ホスファチジルイノシトール5-リン酸

ホスファチジルイノシトール 5-リン酸( PtdIns5P ) は、ホスファチジルイノシトール (PtdIns) のリン酸化誘導体の 1 つであるホスホイノシチドであり、膜に固定された調節分子としてよく知られています。ホスホイノシチドは、細胞骨格のダイナミクス、細胞内膜輸送、細胞増殖、その他多くの細胞機能を制御するシグナル伝達イベントに関与しています。一般的に、ホスホイノシチドは、特定のホスホイノシチド結合タンパク質を細胞内膜にリクルートすることでシグナルを伝達します。^[1]

ホスファチジルイノシトール 5-リン酸は、機能があまり解明されていない 7 つの既知の細胞ホスホイノシチドの 1 つです。イノシトール ヘッド グループの D-5 の位置でリン酸化され、ホスホジエステル結合を介してジアシルグリセロール (アシル鎖の化学組成はさまざまですが、多くの場合 1-ステアロイル-2-アラキドノイル鎖) に結合します。静止細胞では、平均して、PtdIns5PはPtdIns3Pと比較して同等かそれ以上の量であり、PtdIns4P（ホスファチジルイノシトール4-リン酸）およびPtdIns（4,5）P2（ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸）のレベルより約20〜100倍低い。^{[2]特に、定常状態のPtdIns5Pレベルは}、PtdIns（3,5）P2 の5倍以上高い。^{[3] [4]}

PtdIns5Pは、マウス線維芽細胞において、II型PIPキナーゼ（ 1-ホスファチジルイノシトール-5-リン酸4-キナーゼ）によるPtdIns（4,5）P2合成の基質としてHPLC（高圧液体クロマトグラフィー）によって初めて実証されました。 ^[5]しかし、多くの細胞タイプでは、豊富なPtdIns4Pからの分離が不十分であることに関連する技術的制限のため、PtdIns5PはHPLCでは検出されません。^[6]むしろ、PtdIns5Pは「質量分析」によって測定され、PtdIns5P（抽出された細胞脂質の一部として）は、精製されたPtdIns5P 4-キナーゼによってin vitroでPtdIns（4,5）P2に変換され、その後定量されます。^[7]

質量分析法^[6]と改良HPLC法^[8]による研究によると、研究対象となったすべての哺乳類細胞でPtdIns5Pが検出されています。細胞内のPtdIns5Pのほとんどは細胞膜上に存在し、一部は核内に存在します。^[9]細胞質プールと核プールはそれぞれ異なる機能と制御を持っています。^[10]

細胞性PtdIns5Pは、ホスファチジルイノシトールのD-5リン酸化、またはPtdIns(3,5)P2もしくはPtdIns(4,5)P2の脱リン酸化によって生成される。これらの可能性はいずれも実験的に裏付けられている。PtdIns5Pは、PtdIns(3,5)P2生成を主に担う酵素PIKfyveによってin vitroで合成される^{[11] [12]}ほか、[PIP5K]によっても合成される^[13] 。細胞性PtdIns5Pの合成におけるPIKfyveの主要な役割は、酵素的に不活性なPIKfyve点変異体（PIKfyveK1831E）の異種過剰発現によるPtdIns5P質量レベルの減少^{[6] [14]}や、低分子干渉RNAによるPIKfyveサイレンシングのデータから示唆されている。^[15]このような役割は、遺伝的に破壊されたPIKfyveアレルを持つトランスジェニック線維芽細胞におけるデータによって強化され、PtdIns5PとPtdIns(3,5)P2の定常状態レベルが等しく減少することが示されています。 ^[3]

同様に、PIKfyve活性化因子^[16] ArPIKfyve/ VAC14をノックアウトした線維芽細胞では、PtdIns5PとPtdIns(3,5)P2の同様の減少が見られます。^[4]この実験的証拠は、PtdIns5Pの細胞レベルがPtdIns(3,5)P2の5倍以上であるという事実と相まって、ホスファチジルイノシトールのD-5リン酸化を介して定常状態のPtdIns5Pレベルを維持する上でPIKfyveが重要な役割を果たしていることを示唆しています。

PtdIns5P産生におけるミオチューブラリンタンパク質ファミリーの役割は、過剰発現したミオチューブラリン1によるPtdIns(3,5)P2の脱リン酸化に基づいて提案されている。 ^{[17]一致して、ミオチューブラリン関連タンパク質2（} MTMR2 ）の遺伝子除去は、細胞内PtdIns(3,5)P2の増加とPtdIns5Pの減少を引き起こす。^{[18] PtdIns(3,5)P2の細胞内レベルが低いことは、ミオチューブラリンホスファターゼ活性が定常状態のPtdIns5Pレベルを維持する上で小さな役割を果たしていることを示唆している。重要なことに、PtdIns(3,5)P2は、ArPIKfyveとSac3/} Fig4 を含むPIKfyve複合体によってPtdIns3Pから合成される。^[19]注目すべきことに、PIKfyve複合体はPtdIns3PからのPtdIns(3,5)P2の合成とPtdIns3Pへの代謝の両方の基礎となっている。 ^[20]ミオチューブラリンホスファターゼによるPtdIns(3,5)P2の代謝とSac3によるPtdIns(3,5)P2の代謝の相対的な割合は不明である。

PtdIns5PはPtdIns(4,5)P2の脱リン酸化によっても生成される。このようなホスファターゼ活性は、Shigella flexneriエフェクターIpgD ^{[21]と2つの哺乳類ホスファターゼ、PtdIns(4,5)P2 4-ホスファターゼI型とII型[22]}で示されている。

筋芽細胞では、PtdIns5PはPI5P 4-キナーゼαによって急速にPI(4,5)P2に代謝され、それが細胞膜に蓄積してポドソーム様突起の形成を促進し、筋芽細胞融合の時空間的制御に重要な役割を果たします。^[23]

現在、PtdIns5Pを特異的に脱リン酸化できる哺乳類ホスファターゼは知られていない。PtdIns5Pの除去経路にはPtdIns(4,5)P2の合成が含まれる。^[10]

PtdIns5P のレベルは、生理的および病理学的刺激に応じて大きく変化します。インスリン^{[8] [24]}、トロンビン^[7] 、 T 細胞活性化^[25]、およびヌクレオフォスミン未分化リンパ腫チロシンキナーゼ (NPM-ALK) による細胞形質転換^[15]は、細胞内の PtdIns5P レベルの上昇を引き起こします。対照的に、低浸透圧ショック^[6]およびヒスタミン処理^[26]は、PtdIns5P のレベルを低下させます。T 細胞では、2 つの「チロシンキナーゼの下流」タンパク質DOK1およびDOK2 が、PtdIns5P 結合タンパク質およびエフェクターとして提案されています。^[25]

他のホスホイノシチドと同様に、PtdIns5Pも哺乳類細胞の核内に存在します。^[27]核PtdIns5Pプールは、PIPKIIbetaキナーゼと連携して紫外線ストレス、アポトーシス、細胞周期の進行に役割を果たす核I型PtdIns（4,5）P2 4-ホスファターゼによって制御されます。^{[9] [28] [29]}

PtdIns5Pの核シグナル伝達における機能には、INGファミリーの一員であるING2が関与している可能性が高い。このファミリーのタンパク質は、ヒストンアセチル化酵素および脱アセチル化酵素と関連してその活性を調節し、 p53のアセチル化を介してアポトーシスを誘導する。ING2は、植物ホメオドメイン（PHD）フィンガーモチーフを介してPtdIns5Pと相互作用する。 ^[30]

要約すると、入手可能な証拠は、PIKfyve 活性が定常状態の細胞 PtdIns5P の主な発生源であることを示しています。特定の条件下では、PtdIns5P はビスホスホイノシチドの脱リン酸化によって生成されます。PtdIns5P は、まだ特定されていない分子メカニズムによって、基本的な細胞機能と多数の生理学的および病理学的刺激に対する反応の両方の調節に関与しています。