Rho関連タンパク質キナーゼ

ロック
ヒトROCK Iの結晶構造
識別子
シンボル	Rho関連タンパク質キナーゼ
代替記号	Rho関連コイルドコイル含有タンパク質キナーゼ
NCBI遺伝子	579202
その他のデータ
EC番号	2.7.11.1

Rho 関連タンパク質キナーゼまたはRho 関連コイルドコイルキナーゼ( ROCK ) は、セリン - スレオニン特異的タンパク質キナーゼの AGC (PKA/PKG/PKC) ファミリーに属するキナーゼです。主に細胞骨格に作用して細胞の形状と運動の調節に関与しています。

ROCK（ROCK1およびROCK2）は、哺乳類（ヒト、ラット、マウス、ウシ）、ゼブラフィッシュ、アフリカツメガエル、無脊椎動物（線虫、蚊、ショウジョウバエ）、ニワトリに存在します。ヒトROCK1は分子量158kDaで 、小さなGTPase RhoAの主要な下流エフェクターです。哺乳類ROCKはキナーゼドメイン、コイルドコイル領域、プレクストリン相同性（PH）ドメインで構成されており、RhoA-GTPが存在しない場合に自己阻害分子内フォールドによってROCKのキナーゼ活性を低下させます。^{[1] [2]}

ラットROCKはRhoの最初のエフェクターとして発見され、MLC（ミオシン軽鎖）をリン酸化することでストレスファイバーと焦点接着の形成を誘導します。 ^[3]このリン酸化 により、ミオシンIIのアクチン結合が増加し、収縮力が高まります。マウスROCKアイソフォームROCK1とROCK2の2つが同定されています。ROCK1は主に肺、肝臓、脾臓、腎臓、精巣で発現します。しかし、ROCK2は主に脳と心臓に分布しています。^{[1] [2] [4]}

プロテインキナーゼCとRho関連プロテインキナーゼはカルシウムイオンの摂取を調節する役割を担っており、これらのカルシウムイオンはミオシン軽鎖キナーゼを刺激して収縮を促します。^[5] Rho関連プロテインキナーゼはセリンまたはスレオニンキナーゼであり、平滑筋細胞のカルシウム感受性を決定します。

ROCK は、細胞骨格の主要な調節因子の 1 つである小さなGTPase Rhoの下流エフェクター タンパク質であるため、さまざまな細胞現象において重要な役割を果たします。

1. ROCK はアクチン組織化の重要な調節因子であり、以下のように細胞移動の調節因子でもあります。

ROCKによってリン酸化される基質には、LIMキナーゼ、ミオシン軽鎖（MLC）、MLCホスファターゼなどがある。これらの基質は、リン酸化されると、アクチンフィラメントの組織化と収縮性を以下のように制御する：^[2]

• アクチンフィラメントの量

ROCKは間接的にアクチンフィラメントの脱重合を阻害します。ROCKはLIMキナーゼをリン酸化して活性化し、次にADF/コフィリンをリン酸化してアクチン脱重合活性を不活性化します。その結果、アクチンフィラメントが安定化し、その数が増加します。したがって、時間の経過とともに、アクチンの重合を継続して移動するために必要なアクチンモノマーが制限されます。安定したアクチンフィラメントの増加とアクチンモノマーの損失は、細胞の移動の減少に寄与します。^{[2] [6]}

• 細胞収縮性

ROCK は細胞収縮を促進し、細胞と基質の接触を促進することで細胞の移動も制御します。ROCK は2 つの異なるメカニズムによって モータータンパク質ミオシンIIの活性を高めます。

• まず、ミオシン軽鎖（MLC）のリン酸化により、ミオシンII ATPase活性が上昇します。そのため、複数のアクチンフィラメント上で非同期的に活性な複数の束状の活性ミオシンが、アクチンフィラメントを互いに動かし、アクチン繊維の正味の短縮をもたらします。
• 第二に、ROCKはMLCホスファターゼを不活性化し、リン酸化MLCのレベルを増加させます。

このように、どちらの場合も、RhoによるROCKの活性化は、ミオシンII、トロポミオシン、カルデスモン、MLCキナーゼを含む反対極性のアクチンフィラメント束であるアクチンストレスファイバーの形成を誘導し、その結果、細胞外基質との未熟なインテグリンベースの接着点である焦点接触を形成します。 ^{[2] [7]}

2. その他の機能とターゲット

• RhoA-GTPは、ヒト腫瘍抑制タンパク質であるPTEN（ホスファターゼおよびテンシン相同体）のリン脂質ホスファターゼ活性を刺激します。この刺激はROCKに依存しているようです。^{[8] [9]} このように、PTENは癌細胞で見られるような制御不能な細胞分裂を防ぐのに重要です。
• ROCKは細胞周期の制御に重要な役割を果たしており、G1期における2つの中心小体の早期分離を阻害し、細胞質分裂の完了に必要な分裂溝の収縮に必要であると提案されている。^{[2] [10] [11] [12] [13] [14]}
• ROCKはインスリンシグナル伝達経路に拮抗し、細胞サイズの縮小や細胞運命に影響を与えると考えられています。^[2]
• ROCKSは、アポトーシスを起こした細胞に見られる形態変化である膜ブレブ形成に関与している。プロアポトーシスプロテアーゼであるカスパーゼ3は、C末端PHドメインを切断することでROCKキナーゼ活性を活性化する。その結果、ROCKの自己阻害分子内フォールドが消失する。ROCKは、膜ブレブ形成を制御するMLCリン酸化とアクトミオシン収縮も制御する。^[2]
• ROCKはアクチンミオシンの収縮を活性化して成長円錐の崩壊を誘導し、神経突起の退縮に寄与する。また、ROCKによる崩壊反応メディエータータンパク質2（CRMP2）のリン酸化がCRPM2の軸索伸展促進機能を阻害し、成長円錐の崩壊を引き起こす可能性もある。^[2]
• ROCKは細胞間接着を調節します。ROCK活性の喪失は、内皮細胞におけるタイトジャンクションの完全性の喪失につながるようです。上皮細胞では、ROCKの阻害はタイトジャンクションの完全性を低下させるようです。これらの細胞における活性ROCKは、アクチンミオシンの収縮性を活性化することにより、E-カドヘリンを介した細胞間接着の破壊を刺激するようです。^[2]

3. その他のROCKターゲット

• NHE1（ナトリウム水素交換体、接着斑とアクチン組織化に関与）
• 中間径フィラメントタンパク質: ビメンチン、GFAP (グリア線維性酸性タンパク質)、NF-L (ニューロフィラメント L タンパク質)
• F-アクチン結合タンパク質: アデュシン、EF-1&alpha (伸長因子、翻訳補因子)、MARCKS (ミリスチル化アラニンに富む C キナーゼ基質)、カポニン (機能不明)、および ERM (アクチン細胞骨格と細胞膜の結合に関与)。

マウスROCKアイソフォームの2つ、ROCK1とROCK2は高い相同性を持っています。アミノ酸配列は65%共通で、キナーゼドメイン内では92%の相同性があります。 ^{[1] [4]}

ROCKは、ミオトニックジストロフィーキナーゼ（DMPK）、DMPK関連細胞分裂制御タンパク質42（Cdc42）結合キナーゼ（MRCK）、シトロンキナーゼなどの他の後生動物キナーゼと相同性があります。これらのキナーゼはすべて、N末端キナーゼドメイン、コイルドコイル構造、およびC末端の他の機能モチーフで構成されています^[2]

ROCK は、 Rho GTPase Rhoの下流エフェクター分子であり、Rho に結合すると ROCK キナーゼの活性が高まります。

自己抑制

ROCK 活性は分子内自己阻害の破壊によって制御されます。一般的に、ROCK タンパク質の構造は、N 末端キナーゼドメイン、コイルドコイル領域、および C 末端にシステインリッチドメイン (CRD) を含む PH ドメインで構成されます。Rho 結合ドメイン (RBD) は、PH ドメインのすぐ前に近接して配置されています。

キナーゼ活性は、RBDドメインのC末端クラスターとPHドメインがROCKのN末端キナーゼドメインに結合することで阻害される。したがって、ROCKが分子内で折り畳まれているときはキナーゼ活性はオフになる。Rho-GTPがROCKのRho結合ドメインに結合するとキナーゼ活性がオンになり、ROCK内の自己阻害相互作用が破壊され、ROCKが分子内で折り畳まれなくなるためキナーゼドメインが解放される。^[2]

その他の規制当局

また、RhoはROCKの唯一の活性化因子ではないことも示されています。ROCKは脂質、特にアラキドン酸やタンパク質オリゴマー化によっても制御され、N末端のトランスリン酸化を誘導します。^[2]

過去20年間の研究により、ROCKシグナル伝達は心血管疾患^{[15] [16]}、アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症などの神経変性疾患^[17]、癌^[18]など多くの疾患で重要な役割を果たしていることが示されています。たとえば、ROCKはスタチンの多面的効果に重要な役割を果たすと仮定されています。ROCK1/2はMRCKα/βキナーゼとともに、薬物治療中に癌細胞に生存上の利点を与える現象である癌細胞の移動の可塑性に関与しています（薬剤耐性）。^[19]

研究者らは、がんを含む様々な疾患の治療にRKI-1447などのROCK阻害剤を開発している。 ^{[20] [21]}例えば、このような薬剤は細胞の移動を阻害し、がん細胞が隣接する組織に広がるのを防ぐことで、がんの拡散を防ぐ可能性がある。^[1]

• ロック1