくつかのシグナル伝達経路は、その調節不全が腫瘍形成につながる場合がある。メラノーマ、胃がん、乳がん、前立腺がんでは、LIMキナーゼが調節を受けない状態となっていることが報告されている。特にLIMK1の過剰発現は転移高リスクと関連しており、がんの移動性を低下させるための創薬標的としての可能性が考えられている。

またLIMK2の活性は、微小管不安定化薬剤に対する抵抗性と関連している。こうした薬剤に対する抵抗性を有する神経芽腫細胞はLIMK2の濃度が上昇しており、これらの細胞ではLIMK2をノックアウトことで薬剤感受性が部分的に回復されることが明らかにされている。神経芽腫に由来するSH-EP細胞でのLIMK2の過剰発現は、ビンクリスチンによるアポトーシス誘導に対する抵抗性を示す。これらの知見は、微小管不安定化剤に対する抵抗性を示す小児神経芽腫において、LIMK2が治療を改善する創薬標的となりうることを示している。

出典

外部リンク