蛋白質核酸酵素:14-3-3蛋白質ファミリー : その構造とシグナル伝達系で

● 総 説●
14-3-3 蛋白質 ファミ リー
その構造とシグナル伝達系での役割
新開史子 ・市村
徹 ・礒辺俊明
14-3-3蛋 白質 は,動 物,植 物,酵 母 に至 る真核生物 に広く分 布 し,蛋 白質の リン酸 化/
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脱 リン酸化反応 に依存 した さまざまな シグナル伝 達系での 役割が推 定され る蛋 白質 フ ァミ
リー である。そ の構造 は互 いに逆平行 に配置 され た9つ の αヘ リックスによって形成され
る グローブ状の"溝"を
もつ分子量 約28Kの サ ブユニッ トの2量 体 である。 この ファミリ
ーは
,モ ノア ミン合成系の 酵素か ら核 内因子 に至るま で,多 くの標 的酵素,蛋 白質と複合
体を 形成するが,そ の標 的にはRasの 上流,下 流 に位 置するBcr,Bcr-Abl,ポ
ウイルスMT抗
原,Raf-1キ
ナーゼ などのが ん関連遺伝 子や,cdc25ホ
リオーマ
スフ ァターゼ,イ
ノシ トール3キ ナーゼな ど,受 容体 チ ロシンキナ ーゼ に連結 した 一連 の分子 が含 まれ る。
14-3-3蛋 白質 フ ァミ リー は標 的蛋 白質の リン酸化を契 機と してこれ に結合 し,そ の活 性を
調節 し,あ るいは新たな蛋 白質複合体 を形成することで,細 胞の増殖と分化,細 胞周 期,細
胞 の運動や形態 変化,あ るい は細 胞機能 にかかわる 多彩な シグナルを調 節 していると推定
される。
TKey words
は じめ に14-3-3蛋
【14-3-3蛋 白 質 】 【シ グ ナ ル 伝 達 】 【が ん遺 伝 子 】 【リン 酸 化 】
白 質[→ 今 月 のKey
Words(p.380)]
は脳 に 多 量 に存 在 す る こ と(可 溶 性 蛋 白質 の 約1%),
が脳 に 豊 富 な酸 性 蛋 白 質 と して記 述 され たの は1967年,
モ ノ ア ミ ン を伝 達 物 質 と し て い な い神 経 細 胞 や,各
命名 は古典 的な蛋 白質分 離法 で の分画 番号 に よって い
の 臓 器,培
る。 神 経 細 胞 に局 在 し,軸 索 輸 送 に よ っ て神 経 終 末 に
ァ ミ リー に は モ ノ ア ミ ン合 成 の調 節 以 外 の 機 能 が あ る
輸 送 され る こ とが 知 られ て い た が,そ
の で は な い か と推 定 した 。 こ の推 定 は,14-3-3が
の構造 や生 理活
性 は長 年 に わ た っ て 不 明 で あ っ た。1987年,筆
この 蛋 白 質 がCa2+/カ
ゼII(CaMKII)の
ル モ デ ュ リン依 存 性 蛋 白 質 キナ ー
す さ ま ざ ま な 現 象 に か か わ っ て い る こ と を示 唆 す る そ
活 性 に依 存 して モ ノ ア ミ ン生 合 成
Toshiaki
Faculty
Toru Ichimura,
Protein
Niigata
Family:The
白質
くの酵 素 や 蛋 白 質
が この フ ァ ミ リー の 標 的 と し て 同 定 され た 。
こ う し た研 究 の 流 れ の な か で,14-3-3がRaf-1キ
ー ゼ の 活 性 制 御 を 通 じてMAPキ
東 京 都 立 大 学 理 学 部 化 学 科 生 物 化 学(〒192-03東
Tokyo Metropolitan
新 潟 大 学 理 学 部 化 学 科(〒951新
University, Igarashi,
14-3-3
Isobe,
of Science,
の 後 の 研 究 に よ っ て 裏 づ け られ,多
れ らの
構 造 を 決 定 した2∼4)。一 方,14-3-3蛋
Shinkai,
Biochemistry,
動物
だ け で な く植 物 や 酵 母 に も存 在 し,こ れ ら の生 物 が 示
ミ リー と して 存 在 す る こ とを 示 す と と も に,そ
Fumiko
養 細 胞 に も検 出 され る こ とか ら5∼8),こ の フ
者 らは
を調 節 す る 因 子 で あ る こ と を明 らか に し1),こ れ が フ ァ
分子 の1次
種
University,
Minamiosawa,
潟 市 五 十嵐 二 の 町8050)
[Department
[Department
192-03, Japan]
京 都 八 王 子 市 南 大 沢1-1)
Hachioji,
Tokyo
of Chemistry,
ナ
ナ ー ゼ カ ス ケ ー ドを
of
Faculty of Science, Niigata
951, Japan]
Structure and
Function
in Cell Signaling
Pathway
313
2
蛋 白質
核酸 酵素
Vol.41 No.4
調 節 して い る可 能 性 が1994年
れ に 続 いてBcr,Bcr-Abl,ポ
(1996)
になっ て報 告 され9∼13),こ
リオ ーマ ウイ ルスMT抗
され て い る 。 また,ラ
現 パ タ ー ン は サ ブ ユ ニ ッ トの 種 類 に よ り異 な っ て お り,
原 な ど の が ん 関 連 遺 伝 子 と も細 胞 内 で 複 合 体 を形 成 し
γ鎖 は と りわ け脳 神 経 系 に特 異 的 に 発 現 して い る7)。σ
てい る こ とが 相 次 い で報 告 され た14,15)。さ らに最 近 で は,
鎖 も ま た上 皮 細 胞 に 特 異 的 で あ る こ と が報 告 され て い
細 胞 周 期 の調 節 にか か わ るcdc25ホ
る19)。一 方,オ
オ ム ギ な どの植 物 で は,ウ イ ル ス感 染 に
よ って14-3-3の
発 現 量 が 顕 著 に増 大 す る こ とが 知 られ
ス フ ァター ゼや,細
胞 の 運 動 や 形 態 変 化 に か か わ る イ ノ シ トー ル3キ
ナー
ゼ と も複 合 体 を形 成 し て い る こ とが 報 告 され て16,17),こ
て お り20),この フ ァ ミ リーが 病 原 体 に対 す る植 物 の 刺 激-
の フ ァ ミ リー が 細 胞 膜 の 受 容 体 キ ナ ー ゼ か ら核 へ 至 る
応 答 系 の 一 翼 を 担 っ て い る もの と推 定 さ れ て い る。
14-3-3に
細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 系 の 中 枢 に 深 くか か わ っ て い る こ
とが 明 らか に な っ て き た。 本 稿 で は,最 近 発 表 さ れ た
14-3-3蛋
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ッ ト発 育 過 程 で の組 織 ご と の発
白 質 のX線
結 晶 解 析 の結 果 を含 む この蛋 白質
対 す る特 異 抗 体 に よ る脳 の組 織 化 学 で は,
神 経 細 胞 の 軸 索 や 樹 状 突 起 を含 む細 胞 質 が 明 瞭 に染 色
さ れ る 。 一 方,細
胞 分 画 法 な どの 生 化 学 的 方 法 で は,
の構 造 ・分 布 ・活 性 と,酵 母 で の 遺 伝 学 的 な解 析 な ど,
14-3-3は
現 在 ま で の研 究 成 果 を 紹 介 し,細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 系
や 小 胞 体 膜,ゴ
に お け る14-3-3蛋
い る21)。細 胞 膜 に結 合 した14-3-3の
白 質 フ ァ ミ リー の役 割 に つ い て 考 察
した 。
主 と して 細 胞 質 に存 在 し,そ の 一 部 は細 胞 膜
質 の 機 能,と
ル ジ 体 膜 な ど に結 合 し て い る と さ れ て
存 在 は,こ の蛋 白
りわ け が ん 遺 伝 子 との 関 連 で 注 目 さ れ て
お り,そ の 確 認 と膜 上 の 受 容 体 の 同 定 は こ の 分 野 の重
I. 分 布
14-3-3蛋
要 な 課 題 で あ る。
白質 フ ァ ミ リー は,ヒ
乳 類 か ら,ア フ リカ ツ メ ガ エ ル,シ
虫,ア
メ ーバ な どの 動 物,オ
ロ イ ヌ ナ ズ ナ な ど の 植 物,出
トや ラ ッ トな どの哺
II. 構 造
ョ ウ ジ ョウバ エ,線
オ ム ギ,ホ
ウ レ ン ソウ,シ
芽 酵母 や 分裂酵 母 に至 る
まで,真 核 生 物 に広 範 囲 に分 布 して い る 。PC12やSf9
1次 構造
1.
14-3-3蛋
量 約28Kの
白 質 の 機 能 単 位 は等 電 点4.6∼5.1,分
子
サ ブ ユ ニ ッ トの2量 体 で あ る 。 ヒ トや ラ ッ
な ど,実 験 系 と し て使 用 され る動 物 細 胞 由来 の 各 種 の
トな どの 動 物 組 織 で は,現 在 ま で に8種 類 の サ ブ ユ ニ
培 養 細 胞 に も存 在 す るが,大
ッ トが 確 認 さ れ(α ∼ σ),こ の うち α と δ を除 く6種
腸 菌 な どの 原 核 生 物 に は
検 出 さ れ て い な い 。 ラ ッ トな ど の 哺 乳 類 で は,脳 神 経
類 の サ ブ ユ ニ ッ トに つ い て はす べ て ア ミノ 酸 配 列 が 決
系 に特 に 高 濃 度 で 存 在 し,つ い で 副 腎 や 腸 管,リ
定 され て い る 。 また,α
ンパ
系 組 織 に比 較 的 多 く存 在 し て い る5,6)。
サ ブ ユニ ッ トに 特 異 的 なcDNAを
用 い たWatanabe
と δ は,そ
れ ぞ れ リ ン酸 化 さ
れ た β と ζ と も報 告 さ れ て い る22)。植 物 で は シ ロ イヌ
ナ ズ ナ(Arabidopsis saliana)で5種
類(ν ∼ ω),出
らの 組 織 化 学 的 な研 究 に よ れ ば6∼8,18),脳の14-3-3は,
芽 酵 母(Saccharomyces cerevisiae)や
モ ノア ミン を 伝 達 物 質 とす る黒 質-線 条 体 を含 む ほ とん
(Schizosaccharomyces pombe)で
どす べ て の領 域 に 認 め られ る 。 い ず れ の 領 域 で も,そ
BMHI,II;rad24,25)の
の 発 現 は神 経 細 胞 に 特 異 的 で,海
て い る 。 これ ら を含 め て,現 在 ま で に ア ミ ノ酸 配 列 が
馬 の錐体細 胞 や小脳
決 定 さ れ た 各 種 生 物 の14-3-3は
多 量 に 発 現 し て い る 。 ラ ッ トの 発 育 過 程 で は,14-3-3
る。
発 現 し,多
くの組 織 で は 成 長 と と も に 発 現 量 が 一 時 的
最 近,筆
14-3-3蛋
れぞれ
サ ブ ユ ニ ッ トが 同 定 され
プ ル キ ン エ細 胞 な ど,比 較 的 大 型 の 神 経 細 胞 に は特 に
は神 経 系 と リ ン パ 系 組 織 を 中 心 に比 較 的 早 期(E13)に
分 裂 酵 母
は2種 類(そ
約40種
類 に及 ん で い
者 ら は デ ー タベ ー ス に登 録 さ れ た これ らの
白 質 の ア ミノ 酸 配 列 を分 析 し,こ の 蛋 白質 フ
に増 大 し た の ち 成 体 で 減 少 す る。 さ らに あ る種 の 神 経
ァ ミ リー が 構 造 上,大
細 胞 で は,軸 索 の 伸 長 な ど,神 経 の 分 化 が 活 発 に起 こ
る こ と を見 い だ し た(図1)。
第1の
っ て い る比 較 的 初 期 の段 階(E13-P1)で
の ε鎖 を含 む グ ル ー プ で,こ
れ に は植 物 の5種 類 と酵
に増 加 す る こ とか ら,14-3-3の
類,分
314
発 現量 が一時 的
き く2つ の グ ル ー プ に分 類 され
グ ル ー プ は,動 物
発 現 が 組 織 や細 胞 の種
母 の2種
類 の分 子 種 も含 まれ る。 第2の
グル ー プ は,σ
化 の 時 期 に よ っ て 調 節 さ れ て い る可 能 性 が 指 摘
鎖 と,そ
の 他 の サ ブ ユ ニ ッ ト を含 む2つ
の サ ブ グル ー
14-3-3蛋
白 質 フ ァ ミ リー
の ア ミノ酸 配 列 は相 互 に59∼87%の
3
相 同 性 を も って い
る。 驚 くべ き こ と に,植 物 や 酵 母 に存 在 す る分 子 種 も
ま た動 物 組 織 の サ ブ ユ ニ ッ トとよ く似 た構 造 を もち,と
りわ け ε鎖 と は非 常 に 高 い 相 同 性 を 示 して い る(73∼75
%)。
す な わ ち,14-3-3の
ア ミノ酸 配 列 は生 物 種 を こ え
て 高 度 に 保 存 さ れ て い る 。 ま た あ る サ ブ ユ ニ ッ トの 配
列 は,同 一 の 生 物 に 存 在 す る別 の サ ブユ ニ ッ トよ り も,
む し ろ ほ か の 生 物 に 存 在 す る 対 応 す る サ ブ ユ ニ ッ トの
配 列 に よ く似 て い る 。 この こ と は,生 物 進 化 の 過 程 で
分 岐 し た サ ブ ユ ニ ッ トが そ れ ぞ れ独 自 の 機 能 を 獲 得 し,
そ れ ぞ れ 独 自 に 進 化 し て き た こ と を示 し て お り,た
え ば後 述 す る酵 母 で の14-3-3の
14-3-3蛋
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図1
白質 フ ァ ミリーの 系 統樹
哺 乳 類 に 存 在 す る7種
GENETYXで
計 算 した 。
示 唆 して い る。
14-3-3の
プ に 分 類 さ れ,後 者 は さ ら に2つ
タ イ プ と,γ,η
役 割 は,原 初 的 な もの
と し て動 物 や 植 物 の ε鎖 に受 け継 が れ て い る 可 能 性 を
類 の サ ブ ユ ニ ッ トの ア ミ ノ 酸 配 列 を,
サ ブ ユ ニ ッ トは,い
残 基 か ら構 成 さ れ,そ
β,ζ,θ
と
の タ イ プ,す
なわ ち
タ イ プ に細 分 類 され る。 第2
ず れ も約250ア
ミノ 酸
の 配 列 に は リー ダ ー 配 列 や 膜 貫
通 型 の 蛋 白 質 に 特 有 な 疎 水 性 領 域 は存 在 しな い2,3)。ま
た脳 か ら分 離 し た サ ブ ユ ニ ッ トの質 量 分 析 に よれ ば,脂
の グ ル ー プ の サ ブ ユ ニ ッ ト は,い ず れ も動 物 組 織 に 固
肪 酸 や 糖 鎖 付 加 な どの翻 訳 後 修 飾 は認 め られ ない(礒 辺
有 で あ る。 シ ョウ ジ ョウバ エ(Drosophila melanogaster)
ら:未 発 表)。 この 意 味 で,14-3-3は
や 線 虫(Caenorhabditis elegans)で
は,い ず れ も第2グ
同定 され た分子 種
ル ー プ の β,ζ,θ
タ イ プ に属 して
い る。
白 質 の 特 徴 を も っ て い る 。 す べ て の サ ブ ユ ニ ッ トに 共
通 な 定 常 領 域 と,そ れ ぞ れ の サ ブ ユ ニ ッ トの 特 異 性 を
決 定 し て い る非 定 常 領 域 あ る い は 可 変 領 域 は分 子 全 体
図2に
は動 物(ラ
ッ ト)由 来 の6種
トの ア ミ ノ酸 配 列 を,表1に
類 のサ ブユ ニ ッ
は これ らの 配 列 の相 同 性
に モ ザ イ ク状 に 分 布 し て い る 。 い ず れ の サ ブ ユ ニ ッ ト
に もcAMPやCa2+依
を定 量 的 に比 較 し た 「差 マ ト リ ッ ク ス 」 を 示 した 。 差
列 や,ア
マ ト リ ッ ク ス に は,典
め られ る。 分 子 のC末
型 的 な 例 と し て,シ
ロイヌ ナズ
存性 の リン酸化 の ための共通 配
ネ キ シ ンのPKC結
合 部 位 に類 似 した配 列 が 認
端1/3に
は14-3-3の
ナ と酵 母 に存 在 す るサ ブ ユ ニ ッ トの ア ミノ 酸 配 列 も加
的 な 強 酸 性 の 領 域(等 電 点3.2)が
えて 比 較 して あ る 。 動 物 由来 の6種 類 の サ ブ ユ ニ ッ ト
来 の あ る分 子 種 に は,カ
14-3-3蛋
白 質 サ ブ ユ ニ ッ トの ア ミ ノ酸 配 列 の 相 同 性 を 示 す 差 マ ト リ ッ ク ス(%)
構 造 に特 徴
あ る 。 一 方,植
ル モ デ ュ リ ン やS100な
Ca2+結
表1
典 型 的 な細 胞 質 蛋
物由
どの
合 蛋 白 質 に 特 有 なEF
ハ ン ド型 のCa2+結
合部位 に
類 似 の 配 列 が あ る こ とが 指 摘
さ れ て お り,実 際 に この 分 子
種 に は弱 いCa2+結
合 能(Kd=
∼10-4)が 報 告 され て い る23)。
ε鎖 を含 む 動 物 由 来 の サ ブ ユ
ニ ッ トで は,Ca2+の
配 位やル
ー プ の 屈 曲 に 重 要 な ア ミノ 酸
が植 物 の もの とは異 な ってお
り,対 応 す る配 列 が 必 ず し も
EFハ
β∼ σ:ラ
ッ ト,BMHI:酵
母,GF14:シ
ロ イ ヌ ナ ズ ナ 。
ン ド型 の 構 造 を とる もの
と は 考 え られ な い 。
315
蛋 白質
核酸 酵 素
Vol.41 No.4(1996)
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4
図2
14-3-3蛋
白 質 フ ァ ミ リ ー の ア ミ ノ 酸 配 列2,6,18)
ラ ッ ト由 来 のサ ブ ユ ニ ッ トの ア ミノ酸 配 列 を相 互 の 相 同 性 が 最 大 と な る よ うに 配 列 した。7種 類 のサ ブユ ニ ッ トの うち,半 分 以 上 のサブ
ユ ニ ッ トで保 存 さ れ て い る ア ミ ノ酸 を網 か け で 示 した 。 ト リプ トフ ァ ン 水 酸 化 酵 素(TPH)と
実 線 で,14-3-3の
Ca2+依 存 性,プ
316
構 造 に特 徴 的 な酸 性 領 域 を破 線 で,高
の結 合 部 位 とな っ て い る ボ ッ クス1を 太い
次 構 造 の うえで αヘ リックス を形 成 して いる領 域 をらせ んで示 した 。 また,cAMP,
ロ リ ン指 向性 の リ ン酸 化 が 推 定 さ れ るSer残
基 を*で
示 した 。
14-3-3蛋
白 質 フ ァ ミ リー
5
平 行 に重 層 す る形 で配 置 され,
全体 として はやや 屈 曲 して内
部 に溝 状 の 構 造 を 形 成 し て い
る 。 溝 の 幅 は最 長 の ヘ リ ッ ク
ス α3,α4の
長 さ 約55Å
に
相 当 し て い る。2量 体 分 子 で
は,2分
子 のサ ブ ユ ニ ッ トが 点
対 称 の 位 置 に配 置 され,全
体
と し て は分 子 内 部 に 特 徴 的 な
溝 を2つ
もつ"グ
ロ ー ブ"状
の構 造 を 形 成 し て い る(図3
a)。
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2量 体 形 成 に は,そ れ ぞれの
サ ブ ユ ニ ッ トの α1∼ α4を 含
むN末
端 約100ア
ミノ 酸 残 基
が 関 与 して い る。 す な わ ち,2
量 体 構 造 は,主
と し て α1,
α2と 相 手 サ ブユ ニ ッ トの α3,
α4の 間 の イ オ ン 結 合(α1/
Glu5:α4/Lys74,α2/
Asp21:α4/Lys85,α2/
Arg18:α4/Glu89)や,疎
水 結 合(α1/Leu12,α1/
Ala16,α3/Val62,α3/
図3
14-3-3蛋
白 質 の 高 次 構 造27)
(a)ζ 鎖 ホ モ2量 体 のX線 構 造 解 析 に よ り示 され た14-3-3蛋
白質 の高 次 構 造26)。2つ のサ ブユ
ニ ッ トをそ れ ぞ れ 緑
赤 で 塗 り分 け,ヘ リ ック ス は 円 柱 で,そ れ を つ な ぐ リ ン カ ー は リボ ンで
示 して あ る 。 ヘ リッ ク ス8と9の
て い な い 。(b)哺
間 は フ レ キ シ ブ ル ル ー プ に な う て い る た め,こ
乳 動 物 か ら酵 母 に 至 る14-3-3蛋
常 領 域 の ア ミ ノ酸 を赤 で,可
こでは描かれ
白 質 サ ブユ ニ ッ トの 配 列 で 保 存 され て いる 定
変領 域 の ア ミノ酸 を青 で 示 した。 溝 の 内側 に 定 常 領 域 の ア ミノ酸
Ile65,α4/Tyr82を
よ っ て 安 定 化 され,分
トが 極 性 の ア ミ ノ酸 側 鎖 に 富
挟 ん で2カ
な お,ヒ
ト η 鎖 に つ い て は,染 色 体 遺 伝 子 の構 造 と
染 色 体 上 の 位 置(22番)が
最 近 の 研 究 で 明 らか に な っ
て い る24,25)。
さ れ る2種
14-3-3が
細 胞 内 で 安 定 な2量
合
体 と し て 存 在 し う る大 き
子 に 最 も特 徴 的 な グ ロー ブ状 の2つ
造 の 内 部 は,そ
鎖(τ 鎖 と も よ ばれ る)な らび に ζ鎖 か ら構 成
類 の14-3-3蛋
白 質 ホ モ2量
体 のX線
構造
的 な骨 格 は,θ2,ζ2の
Arg60),α5か
い ず れ の 分 子 で も非 常 に よ く似
端 か ら α1∼ α9)と,そ
の α ヘ リッ
れ ら を連 結 す る短
い リ ン カ ー か ら構 成 さ れ て い る 。 α1∼ α9は 互 い に逆
れ ぞ れ 典 型 的 な α ヘ リ ッ ク ス を1つ 抱
か ら の 疎 水 性 側 鎖(Leu172,Leu216,Leu220,Leu
227),α3か
て い る。 そ れ ぞ れ の サ ブ ユ ニ ッ トは,9個
の溝 構
え 込 む 程 度 の 大 き さ で あ る 。 そ の 内 壁 に は,α7,α9
解 析 の結 果 が 相 次 い で 報 告 され た26,27)。
分 子 全 体 の基 本
ク ス(N末
所 で 接 触 し,結
さ で あ る。
高次構造
最 近,θ
径6∼8Å)を
して い る。 サ ブ ユ ニ ッ ト相 互 の 接 触 面 積(620Å2)は,
14-3-3分
2.
子全 体
と し て は2分 子 の サ ブ ユ ニ ッ
む 中 央 の 穴(直
が集 中 して い る。 標 的 分 子 由 来 の 仮 想 ヘ リッ ク ス を緑 色 で 示 した 。
含 む)に
ら の 塩 基 性 側 鎖(Lys49,Arg56,
ら の 極 性 側 鎖(Lys120,Asp124,
Arg127,Tyr128)な
Arg60,Lys120,Arg127は
どが 露 出 し,こ
の う ちArg56,
溝 の内部 で塩基 性 のクラ
ス タ ー を 形 成 し て い る。 こ の ク ラ ス タ ー は,C末
端
317
蛋白質
6
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表2
14-3-3蛋
核酸
酵素
白 質 フ ァ ミ リー の 標 的 蛋 白 質
蛋 白 質 以 外 の標 的分 子 は()で
トール3キ
Vol.41 No.4 (1996)
ナ ー ゼ,exoS:エ
231∼245の15ア
示 した。TPH:ト
リプ トフ ァ ン水 酸 化 酵 素,TH:チ
ロ シ ン 水 酸 化 酵 素,Pl3K:ホ
ス フ ァチ ジ ル イ ノシ
キ ソ エ ン ザ イ ムS。
ミノ酸 で 構 成 され る酸 性 ル ー プ の一 部
に,非
定 常 領 域 の ア ミノ 酸 は溝 の外 側 に,は
っ きりと
との 相 互 作 用 で 安 定 化 さ れ て い る 。 これ らの 極 性/非
局 在 して い る。 こ の こ とは,14-3-3の
極 性 の 部 分 的 な 構 造 は,そ れ ぞ れ 独 立 し て 溝 の 内 壁 に
部 構 造 が そ の 機 能 に と っ て 必 須 で あ る こ と,ま た そ の
局 在 し,全 体 と し て は標 的 蛋 白質 由 来 の ヘ リ ッ ク ス に
機 能 が 酵 母 か ら哺 乳 類 まで 保 存 さ れ て い る こ とを示 唆
対 し て両 親 媒 性 の 結 合 部 位 を形 成 し て い る よ う に み え
し て い る。 さ ら に,2量
る。
性 相 互 作 用 に 関 与 す る ほ とん ど の ア ミ ノ酸 が サ ブ ユ ニ
ッ トの 種 類 に か か わ らず よ く保 存 され て い る こ とか ら,
と し て溝 の 一 部 を構 成 す る α5の 後 半
異 な っ た サ ブ ユ ニ ッ ト問 の 結 合 に よ っ て さ ま ざ まな ヘ
鎖 で はLys122か
部 分 に位 置 して い る。 また,cAMPやCa2+依
ン酸 化 が 想 定 され るSer58やSer65は2量
存性 の リ
出 し た形 で α7と
ロ リン
,図3bに
III. 14-3-3蛋
白質 の標 的蛋 白 質
分 子 表 面 に露
α8を 連 結 す る リ ン カ ー 部 分 に存 在
して い る。
物 の14-3-3蛋
テ ロ2量 体 が 形 成 され る こ とが 推 察 さ れ る 。
体形 成 のた
め の 疎 水 性 結 合 部 位 の 内部 に埋 もれ た 形 で,プ
指 向 性 の リン酸 化 が 想 定 され るSer184は
一方
体 形 成 の た め の イ オ ン性/疎 水
ら
前 述 した ア ネ キ シ ン様 配 列(ζ
Asp136)は,主
形 成 す る溝 の 内
現 在 まで に 同 定 された14-3-3の
標 的 酵 素,蛋
推 定 され て い る機 能 と と もに 表2に
は,現 在 まで に 明 らか に され た 各 種 生
白質 の ア ミノ 酸 配 列 で,種
に よる変 異 が
ミ リー の 分 布 と構 造 の 多 様 性 を 反 映 し て,多
が 同 定 さ れ,多
白 質 を,
示 し た 。 この フ ァ
くの標 的
彩 な 機 能 が 推 定 され て い る。 一 般 的 に
ま っ た く観 察 さ れ な い厳 密 な 意 味 で の 定 常 領 域 と非 定
は,14-3-3は
常 領 域 の ア ミノ酸 を高 次 構 造 の上 に配 置 し て 示 し た27)。
す る さ ま ざ ま な シ グ ナ ル 伝 達 系 で 調 節 的 な 役 割 を担 っ
定 常 領 域 の ア ミ ノ酸 は14-3-3分
て い る と推 定 され るが,そ
318
子 が 形 成 す る溝 の 内 側
蛋 白 質 の リン酸 化/脱 リン酸 化 反 応 が 関与
の 中 心 とな る の は,CaMK
14-3-3蛋
IIやPKCが
か か わ るCa2+シ
7
白質 フ ァミ リー
グ ナ ル の 調 節 と,受 容 体
チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ に連 結 し た増 殖 ・分 化 シ グ ナ ル の 調
節 と考 え られ る 。 こ の ほ か に も,多
白 質 が 同 定 され,そ
蛋 白 質 輸 送,脂
くの標 的 酵 素,蛋
れ に対 応 して ミ トコ ン ド リ ア へ の
質 代 謝,血
液 凝 固,H+輸
送 や,核
内
で の 機 能 な どが 想 定 さ れ て い る 。
1.
モ ノア ミン合 成 と分泌 にか かわ る蛋 白質
チ ロ シ ン水 酸 化 酵 素(TH)と
酵 素(TPH)は
ト リプ トフ ァ ン 水 酸 化
そ れ ぞ れ カ テ コ ー ル ア ミン,セ
ロ トニ
ン な ど の 生 理 活 性 ア ミ ン の生 合 成 経 路 の 律 速 段 階 酵 素
で あ り,そ の 活 性 は酵 素 分 子 や 補 酵 素 で あ る テ トラ ヒ
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ドロ ビ オ プ テ リン の 生 合 成 な ど,さ
ま ざ ま な レベ ル で
厳 密 に調 節 さ れ て い る。 蛋 白 質 キ ナ ー ゼ を 介 す る活 性
調 節 は,細 胞 の刺 激-応 答 系 と して 重 要 で あ り,実 際 に
さまざ まな キナー ゼが その調節 にかか わ って いる。
CaMKIIは
TPHのN末
細 胞 内 のCa2+濃
度 に 依 存 し てTH,
端 調 節 ドメ イ ン を リ ン酸 化 す る が,リ
酸 化 酵 素 の活 性 化 に は14-3-3蛋
14-3-3はCaMKIIに
白質 が不 可 欠 で あ る1)。
よって リン酸 化 され たTH,TPH
に 選 択 的 に 作 用 し て,そ
の 活 性 を2∼3倍
る1∼3)。この 活 性 化 は加 えた14-3-3の
の 反 応 速 度Vmaxを
cAMP依
ン
上 昇 させ
量 に依 存 し,酵 素
増 大 さ せ る。 同 様 の活 性 化 作 用 は,
TPHに
存 性 蛋 白 質 キ ナ ー ゼ に よ っ て リ ン酸 化 され た
図4
モ ノ ア ミ ンの 合 成/分 泌 経 路 で の14-3-3蛋
白質 の役 割
対 して も観 察 され て い る 。 筆 者 ら は14-3-3に
よ るTPHの
活 性 化 につ い て検 討 し,そ の 作 用 機 構 を 明
在 す る が,PKCと
らか に して い る(IV節)。
一方
,副 腎 の ク ロマ フ ィ ン細 胞 で は,14-3-3がCa2+
やin vivoで
濃 度 に依 存 して カ テ コ ー ル ア ミン の エ キ ソ サ イ トー シ
2.
ス(exocytosis)を
促 進 し28),そ の抗 体 はエ キ ソ サ イ ト
ー シ ス を 阻 害 す る29)こ とが 報 告 され て い る
究 に よれ ば,14-3-3は
粒 の 成 熟(priming)に
。 最 近 の研
細 胞 膜 と ド ッキ ング し た分 泌 顆
関 与 し て い る と さ れ て お り30),
の 結 合 や 作 用 につ い て は分 子 レベ ル
の さ ら に 詳 細 な 解 析 が 必 要 で あ る。
細 胞の増 殖 と分 化 にかか わる 蛋 白質
1994年,14-3-3蛋
白質 フ ァ ミ リー が が ん 関 連 遺 伝 子
産 物 と して 知 られ て い るRaf-1,Bcr,Bcr-Ab1,ポ
オ ー マ ウ イ ル スMT抗
リ
原 と細 胞 内 で 複 合 体 を形 成 して
い る こ とが 相 次 い で 報 告 され た9∼15)。これ らの 遺 伝 子 産
細 胞 膜 直 下 の ア ク チ ン線 維 の 脱 重 合 を促 進 す る31)活 性
物 は,い
ず れ も細 胞 膜 の シ グ ナ ル 変 換 器 で あ るRasの
が 認 め られ て い る。 した が っ て,14-3-3はCa2+シ
上 流,あ
る い は下 流 に位 置 し て お り,Rasを
グナ
ル に依 存 して モ ノ ア ミ ン の 合 成 と分 泌 を促 進 す る と推
殖 ・分 化 シ グ ナ ル を増 幅 さ せ て,正
定 さ れ る(図4)。
乱 す る と考 え られ て い る。
がCa2+シ
ま た,筆 者 ら とAitkenら
グ ナ ル の 重 要 な 担 い 手 で あ るCa2+/リ
依 存 性 蛋 白 質 キ ナ ー ゼ(PKC)を
害32)す る こ とで,PKCが
ン脂 質
活 性 化4)あ る い は阻
関 与 す る シ グ ナ ル伝 達 系 を調
節 し て い る可 能 性 を指 摘 し て い る 。14-3-3の
PKCに
は14-3-3
構造 に は
対 す る アネ キ シ ン の 結 合 部 位 に類 似 の配 列 が 存
Raf-1蛋
白 質 キ ナ ー ゼ は,Rasの
り,RasがGTP型(活
介 す る増
常 な細 胞 周 期 を 撹
下 流 に位 置 し て お
性 型)に 変 換 す る と,そ れ を標
的 と して 膜 へ 移 行 し,活 性 化 し て そ の シ グ ナ ル を主 と
して 下 流 のMAPキ
達 す る。Bcrキ
ナ ー ゼ キ ナ ー ゼ(MAPKK)へ
ナ ー ゼ,慢
伝
性 骨髄 性 白血病 で染 色 体転
319
8
蛋 白質
核酸
Vol.41 No.4 (1996)
酵素
座 に よ って 活 性 化 す るBcr-Ablチ
ロ シ ンキ ナ ー ゼ と,ポ
リオ ー マ ウ イル ス に 由 来 す るMT抗
原 は,い ずれ もRas
の上 流 に 位 置 し て お り,Grb-2ア
ダ プ タ ー 蛋 白質 とグ
ア ニ ン ヌ ク レオ チ ド交 換 因 子Sosを
介 した 経 路 でRas
そ の もの を 活 性 化 す る と考 え られ て い る。MT抗
はSrcフ
ァ ミ リー キ ナ ー ゼ との 関 連 も指 摘 され て い る。
Raf-1と14-3-3の
結 合 はRaf-1キ
必 要 で あ る こ とが,ア
ナー ゼ の活 性 化 に
フ リカ ツ メ ガ エ ル 卵 や 出芽 酵 母
な どを 用 い たin vivoの
わ ち,ア
実 験 で 確 か め られ て い る。 す な
こか ら分 離 し たRafは
り高 活 性 で あ る13)。この 場 合,Rafを
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変 異 株 か ら得 られ た も の の3∼4倍
初,14-3-3に
たin vitroの
よ るRafの
はRaf-1に
過剰 発
欠損 した
実 験 で も確 か め られ10,11),14-3-3はRaf-
添 加 し た14-3-3が
射 線 の 照 射 強 度 に依 存 して酵 母 の生 存 率 が 低 下 す る。 こ
の現 象 に か か わ る酵 母 で の14-3-3の
らか に され て い な いが,こ
れ に 関 連 し て注 目 さ れ る の
あ る。cdc25蛋
細胞 膜 へ輸送 し局在 化
の後 の研究 で
必 ず し も直 接 的 にRaf-
白 質 ホ ス フ ァ ター ゼ はDNA複
合 せ ず,14-3-3を
ご く最 近,14-3-3蛋
ー ル3キ
ナ ー ゼ(PI3K)と
阻 害 す る ことが報 告 され た17)。PI3KはBcr相
SH2,SH3ド
ホ ス フ ァ チ ジ ル イ ノ シ トー ル を リ ン酸 化 す る活 性 を も
つ 触 媒 サ ブ ユ ニ ッ ト(p11O)か
らな り,そ の 活 性 は細
胞 増 殖 や 免 疫 応 答 な ど と密 接
胞 で は,NGFな
る ほ か,Rasに
Bcr-Ablキ
る。14-3-3は
示 唆 され て い る14)。
14-3-3蛋
白 質 は,こ
ンス リ
よ っ て も活 性 化 す る こ と が知 られ て い
触 媒 活 性 を もつp110と
性 を 阻 害 す る こ とで,PI3Kが
れ ら のが ん遺 伝 子 産 物 に直 接 作
の
ア ン タ ゴ ニ ス トで あ る ウ ォ ー トマ ニ ンで
ン な ど の 受 容 体 チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ と結 合 して 活 性 化 す
性 と密 接 に か か わ っ て い る こ とが,14-3-3がBcrや
ナ ー ゼ の 天 然 の 基 質 と な っ て い る こ とか ら
ど
の 分 化 刺 激 に よ っ て 突 起 伸 展 な どが み ら れ るが,こ
阻 害 され る38)。この 酵 素 は,NGFやPDGF,イ
の 結 合 が これ らの 蛋 白 質 の 活
同領 域や
メ イ ン を含 む 調 節 サ ブユ ニ ッ ト(p85)と,
ナ ー ゼ,あ る い はMT抗
意 味 は不 明 で あ る が,そ
直接結
特 異 的 に結 合 して そ の活 性 を
現 象 はPI3Kの
結 合の生物 学的
よっ て も リ
白質 がホ ス ファチジルイ ノシ ト
が 改 め て 問 題 とな って い る。 一 方,BcrやBcr-Ablキ
原 と14-3-3の
への
介 して は じめ て結 合 して安 定 な酵
に 関 連 して い る。 た と えばPC12細
の現 象 が どの よ う な機 構 に よっ て い る のか
らM期
素-基 質 複 合 体 が 形 成 さ れ る(IV節)16)。
胞 の運 動 や 形 態 変 化,細
のin vivoで
製 の完
ン酸 化 さ れ て 活 性 化 され るが,cdc25とRafは
1を 活 性 化 せ ず33∼35),また細 胞 質 に存 在 す る不 活 性 型 の
結 合 し て い る9,12)ことか ら,上 記
結 合16)で
了 シ グ ナ ル を受 け取 り,リ ン酸 化 され て 活 性 化,cdc2
Raf-1に
も14-3-3が
直 接 的 な標 的 は明
は,最 近 明 らか に さ れ た14-3-3とcdc25の
高 活 性 で あ る9)。当
す る シ グ ナ ル 分 子 と も考 え られ た が,そ
外線や放
細 胞 周 期 を 調 節 し て い る。cdc25はRafに
活 性 化 が 分 離 した 標 品 を用 い
1の 活 性 化 因 子 ま た はRaf-1を
損株で
へ の 移 行 時 間 の遅 延 は観 察 され ず,紫
通 常 の もの よ
効 果 は認 め られ な い。 また,14-3-3を
ら
へ の移 行 が 遅 くな るの に対 して,14-3-3欠
はM期
キ ナ ー ゼ を脱 リ ン酸 化 す る こ とで,G2か
欠 損 させ た卵 で は
現 し た酵 母 か ら免 疫 沈 降 したRafは14-3-3を
M期
卵の
フ リカ ツ メガ エ ル卵 に導 入 した14-3-3は
成 熟 を誘 導 し,こ
14-3-3の
原で
正 常 で は 修 復 の 完 了 ま で の時 間 が 延 長 され てG2か
結 合 し17),そ の活
関 与 す る シ グナ ル伝 達 系
を調 節 して い る可 能 性 が あ る。
用 す る こ とに よ り,受 容 体 チ ロ シ ンキ ナ ー ゼ-Ras-MAP
キ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ドを基 軸 とす る細 胞 周 期 の 制 御 系 で,
増 殖 ・分 化 シ グ ナ ル の 調 節 に関 与 して い る と推 定 さ れ
3.
標 的 に対 す るサ ブユニ ッ トの特 異性
14-3-3蛋
白 質 は 哺 乳 動 物 か ら酵 母 に 至 る真 核 生 物 に
る。 こ の仮 説 は,上 記 の ツ メ ガ エ ル 卵 で の 研 究 の ほ か,
共 通 の細 胞 成 分 で あ り,蛋
出 芽 酵 母 で の2種
化 反 応 に 依 存 し た 多 くの シ グ ナ ル 伝 達 系 で 基 本 的 な役
類 の14-3-3遺
伝 子 の うち,ど
ち らか
白質 の リ ン酸 化 や 脱 リ ン酸
1つ を 欠 損 さ せ た もの で は正 常 な細 胞 増 殖 が 抑 制 され る
割 を担 っ て い る と推 定 さ れ る。 こ の 意 味 で は,14-3-3
こ と36,37),また2つ とも欠 損 させ た場 合 には致 死(lethal)
はCa2+シ
に な る とい う遺 伝 学 的 な解 析 の 結 果 か ら も強 く支 持 さ
生 物 学 的 な 重 要 性 を もつ 蛋 白質 と考 え られ る が,前 者
れ る36)。分 裂 酵 母 で は,14-3-3がDNA修
復 に関連 す
は フ ァ ミ リー を形 成 し て い る点 で 単 一 遺 伝 子 に コー ド
る細 胞 周 期 の チ ェ ッ ク ポ イ ン トシ グ ナ ル の調 節 に か か
さ れ る カ ル モ デ ュ リ ン に比 べ て よ り複 雑 で あ る。実 際
わ っ て い る こ とが 明 らか に さ れ て い る36)。す な わ ち,紫
に,脳 か ら分 離 した14-3-3蛋
外 線 や 放 射 線 の 照 射 でDNAに
イ ブ リダ イ ゼ ー シ ョ ンに よる組 織 化 学 的 な研 究6∼8,18)か
320
損 傷 を与 えた 酵 母 で は,
グ ナ ル伝 達 系 で の カル モ デ ュ リ ン に匹 敵 す る
白 質 の解 析 や,in situハ
14-3-3蛋
ら,細 胞 内 に はホ モ2量 体 の分 子 種 と と もにヘ テ ロ2量
分 子 種 ご と に異 な る こ と を観 察 し て い る(市 村 ら:投 稿
体 も存 在 し,ま た 多 くの 分 子 種 が 同 一 の細 胞 内 に共 存
準 備 中)。
し て い る こ とが 示 唆 さ れ て い る 。 一 方,組
程 で の14-3-3の
織 の形成 過
発 現 パ ター ン は サ ブ ユ ニ ッ トの種 類 に
細 胞 内 に 存 在 す る14-3-3分
子 の サ ブ ユ ニ ッ ト組 成,
特 に ヘ テ ロ2量 体 の 確 認 と そ の 組 成,そ
れ ぞ れ の2量
よ り異 な る ほ か,γ 鎖 や σ 鎖 は神 経 細 胞 や 上 皮 細 胞 に
体 分 子 の 分 布 の 特 異 性,と
局 在 し,ま た あ るサ ブ ユ ニ ッ トは細 胞 膜 や 細 胞 内 小 器
に 対 す る結 合 や 作 用 の特 異 性 の 問 題 は,14-3-3蛋
官 に 結 合 して 存 在 して い る と考 え られ る(I節)。14-3-
が フ ァ ミ リ ー を形 成 して い る こ との 生 物 学 的 な意 味 や
3蛋 白 質 フ ァ ミ リー が 示 す こ う した分 布 の 多 様 性 や,そ
こ の フ ァ ミ リー の 機 能 と 関 連 して 今 後 の き わ め て 重 要
れ ぞ れ の サ ブ ユ ニ ッ トの構 造 が 生 物 種 を こ え て 高 度 に
な研 究課 題 で ある。
保 存 さ れ て い る こ と(II節)は,14-33の
や,あ
る い は作
る細 胞 に特 有 な シ グ ナ ル の伝 達 に か か わっ て い
対 して は,脳
ッ ト(α ∼ η鎖)か
白質
白質
IV.
14-3-3蛋 白 質 の作 用 機 構
れ ぞ れ の2量 体 分 子 が 独 自 の 役 割
る 可 能 性 を示 唆 して い る 。
TPHに
りわ け各 種 の 酵 素,蛋
サ ブユニ ッ
トが そ れ ぞ れ 独 自 の 標 的 蛋 白 質 と結 合 し,あ
用 を 示 す こ とで,そ
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9
白質 フ ァミ リー
標 的 との結合 部 位 と結 合 シグ ナル
1.
以 上 の よ う に,14-3-3蛋
か ら分 離 した7種 類 のサ ブユ ニ
ら再 構 成 し た14-3-3ホ
モ2量
体が
白 質 フ ァ ミ リー はが ん 遺 伝
子 産 物 を含 む 多 くの標 的 酵 素,蛋
白質 に結 合 し,そ の
活 性 や 蛋 白 質 相 互 作 用 を 調 節 す る と考 え られ る が,多
す べ て 同 じ程 度 の活 性 化 能 を示 す こ とが 明 ら か に さ れ
くの 例 で は そ の分 子 機 構 の詳 細 が よ くわ か っ て い な い 。
て い る3)。 これ に対 して 植 物 由 来 の あ る分 子 種(GF14)
この 点 で比 較 的 研 究 が 進 んで い るTPHの
は,TPH,PKC,ADP-リ
ボ シル 化 反 応 に お い て動 物
は,反
応 は,(1)CaMKIIに
の も の と 同様 の活 性 を 示 す に もか か わ らず,14-3-3の
(2)リン酸 化TPHへ
1つ の分 子 種 を欠 損 した 酵 母 の細 胞 増 殖 能 の低 下 を救 助
る。
(rescue)で
きな い39)。一 方,が
ブ とす る酵 母tow-hybrid
ん関連 遺伝 子 を プロー
systemで
は,14-3-3の
特定
よ るTPHの
の14-3-3の
14-3-3とTPHの
て い る40)。TPHは
活 性 化 の例 で
リ ン 酸 化 と,
結 合 の2段
結 合 は,TPHの
階 で進 行 す
リン酸 化 に依 存 し
触 媒 活 性 を もつC末
端 側 触 媒 ドメ イ
の サ ブ ユ ニ ッ トの み が 標 的 と して 分 離 さ れ て い る。 た
ン と,リ ン酸 化 部 位 を 含 むN末
と え ば,Raf-1に
構 成 され て い る 。 調 節 ドメ イ ン は,通 常,触
対 し て は β 鎖 と ζ鎖 が9),cdc25に
対 して は β 鎖 と ε鎖 が16),MT抗
原 で は ε鎖 と ζ鎖
が15)そ れ ぞ れ 同 定 され て い る(表2)。
に は,報
告 さ れ た 事 実 が,そ
た だ し こ の場 合
れ ぞ れ の サ ブ ユ ニ ッ トの
結 合 や 作 用 の特 異 性 を示 す も の な の か,あ
るい はそれ
ン の活 性 を抑 制 し て お り,プ
端 側 調 節 ドメ イ ンか ら
媒 ドメ イ
ロテ アー ゼ によ って調節
ドメ イ ン を 除 去 す るな どの 処 理 に よ って 活 性 化 す る。 こ
う した 事 実 か ら,14-3-3は
ンを標 的 としてTPHに
リ ン酸 化 さ れ た 調 節 ドメ イ
結 合 し,そ の 高 次 構 造 を変 化 さ
ぞ れ の 実 験 で 使 用 さ れ た ラ イ ブ ラ リー の サ ブ ユ ニ ッ ト
せ る こ とで触 媒 ドメ イ ン を分 子 表 面 に 露 出 させ てTPH
含 量 な どの 特 性 を反 映 した もの な の か は必 ず し も明 ら
を活 性化 す る と考 え られ る(図4)。
か で は な い 。 こ こで 分 離 され た β,ε,ζ
鎖 は いず れ も
14-3-3と
が ん遺 伝 子 産 物 との 結 合 に つ い て は,Raf-
組 織 で の含 量 が 高 いサ ブ ユニ ッ トで あ り,実 際 に,tow-
1で 比 較 的 詳 細 に調 べ られ,TPHの
hybrid systemで
機 構 が 推 定 され て い る。 それ に よ る と,Raf-1の
場合 に
も,主
ミ ノ酸
は分 離 さ れ て い ない η鎖 も またRaf-
1に 結 合 す る こ とが,η 鎖cDNAを
人 為 的 に 導 入 した
酵 母 の 実 験 で 示 され て い る10)。これ と同 様 の 問 題 が,あ
と し て そ のN末
136∼322)が14-3-3と
る 作 用 を 指 標 と して 特 定 の サ ブ ユ ニ ッ トを分 離 し た と
ドメ イ ン に はPDGF刺
す る多 くの 報 告 で も認 め ら れ,サ
Ser259が
ブ ユ ニ ッ トの 特 異 性
場 合 と同 様 の 分 子
端 調 節 ド メ イ ン(ア
の 結 合 に 関 与 し て い る41)。こ の
激 に依 存 して リン酸 化 され る
含 まれ る 。Raf-1はSer259の
リン 酸 化 に よ
に つ い て は現 在 ま で 確 実 な 証 拠 が 得 られ て い な い 。 な
って 構 造 変 化 を し,膜 に移 行 して 活 性 化 され るが42),こ
お,こ の問 題 につ いて 最 近 筆 者 らは,GST標
の セ リン を ア ラ ニ ン に置 換 し た 変 異 体 は14-3-3と
3-3を プ ロー ブ と した 実 験 で,リ
識 した14-
ン酸 化 処 理 し た ラ ッ ト
脳 抽 出 液 か ら分 離 され る標 的 蛋 白質 の種 類 が14-3-3の
し な い 。 さ らに,14-3-3とRaf-1の
結 合 はRaf-1の
リ ン酸 化 処 理 に よ っ て 阻 害 さ れ33),Raf-1と
結合
脱
結合 した
321
蛋 白質
10
核酸
Vol.41 No.4 (1996)
酵素
複合体形成の分子機構
2.
14-3-3蛋
白 質 は,標
的 蛋
白質 の リ ン酸 化 を 引 き金 と し
て 標 的 と結 合 す る と考 え られ
る。 調 べ られ た 範 囲 で は,こ
の リ ン 酸 化 は い ず れ もSer/
Thrに
ト リ プ トフ ァ ン 水 酸 化 酵 素(TPH)と
図5
哺 乳 類,植
物,酵
の 結 合 部 位(ボ
ッ ク ス1)の
ア ミ ノ 酸 配 列41)
特 異 性 を もつ キ ナ ー ゼ
に よ る もの で あ る。 こ の意 味
母 の サ ブ ユ ニ ッ トで保 存 さ れ て い る ア ミ ノ酸 を 白抜 き で示 した。
で は。14-3-3の
14-3-3は
ホ ス フ ァタ ー ゼ に よ るRaf-1の
阻 害 す る こ とか ら,14-3-3-Raf-1複
TPHの
場 合 と同 様 にRaf-1の
脱 リン酸 化 を
を形 成 す る多 くのSH2蛋
白 質,と
リン酸 化 が 必 要 と考 え ら
活 性 を もた な いGrb-2ア
ダ プ ター 蛋 白 質 と よ く似 て い
る。Grb-2な
Bcr-Ablで
は,主
と し てbcr遺
に コ ー ド され て い る領 域(ア
リ ン酸 化 に依 存 し て複 合 体
合 体 の 形成 に は
れ る。
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結 合 特 性 と作 用 は,Tyrの
標 的 に対 す る
伝 子 の 第1エ
キソン
ミ ノ酸298∼412)が14-
ど のSH2蛋
りわ け それ 自身 酵 素
白 質 で は,リ
ン酸 化Tyrを
含 む 数 残 基 の 短 いペ プ チ ド配 列 を 認 識 し,こ れ に 直 接
結 合 して 複 合 体 を形 成 す る 。これ に対 して14-3-3で
は,
3-3と の結 合 に 関 与 して い る14)。Bcrと 結 合 し た14-3-
標 的 とす る多 種 多 様 な 酵 素 や 蛋 白 質 の リ ン酸 化 ア ミ ノ
3はBcrの
酸 の 周 辺 に は 共 通 の 配 列 は認 め られ な い 。14-3-3と
脱 リ ン酸 化 処 理 で解 離 す る33)ことか ら,こ の
場 合 に も,Bcrの
リン酸 化 が14-3-3と
の 結 合 に必 要 と
考 え られ る。
一方
,標 的 に対 す る14-3-3の
最 近,筆
結 合 部 位 に 関 連 して,
者 ら は リン酸 化 され たTPHと
必 要 な14-3-3の
の複 合 体 形 成 に
結 合 部 位 を,大 腸 菌 で発 現 した η鎖 の
変 異 体 を用 い た実 験 で 同定 した43)。TPHと
14-3-3に
結 合 領 域 が 比 較 的 限 定 さ れ て い るRaf-1,Bcrに
CysとSer/Thrに
特 徴 的 な 強 酸 性 のC末
の 結 合 で は,
端 領 域 の一 部 の構 造
(ボ ッ ク ス1:171∼213,図5)の
存 在 が必 要か つ十分
で あ る。 す な わ ち,ボ
み を もつ 変 異 体 は リ
ッ ク ス1の
配 列 がMT抗
の
は,
富 ん だ 配 列 が 存 在 し,こ れ と類 似 の
原 に も存 在 す るが,TPHの
調 節 ドメイ ン
に は こ う した配 列 は認 め られ な い(新 開 ら:未 発表)。 し
たが っ て,14-3-3と
標 的 の 結 合 は,よ
り高 次 の構 造 に
規 定 さ れ た ア ミノ 酸 側 鎖 間 の 相 互 作 用 に依 存 し て い る
と考 え られ る。
II節 で 詳 し く述 べ た よ うに,14-3-3蛋
最 も大 き な特 徴 は,分
白質 の構 造 の
子全体 で形 成 す るグ ローブ状の
ン酸 化TPHと
特 異 的 に結 合 し,ボ ック ス1の み を除 去
溝 で あ り,そ の 内部 に は塩 基 性 あ る い は疎 水 性 の ク ラ
した14-3-3変
異 体 はTPHに
ス タ ー が 露 出 し て い る。 この 構 造 は,14-3-3が
らはRaf-1と
結 合 しな い 。 一 方,Luo
の結 合 部 位 が14-3-3のC末
端100ア
ミノ
酸 か ら な る領 域 に あ る こ と を示 し て い る44)。筆 者 ら は,
(1)Raf-1に
対 す る14-3-3の
含 まれ る,(2)ボ ッ ク ス1の
結 合 部 位 に はボ ックス1が
構 造 は ヒ トか ら植 物,酵
に至 る まで 非 常 に よ く保 存 さ れ て お り(図5),植
来 の14-3-3も
す,(3)ボ
動 物 の もの と同 様 のTPH活
ッ ク ス1は
形 成 に重 要 な ヘ リ
α8を 構 成 して い る(図3)こ
とか ら,こ
の 領 域 が が ん 遺 伝 子 を 含 む 多 くの 標 的 酵 素,蛋
対 す る14-3-3の
る。
322
白質 に
主 要 な 結 合 部 位 にな っ て い る と推 定 し
て い る。 た だ し,TPHとRafの
ク ス1以
物由
性 化 能 を示
高 次 構 造 の う え で は標 的 か ら の ヘ
リ ッ ク ス を抱 え込 む た め の"溝"の
ッ ク ス α7と
母
由来 す る α ヘ リッ ク ス,特
に リン酸 化Ser/Thrを
標的に
含む
極 性 ア ミ ノ酸 と疎 水 性 ア ミ ノ酸 か ら な る両 親 媒 性 の ヘ
リ ッ クス を溝 の 内 部 に包 み 込 む こ とで 標 的 を捕 捉 し,複
合 体 を安 定 化 し て い る こ と を強 く示 唆 し て い る。 この
場 合,結
合 の 引 き金 とな るSer/Thrリ
ン酸 化 は,標 的
の 高 次 構 造 を 変 化 させ て ヘ リ ッ ク ス を 分 子 表 面 に露 出
す る と と もに,14-3-3の
溝 内 部 の 塩 基 性 ク ラ ス ター に
対 す る イ オ ン性 の 結 合 部 位 を提 供 す る も の と推 定 され
る(図6)。14-3-3に
は,コ
ム ギ胚 芽 抽 出 液 中 で合 成 し
た ミ トコ ン ド リア 蛋 白 質 に 結 合 す る こ とで,そ
の 重合
を抑 え る活 性 が あ る こ とが 知 られ て お り45),そ の直 接 の
い ず れ の場 合 に もボ ッ
標 的 配 列 が 塩 基 性 お よび 疎 水 性 ア ミ ノ酸 に 富 む 両親 媒
外 の弱 い結合 部位 が あ る ことが示唆 されて い
性 の 構 造 で あ る こ と は,こ の モ デ ル を支 持 し て い る。
14-3-3蛋
Raf-1とBcrが,14-3-3を
11
白質 フ ァミ リー
介 して細 胞 内 で 複 合 体 を形
成 し て い る こ とが 示 唆 され て い る。 また,14-3-3の
的 と し て 同 定 され た が ん 遺 伝 子 は,多
身 がSH2/SH3ド
メ イ ン を も ち,細
し て 存 在 し,あ
標
くの 場 合 そ れ 自
胞 内 で は複 合 体 と
る い は刺 激 に よ っ て 複 合 体 を形 成 す る
と考 え られ る。 た とえ ば,PI3Kは
受 容体 チ ロシンキナ
ー ゼ と結 合 す る ほ か ,MT抗
原 やSrcと
成 し,BcrはGrb-2やSosと
結 合 す る。 この 場 合,14-
も複 合 体 を形
3-3の サ ブ ユ ニ ッ トが それ ぞ れ 別 の標 的 を結 合 す る と仮
定 す る と,2種
く複 雑 な"シ
類 の複 合 体 は14-3-3を
グ ナ ル 伝 達 複 合 体"を
え られ る。 そ の 結 果 は,た
介 して よ り大 き
形 成 す る こ とが 考
と え ばRasの
上 流 ・下 流 の
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分 子 が 同 時 に結 合 して シ グ ナ ル 伝 達 の 迅 速 化 が 可 能 で
あ り,あ る い は異 質 の 細 胞 応 答 を ひ き起 こす2つ
のシ
グ ナ ル 伝 達 系 を 同 時 に活 性 化 す る こ と も可 能 で あ る(図
7)。 た と えば,Raf-1とBcrは14-3-3の
存 在 下 で のみ
複 合 体 を形 成 す る46)。Raf-1とcdc25も
また14-3-3の
存 在 に よ っ て は じめ て 直 接 的 な相 互 作 用 が 可 能 で あ り,
Rasの 活 性 化 に よって細 胞 の 増 殖 ・
分 化 にか かわ るMAP
図614-3-3蛋
白 質 と標 的 蛋 白 質 と の 複 合 体 形 成 の 分 子 機
構
14-3-3蛋
白 質 は 標 的 分 子 の リン酸 化 による構 造 変 化 を契 機 と して,
そ の 調 節 ドメ イ ン の両 親 媒 性 の ヘ リッ クス と結 合 す る 。14-3-32
量 体 はサ ブ ユ ニ ッ トあ た り1分 子 の標 的 と結 合 す る こ とで,よ
破 線部)の
イ ク リ ンの カ ス ケ ー ド を 同 時 に 駆 動 す る こ とが 可 能 と
思 わ れ る。Raf-1で
り
複 雑 な シ グ ナ ル伝 達 複 合体 を形 成 す る と考 え られ る。 標 的ヘ リッ
ク ス と の結 合 に は,14-3-3の
キ ナ ー ゼ カ ス ケ ー ド と細 胞 周 期 に か か わ るcdk/cdc/サ
溝 内部 の塩 基 性(実 線)や 疎 水 性(縦
ク ラ ス ター が 関 与 して い る 。
の14-3-3の
結 合 部 位 がRasと
の結
合 部 位 と は独 立 に 存 在 す る42)こ とは,細 胞 膜 上 で,た
とえ ばRas-Raf-14-3-3-cdc25の
複 合 体 が 形 成 され う
る こ と を示 唆 して い る 。 こ う した観 点 か ら,筆 者 ら は,
シ グ ナ ル伝 達 系 で の14-3-3の
最 も基 本 的 な 役 割 は,リ
ン酸 化 シ グ ナ ル に応 じて 蛋 白 質 複 合 体 を組 織 化 す る"コ
V.シ
ー デ ィネ ー タ ー 分 子"と
グナル伝達系での役割
し て の 役 割 に あ る と想 定 して
い る。
14-3-3蛋
白質 の 作 用 は,標 的 酵 素 や 蛋 白質 の リ ン酸
化 に 依 存 して 標 的 と複 合 体 を形 成 し,酵 素 の 活 性 化 や
不 活 性 化,活
性/不
活 性 構 造 の 安 定 化,あ
るい は新 し
おわ り に14-3-3蛋
白 質 の構 造 と作 用 か ら,シ グナ ル
い蛋 白質 複 合 体 を形 成 す る こ とで あ る と考 え られ る(図
伝 達 系 で の この フ ァ ミ リー の 役 割 に つ い て考 察 した。 現
7)。 こ の 意 味 で は,14-3-3の
在 の 知 見 か ら は,14-3-3は
作 用 は いわ ゆ る分 子 シ ャ
ペ ロ ン に 類 似 し て い る。
標 的 蛋 白質 の リン酸 化 を契
機 と し て これ に結 合 し,そ の 活 性 を 調 節 し,あ
こ こで 注 目 され るの は,14-3-3が2量
体 構 造 を もち,
新 た な 蛋 白質 複 合 体 を 形 成 す る こ とで,細
胞 の増 殖 や
しか も異 な るサ ブ ユ ニ ッ トか ら な るヘ テ ロ2量 体 を形
分 化,細
成 し う る こ とで あ る。 そ れ ぞ れ の サ ブ ユ ニ ッ トが 異 な
胞 機 能 に か か わ る シ グ ナ ル を 調 節,統
る標 的 を結 合 した 場 合,2つ
定 され る。 異 な っ た機 能 を もつ 蛋 白質 を必 要 に 応 じ て
の 標 的 酵 素,蛋 白 質 は14-
胞 周 期,細
るい は
胞 の 運 動 や 形 態 変 化,あ
る い は細
合 し て い る と推
3-3を 介 して連 結 し,よ り複 雑 な複 合 体 形 成 が可 能 で あ
集 合 し,複 雑 な 複 合 体 を 形 成 す る こ とで 一 連 の 反 応 を
る。 これ と類 似 の 役 割 を担 う蛋 白質 と し て,シ
組 織 化,効
伝 達 系 で のSH2/SH3蛋
グナル
白 質 が 知 られ て い る。 実 際 に,
率 化 す る こ と は,血 液 凝 固 系 な ど の 多 くの
生 体 反 応 で 認 め ら れ る。14-3-3蛋
白質 フ ァ ミ リー に よ
323
Database Center for Life Science Online Service
12
蛋白質 核酸
酵素
Vol.41 No.4 (1996)
シ グ ナ ル 伝 達 系 で の14-3-3蛋
図7
14-3-3は
白質 の 役 割
細 胞 応 答 に か か わ る さ ま ざ ま な分 子 を組 織 化 して シ グナ ル 伝 達 複 合 体 を形 成 す る コー デ ィネ ー ター 分 子 と して,細 胞 内 のシ ク
ナ ル 伝 達 の 迅 速 化,多
極 化 にか か わ っ て い る と考 え られ る。
っ て 形 成 さ れ る 蛋 白質 の 複 合 体 は,活 性 の"シ
伝 達 複 合 体"で
グナ ル
あ り,こ れ に よ っ て シ グ ナ ル 伝 達 の迅
文
1)
速 化 や 多 極 化 が 可 能 と思 わ れ る 。
しか し な が ら,こ
の 推 定 を裏 づ け る た め の 実 験 的 な
2)
根 拠 は 多 くの 重 要 な 点 で 欠 落 し て い る 。 た と え ば,本
稿 で もふ れ た よ うに,細
胞 内 で の14-3-3蛋
白質ヘ テロ
3)
2量 体 の 存 在 や,そ れ ぞ れ の サ ブユ ニ ッ トの標 的 や 作 用
の特 異 性 に つ い て の確 実 な 証 拠 が 得 られ て い な い 。14-
4)
3-3の 機 能 に つ い て も,細 胞 レベ ル で の 解 析 は数 少 な
く,酵 母 の例 を 除 い て は遺 伝 子 の"ノ
ッ ク ア ウ ト"な
どの 個 体 レ ベ ル で の解 析 は行 な わ れ て い な い 。 ま た こ
5)
れ とは 別 の問 題 と して,こ の フ ァ ミリーが 脳 神 経 系,と
りわ け神 経 細 胞 に 多 量 に存 在 す る 生 物 学 的 な 意 味 や 必
6)
然 性 も十 分 理 解 され て い な い 。
14-3-3は,Grb-2な
どのSH2/SH3蛋
る新 しい 概 念 の 蛋 白 質 と し て,蛋
白 質 と も異 な
白 質 の リ ン酸 化 や脱
7)
の全 貌 の解
明 に は ま だ 多 くの 問 題 の解 決 が 必 要 で あ る 。
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的 な 役 割 を担 っ て い る と推 定 され るが,そ
献
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