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リン酸化カスケードとは、ある酵素が別の酵素をリン酸化し、連鎖反応を引き起こして数千ものタンパク質のリン酸化に至るシグナル伝達経路の一連の事象です。これは、ホルモンメッセージのシグナル伝達に見られます。シグナル伝達経路は、細胞表面でホルモンまたはタンパク質が細胞外マトリックスの受容体に結合することから始まります。分子と受容体の相互作用により受容体の構造変化が生じ、複数の酵素またはタンパク質が活性化されます。これらの酵素はセカンドメッセンジャーを活性化し、数千ものタンパク質のリン酸化につながります。リン酸化カスケードの最終産物は、細胞内で起こる変化です。これらのカスケードはシグナルを増幅する働きをします。1つの細胞外リガンドの結合によって下流の数千ものタンパク質が活性化されるのは、これらのタンパク質がアロステリックに制御された酵素であり、多くの生成物を生成してシグナルを増幅するためです。
リン酸化カスケードを利用するシグナル伝達経路の一例として、マイトジェン活性化プロテイン（MAP）キナーゼまたはERKキナーゼの活性化が挙げられる。このキナーゼを活性化するには、上皮成長因子が細胞外ドメインで上皮成長因子受容体に結合する必要があり、受容体チロシンキナーゼの構造変化を引き起こして活性化し、細胞内チロシン残基の二量体化と自己リン酸化をもたらす。これにより、リン酸化チロシンを認識するアダプタータンパク質GRB2のSH2ドメインが結合する。 [ 1 ]アダプタータンパク質上の一対のSH3ドメインは、プロリンを含むコンセンサス配列を認識することでSOSタンパク質をリクルートする。SOSはその後GEFタンパク質として働き、Ras GTPase上でGDPからGTPへの交換を触媒する。[ 2 ]活性化された Ras-GTP はRaf キナーゼ酵素を活性化し、 MEK酵素をリン酸化し、さらに MAP/ERK キナーゼをリン酸化し、他の酵素をリン酸化してその活性を調節し、遺伝子発現の調節につながります。[ 2 ] MAP キナーゼは、M 期リン酸化カスケードにおける細胞の成長中に重要な機能を果たすだけでなく、シグナル伝達経路のシーケンスにおいても重要な役割を果たします。[ 3 ]混乱を引き起こさないようにその機能を調節するために、チロシン残基とトレオニン/セリン残基の両方がリン酸化されている場合にのみ活性化できます。[ 4 ]
腫瘍細胞は、細胞分裂と成長に関連する重要な受容体に突然変異を持つ可能性があります。これらの受容体と、それらが引き起こすリン酸化カスケードを適切に制御する能力の喪失は、生物にとって有害です。線維芽細胞増殖因子（FGF）は線維芽細胞増殖因子受容体（FGFR）に結合し、リン酸化カスケードによって複数のシグナル伝達経路を活性化し、細胞の増殖、分化、および生存をもたらします。[ 5 ]これらの受容体の突然変異または遺伝子融合は、細胞内酵素の制御の喪失につながり、腫瘍の成長を促進する過剰な増殖を引き起こします。[ 5 ]同様に、血管内皮増殖因子（VEGF）は血管内皮増殖因子受容体（VEGFR）に結合し、同様の経路と、血管透過性の増加および血管新生につながる経路を活性化します。これは通常、低酸素状態によって制御されますが、癌細胞は、腫瘍の成長を助けるのに適切でない場合に血管の成長を刺激するために、これを回避することができます。[ 5 ]これらの受容体とその受容体が開始するカスケードを標的にして阻害することは、一部の癌と闘う効果的な手段となっており、大きな進歩を遂げた今でも非常に活発な研究分野である。[ 5 ]