ホスホリラーゼキナーゼ

ホスホリラーゼキナーゼ
ホスホリラーゼキナーゼの触媒（ガンマ）サブユニット
識別子
EC番号	2.7.11.19
CAS番号	9001-88-1
データベース
インテンズ	IntEnzビュー
ブレンダ	BRENDAエントリー
エクスパス	NiceZyme ビュー
ケッグ	KEGGエントリー
メタサイク	代謝経路
プリアモス	プロフィール
PDB構造	RCSB PDB PDBe PDBsum
検索 個人管理委員会 記事 出版元 記事 国立情報学研究所 タンパク質

ホスホリラーゼキナーゼ（PhK）は、グリコーゲンホスホリラーゼを活性化してグリコーゲンからグルコース-1-リン酸を放出するセリン/スレオニン特異的タンパク質キナーゼです。PhKはグリコーゲンホスホリラーゼを2つのセリン残基でリン酸化して、より活性の高いグリコーゲンホスホリラーゼ「a」型を活性の低いグリコーゲンホスホリラーゼb型よりも優先する構造変化を引き起こします。^[1]

このタンパク質は、16 量体ホロ酵素(つまり、各サブユニット自体が 4 量体であるホモ 4 量体) で、ほぼ「蝶」の形に配置されています。各サブユニットは、α、β、γ、δ サブユニットで構成されています。γ サブユニットは酵素の触媒活性の部位であり、他の 3 つのサブユニットは調節機能を果たします。

修飾されていない場合、α サブユニットと β サブユニットは酵素の触媒を阻害しますが、タンパク質キナーゼ A (PKA、またはcAMP依存性タンパク質キナーゼ)によるこれらのサブユニットのリン酸化により、それぞれの阻害活性が低下します。δ サブユニットは、普遍的な真核生物タンパク質カルモジュリンであり、それ自体に 4 つのカルシウムイオン結合部位があります。細胞質 Ca ^{2+レベルが 10 −7} Mまで上昇すると、δ サブユニットは大きな構造変化を起こし、触媒 γ サブユニットの相補的な疎水性パッチに結合してキナーゼの活性を活性化します。^[2]

• アルファ: PHKA1、PHKA2
• ベータ版: PHKB
• ガンマ: PHKG1、PHKG2

ホスホリラーゼキナーゼは、1950年代にクレブス、グレイブス、フィッシャーによって初めて単離され、詳細に特徴付けられたタンパク質キナーゼでした。^{[3] [4] [5]}当時、科学界は細胞プロセスの調節におけるタンパク質リン酸化の重要性をほとんど認識しておらず、この分野の多くの人はリン酸化タンパク質を生物学的に重要ではないと見なしていました。リン酸化による共有結合修飾は、さまざまな細胞プロセスにおける生化学的調節の広く普及した重要な方法であるため、この反応の発見は、調節メカニズムの科学的理解に多大な影響を与えました。

PhK の基質であるグリコーゲンホスホリラーゼは、1930 年代にカールとゲルティ・コリによって単離され、不活性型 b と活性型 a の 2 つの形態があることがわかった。しかし、当時は理由は不明であったが、筋組織からグリコーゲンホスホリラーゼ a を単離する唯一の方法は濾紙濾過であり、遠心分離などの他の方法は機能しなかった。濾紙中のカルシウムイオンの存在が活性型「a」アイソフォームを生成しているというフィッシャーらの重要な洞察は、その後の研究で、カルシウムイオンが実際には δ 調節サブユニットを介してホスホリラーゼキナーゼを活性化し、グリコーゲンホスホリラーゼのリン酸化を引き起こしていることが明らかになった。^{[6] [7] [8]}

PhK の触媒メカニズムの正確な詳細は、現在も研究中です。^{[9] [10] [11] [ 12] [13]} 50 年以上前に単離されたことを考えると、これは驚くべきことのように思われるかもしれませんが、PhK はサイズが大きく、非常に複雑なため、その構造とメカニズムのより詳細な研究には大きな困難があります。^[2]活性部位では、PhK と、タンパク質キナーゼ A (PKA、cAMP 依存性キナーゼ) などの他のいわゆる P ループタンパク質キナーゼとの間に大きな相同性があります。通常、触媒部位のセリンまたはチロシン残基のリン酸化が活性化に必要なこれらの他のタンパク質とは対照的に、PhK の触媒 γ サブユニットは、負に帯電したグルタミン酸残基 Glu-182 の存在により、構成的に活性です。^{[11] [12]}

構造的および生化学的データによると、PhKによるグリコーゲンホスホリラーゼのリン酸化の作用機序の1つとして、リン酸がアデノシン三リン酸（ATP）から基質セリンに直接転移することが示唆されている。^[9]

ホスホリラーゼキナーゼは1.3 MDaの16量体ホロ酵素ですが、mRNAスプライシングによる異なるサブユニットアイソフォームの置換により、サイズが多少変化することがあります。^{[14] [15] [16]}これは4つのホモテトラマーで構成され、それぞれが4つのサブユニット（α、β、δ、γ）で構成されています。γサブユニットのみが触媒活性を持つことが知られており、他のサブユニットは調節機能を果たします。調節サブユニットは溶液中で不安定であるため、γサブユニットのみが個別に結晶化されています。

全体的に、サブユニットは背中合わせの2つのローブに配置されており、D2対称性の「蝶」形状として説明されています。^{[14] [17] [18]}各ローブは2つのテトラマーで構成され、それぞれが前述のαβδγサブユニットで構成されています。δサブユニットは細胞カルモジュリンと区別がつきませんが、αサブユニットとβサブユニットは互いに近い相同体であり、遺伝子の複製とそれに続く分化によって生じたと考えられています。 ^[19]

生理学的には、ホスホリラーゼキナーゼは、グリコーゲンホスホリラーゼをリン酸化してその活性構造を安定化させることにより、グリコーゲンを遊離グルコース-1-リン酸に分解するのを促進する重要な役割を果たします。この活性は、肝臓細胞と筋肉細胞で特に重要ですが、目的は多少異なります。筋肉細胞は一般にグリコーゲンを分解して即時の活動に電力を供給しますが、肝臓細胞は血流中のグルコース濃度を維持する役割を担っています。したがって、PhK活性の調節メカニズムは細胞の種類によって多少異なります。^[1]

一般的に、酵素はアロステリックに、また可逆的なリン酸化によって制御される。ホルモン、神経インパルス、筋収縮はカルシウムイオンの放出を刺激する。これらはアロステリック活性化因子として作用し、ホスホリラーゼキナーゼのδサブユニットに結合し、酵素活性を部分的に活性化する。この結合は活性型のタンパク質を部分的に安定化する。ホスホリラーゼキナーゼは、βサブユニットとαサブユニットがプロテインキナーゼAによってリン酸化され、δサブユニットがカルシウムイオンに結合すると完全に活性化される。^{[2] [7] [20]}

筋細胞では、PKA による α および β サブユニットのリン酸化は、細胞表面のβ アドレナリン受容体へのエピネフリンの結合によって開始されるcAMP 媒介細胞シグナル伝達カスケードの結果です。さらに、筋収縮中に筋小胞体からカルシウムイオンが放出されると、抑制性 δ サブユニットが不活性化され、PhK が完全に活性化されます。

肝細胞では、このプロセスはやや複雑です。グルカゴンとエピネフリンは両方とも cAMP-PKA カスケードを誘発しますが、エピネフリンはα アドレナリン受容体に結合してホスホイノシチド カスケードを誘発し、小胞体からCa ²⁺が放出されます。

細胞がグリコーゲンの分解を止める必要がある場合、PhKはタンパク質ホスファターゼ1と2によって脱リン酸化され、αサブユニットとβサブユニットは初期の阻害構成に戻ります。^{[21] [22]}

ホスホリラーゼキナーゼ遺伝子の欠陥は、肝臓や筋肉に影響を及ぼす可能性があるグリコーゲン貯蔵病IX型（GSD IX型）およびGSD VI型（旧GSD VIII型）の原因です。これらの遺伝子欠陥のうち、最も一般的なものはX連鎖性肝糖原病（XLG）であり、XLG I型とXLG II型に分類されます。^{[23] [24]}臨床的には、これらの疾患は小児期の身体発達の遅れと肝臓の異常な肥大として現れます。XLG I型では、PhK活性が血液細胞と肝細胞の両方で異常に低下していますが、XLG II型では肝細胞でのみ酵素活性が低下しています。これらの疾患は両方とも、ホスホリラーゼキナーゼのαサブユニットをコードするPHKA2遺伝子の変異が原因です。 XLG Iの場合、変異は多くの場合ナンセンス変異であり、その結果、奇形で不安定なαサブユニットが生じるが、XLG IIの変異はミスセンス変化である傾向があり、サブユニットの変化はそれほど深刻ではない。バイオインフォマティクスと構造データに基づいて、αサブユニットとβサブユニットはグリコアミラーゼに似た触媒活性を持ち、αサブユニットのこれらの領域でのミスセンス変異がXLG IIの症状に寄与している可能性があると示唆する人もいる。^{[25] [26]}しかし、この提案された触媒活性はまだ直接証明されていない。

• カルモジュリン
• グリコーゲン分解

• EC2.7.11.19​
• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のホスホリラーゼ+キナーゼ
• ox.ac.uk の概要