SCF複合体

Skp、Cullin、F-box含有複合体（またはSCF複合体）は、 26Sプロテアソーム分解されるタンパク質のユビキチン化を触媒する多タンパク質E3ユビキチンリガーゼ複合体です。^[1]後期促進複合体とともに、^{[2] SCFは細胞周期に関与するタンパク質の}ユビキチン化において重要な役割を果たします。SCF複合体は、他のさまざまな細胞タンパク質を破壊対象として標識します。^[3]

SCF には可変 F ボックス タンパク質と 3 つのコア サブユニットが含まれています。

• F-ボックスタンパク質(FBP) – FBP は、最初に複合体から独立して標的タンパク質に凝集することにより、SCF 複合体の基質特異性に貢献します。各 FBP (例: Skp2) は、リン酸化や糖化などの翻訳後修飾に依存した方法で、いくつかの異なる基質を認識する場合があります。次に、FBP は F-ボックス モチーフを使用して SCF 複合体の Skp1 に結合し、標的タンパク質を機能的な E2 ユビキチン結合酵素に近づけます。FBP は、細胞周期の過程で SCF 活性を制御するためにも不可欠です。SCF レベルは、細胞周期を通じて一定であると考えられています。代わりに、タンパク質基質に対する FBP の親和性は、標的タンパク質のサイクリン-CDK 媒介リン酸化によって制御されます。^[4]
• Skp1 – Skp1 は、F ボックス タンパク質の認識と結合に不可欠なアダプター タンパク質です。
• カリン（CUL1） – カリンはSCF複合体の主要な構造的足場を形成し、skp1ドメインをRbx1ドメインにリンクします。カリンとFBPのさまざまな組み合わせにより、異なる基質を標的とする約100種類のE3ユビキチンリガーゼが生成されます。^[5]
• RBX1 – Rbx1 には、小さな亜鉛結合 RING (Really Interesting New Gene) フィンガー ドメインが含まれており、E2 ユビキチン結合酵素がこれに結合します。この結合イベントにより、ユビキチンが E2 からターゲット タンパク質のリジン残基に転移されます。

SCF複合体の発見につながった最初のヒントは、出芽酵母としても知られるサッカロミセス・セレビシエの遺伝子スクリーニングから得られました。温度感受性細胞分裂周期（Cdc）変異体（Cdc4、Cdc34、Cdc53など^[6]）は、複製されていないDNAと複数の伸長した芽を伴い、G1で停止しました。^[7]この表現型は、Sサイクリン-CDK複合体の阻害剤であるSic1を分解できないことに起因していました。^[6]これらの発見は、タンパク質分解がG1/S遷移に重要であることを示唆しています。

次に、生化学的研究により、Cdc34 は Skp1、Cdc4、および他のいくつかのタンパク質を含む E3 ユビキチンリガーゼ複合体と物理的に相互作用する E2 酵素であることが明らかになりました。^[6] Skp1 の既知の結合パートナー、具体的には Skp2、サイクリン F、および Cdc4 は、F ボックスモチーフと呼ばれる約 40 残基のモチーフを共有していることがわかりました。これらの発見に続く F ボックス仮説^[8]では、F ボックスタンパク質が分解の対象となる基質をリクルートし、Skp1 が F ボックスタンパク質をコアユビキチン化複合体にリンクすると提唱されました。

その後、 Caenorhabditis elegansにおける遺伝学的研究が、SCF複合体の他の構成要素の解明に貢献した。^[8]

真核生物の細胞周期^[9]は、調節タンパク質の合成、分解、結合相互作用、翻訳後修飾によって制御されます。これらの調節タンパク質のうち、2 つのユビキチンリガーゼは細胞周期チェックポイントの進行に不可欠です。後期促進複合体 (APC) は中期-後期遷移を制御し、SCF 複合体は G1/S 遷移と G2/M 遷移を制御します。具体的には、SCF は後期終期から G1/S 遷移までの中心小体の分裂を制御することが示されています。^[1]

SCF 活性は主に翻訳後修飾によって制御されます。たとえば、ユビキチンを介した FBP の自己触媒分解は、SCF 活性を低下させるメカニズムです。

SCF 複合体のよく特徴付けられた細胞周期基質には以下のものがあります。

• サイクリンファミリータンパク質：サイクリンD、サイクリンE ^[2]
• 転写制御因子：Myc、E2f1、p130 ^[2]
• サイクリン依存性キナーゼ阻害剤（CKI）：p27 ^Kip1、p21、Wee1 ^[2]
• 中心小体タンパク質：Cep250、Ninein ^[1]

ヒトFBPは約70種類存在し、そのうちいくつかはSCF複合体の構成要素として細胞周期制御に関与している。^[10]

^{Skp2はp27 Kip1}やp21などのCKIに結合するFBPです。^[11] Skp2は、p27 Kip1がE/A/CKD2によってリン酸化され、Cks1に結合するという2つの条件が満たされた場合にのみp27 ^Kip1に結合します。Skp2に結合した結果、p27 ^Kip1はユビキチン化され、G1後期とS期初期に分解の標的となります。 ^[4] SCF-Skp2もリン酸化依存的にp130を分解の標的とします。

ベータトランスデューシンリピート含有タンパク質（βTRCP）は、初期の有糸分裂中に分解するためにemi1（APC/C-Cdh1阻害剤）とwee1を標的とするFBPです。^[2] βTRCPは、ポロ様キナーゼ1またはサイクリンB-CDK1によってリン酸化された後にこれらの基質を認識します。

Fbw7 は、酵母の cdc4 のヒトホモログであり、サイクリン E、Myc、Notch、c-Jun を分解の標的とする FBP です。^[4] Fbw7 は細胞周期を通じて安定しており^[12]、核局在配列 (NLS) が存在するため核に局在します。^[13] SCF-Fbw7 は、Sic1 (9 つの可能な部位のうち少なくとも 6 つがリン酸化されている場合) と Swi5 を分解の標的とします。^[14] Sic1 は通常、サイクリン B-CDK1 を阻害することで S 期への早期移行を防ぐため、Sic1 を分解の標的とすることで S 期への移行が促進されます。Fbw7 は、いくつかの散発性癌に関係するハプロ不全腫瘍抑制遺伝子として知られており、1 つの変異対立遺伝子で野生型の表現型を乱すことができます。^[15]

Fbxo4は、ヒト癌に関与していることが示唆されているもう一つの腫瘍抑制因子FBPである。SCF-fbxo4は、サイクリンD1を標的として分解することで細胞周期を制御する役割を果たしている。^[4]

サイクリンFは、筋萎縮性側索硬化症（ALS）および前頭側頭型認知症（FTD）に関連するFBPである。^{[16] [17]}サイクリンFのリン酸化を阻害する変異はSCF-サイクリンFの活性を変化させ、ALSおよびFTDにおけるニューロン変性に関連する下流プロセスに影響を及ぼす可能性がある。^[17]通常、サイクリンFはE2f1を分解の標的とする。

最近、SCF複合体は、いくつかのヒト癌における上方制御と生化学的に異なる活性部位のために、魅力的な抗癌標的となっている。^[18]前述のFBPの多くは癌に関与しているが、細胞毒性が薬剤開発の制限要因となっている。^[19]

Skp2を標的としたアンチセンスオリゴヌクレオチドとsiRNAは医薬品開発パイプラインにあります。予備研究では、Skp2のダウンレギュレーションがメラノーマ、肺癌細胞、口腔癌細胞、神経膠芽腫細胞の増殖を阻害できることが示されています。^[19]

βTRCPを標的としたsiRNAは、乳がん細胞や子宮頸がん細胞を既存の化学療法に対して感受性にすることが示されている。^[19]

植物ホルモンのオーキシンはTir1（輸送阻害因子応答1）に結合します。Tir1はオーキシン受容体として機能するオーキシンシグナル伝達Fボックスタンパク質（AFB）です。オーキシンに結合したTir1はSCF-Tir1のAUX/IAAリプレッサーへの結合を刺激します。その後のリプレッサーの分解により、AUX/IAA（すなわちオーキシン応答性）遺伝子が活性化されます。^[20]

植物ホルモンのジャスモン酸はFBPであるCoi1に結合します。その後、SCF-Coi1はJAZ転写因子に結合し、それを分解します。JAZ転写因子の分解により、ジャスモン酸応答遺伝子の転写が可能になります。^[21]

• 
  モーガン、デイビッド「細胞周期制御におけるタンパク質分解」、細胞周期;制御の原理 2007
• 
  Hartmut C. Vodermaier (2004) 「APC/C と SCF: 相互制御と細胞周期」 Current Biology、14 (787)