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| セリン/スレオニンタンパク質キナーゼ GCN2 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 GCN2の結晶構造 | |||||||
| 識別子 | |||||||
| シンボル | GCN2 | ||||||
| 代替記号 | AA1 1.0 | ||||||
| NCBI遺伝子 | 851877 | ||||||
| ＰＤＢ | 1zyc | ||||||
| ユニプロット | P15442 | ||||||
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GCN2 (general control nonderepressible 2) は、非荷電転移RNA ( tRNA ) に結合することでアミノ酸欠乏を感知するセリン/スレオニンタンパク質キナーゼです。栄養欠乏に対する反応としてアミノ酸代謝を調節する上で重要な役割を果たします。
導入
GCN2はサッカロミセス・セレビシエで唯一知られている真核生物開始因子2αキナーゼ（eIF2α）です。[1] GCN2はアミノ酸欠乏条件下でセリン51をリン酸化することでeIF2αを不活性化し、その結果、一般的なタンパク質合成が抑制される一方で、コード配列の上流領域によりGCN4などの選択されたmRNAの翻訳が可能になります。GCN4レベルの上昇は、20種類の主要アミノ酸すべてを合成するために必要な酵素をコードするアミノ酸生合成遺伝子の発現を刺激します。
構造
タンパク質キナーゼ GCN2 はマルチドメインタンパク質であり、その C 末端にはキナーゼ触媒部位の隣にヒスチジル tRNA 合成酵素(HisRS) と相同な領域が含まれています。 [2]この HisRS 様領域は二量体を形成し、二量体化は GCN2 の機能に必要です。GCN2 の機能に大きく貢献するのは、tRNA 結合の促進と物理的相互作用によるキナーゼドメインの刺激です。[要出典]
この合成酵素様ドメインに非荷電tRNAが結合すると、GCN2ドメインが二量体化表面に対して180°垂直に回転し、反平行から平行方向に転位する構造変化が誘発されます。その後、GCN2は活性化されます。[3]
GCN2の活性化はATP結合を促進する構造から生じ、活性化ループの自己リン酸化を引き起こし、GCN2キナーゼ活性を最大化します。[4]
関数
翻訳の規制
GCN2 は、アミノ酸欠乏から 15 分以内にセリン 51 で eIF-2α をリン酸化することにより一般的な翻訳を阻害します。これにより、続いてグアニン交換因子eIF2Bに対する親和性が高まり、 eIF-2α が隔離され、翻訳開始に必要なeIF2、GTPおよび開始因子 Met-tRNA からなる三元複合体 (TC) の形成が減少します。リン酸化アルファサブユニットを含むeIF2 は、その唯一のGEFであるeIF2Bに対する親和性が高まりますが、 eIF2B はリン酸化されていないeIF2からのGDPとGTPのみを交換できます。そのため、 TC 形成に必要なeIF2のリサイクルはeIF-2α のリン酸化によって阻害され、最終的には全体的な翻訳速度の低下につながります。
TC の利用可能性の低下の反対の効果は、翻訳調節による GCN4 発現の誘導です。GCN4 mRNA のリーダーには4 つの短いORFが存在します。5' からmRNA をスキャンする40S リボソーム サブユニットには TC が結合しており、最初の上流オープン リーディング フレーム(uORF) を翻訳します。非飢餓状態では、サブユニットが uORF 4 に到達する前に再結合するのに十分な三元複合体があります。翻訳が再び開始され、uORF2、3、または 4 が翻訳され、その後 40S サブユニットは GCN4 mRNA から解離します。飢餓状態では、存在する TC が少なくなります。40S サブユニットの一部は、uORF 4 に到達する前に TC に再結合できませんが、最終的には GCN4 コード シーケンスに到達する前に TC に再結合します。したがって、アミノ酸飢餓による GCN2 活性化の結果として生じる TC 形成の減少は、GCN4 翻訳の誘導につながります。 GCN4はアミノ酸欠乏に対する主要な調節因子であり、一般アミノ酸制御（GAAC）と呼ばれます。転写因子として機能し、アミノ酸合成に必要ないくつかの遺伝子を活性化します。[5] [6] [7]
最近、GCN2 は脳の前梨状皮質(APC) の eIF-2α をリン酸化することで哺乳類の摂食行動を誘導することにも関与していることが示唆されています。この機能を制御する分子メカニズムはまだわかっていませんが、ATF4と呼ばれる基本的なジッパー転写因子が候補の 1 つです。[5] ATF4 は GCN4 と関連しています。[1]
細胞周期制御
GCN2 はまた、紫外線 (UV) 照射およびメチルメタンスルホン酸 ( MMS )への曝露により S 期への移行を遅らせることで細胞周期を制御します。[8] [9]これにより、細胞はDNA が損傷したときにG1 チェックポイントを通過して DNA 複製が開始されるのを防ぎます。UVは一酸化窒素合成酵素の活性化とNO産生を誘導し、それが GCN2 の活性化につながり、GCN2 による細胞周期制御は eIF2α リン酸化とは無関係であるという仮説が立てられています。[10] GCN2 と細胞周期遅延の因果関係はまだ議論中ですが、UV 照射により GCN2 によって複製前複合体の形成が遅延されることが示唆されています。 [8]
脂質代謝
必須アミノ酸が欠乏すると、脂肪酸合成酵素などの脂質合成の主要成分のダウンレギュレーションが起こります。哺乳類ではロイシン欠乏に続いて、GCN2がSREBP-1cを介して脂肪生成遺伝子の発現を減少させます。[11] SREBP-1cは脂肪酸とトリグリセリドの合成を制御する遺伝子に作用し、肝臓でのロイシン欠乏によりGCN2依存的に減少します。
規制
Gcn2 は、活性化シグナルにさらされるまで、いくつかの自己阻害分子相互作用を介して不活性状態に保持されます。非荷電 tRNA がシンテターゼ様ドメインに結合すると、アロステリック再配置が起こります。これにより、キナーゼドメインの活性化ループ内の特定の部位で Gcn2 の自己リン酸化が起こります。このリン酸化により、Gcn2 は eIF2α を効率的にリン酸化できるようになります。[12]
酵母細胞では、GCN2はセリン577のリン酸化によって不活性に保たれており、これはTORC1の活性に依存すると考えられている。ラパマイシンによるTORC1の不活性化はGCN2に影響を及ぼし、少なくとも部分的にはセリン577の脱リン酸化によって影響を及ぼします。これにより、アミノ酸が豊富な細胞でもGCN2が活性化されます。これはおそらく、GCN2の非荷電tRNAに対する親和性を高め、基底レベルでもtRNAの結合を可能にするためと考えられます。[13]しかし、Gcn2のこのリン酸化部位は分裂酵母や哺乳類細胞では保存されていません。[14]
GCN2へのもう一つの刺激入力は、GCN1/GCN20複合体によって発揮される。GCN1/GCN20は、tRNAがリボソームに結合する際に重要な因子であるeEF3と構造的に類似している。GCN1/GCN20複合体は、GCN2のN末端に結合することで物理的に相互作用する。[15] GCN1/GCN20は、リボソームA部位からGCN2のHisRS様ドメインへのtRNAの転移を促進すると考えられている。[7]このタンパク質の調節のもう1つのメカニズムは、酵母、線虫、哺乳類のいずれにおいてもGCN2の阻害剤として作用する保存されたタンパク質IMPACTによるものである。[16] [17] [18]
相同遺伝子
GCN2ホモログはNeurospora crassa [19] 、C. elegans [18] 、Drosophila melanogaster [20] [21]、マウスにも存在します。[22]したがって、GCN2はeIF-2αキナーゼサブファミリーの中で最も広く分布し、創始者であると考えられます。[23]
参照
参考文献
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