ウインカー4

ウインカー4
利用可能な構造 電子データ オルソログ検索: PDBe RCSB PDB IDコードのリスト 2V3S、4CH9、4CHB
識別子
エイリアス	WNK4、PHA2B、PRKWNKリジン欠損タンパク質キナーゼ4
外部ID	オミム：601844; MGI : 1917097;ホモロジーン：13020;ジーンカード：WNK4; OMA :WNK4 - オルソログ
遺伝子の位置（ヒト） クロ。 染色体17（ヒト）[1] バンド 17q21.2 始める 42,780,610 bp [1] 終わり 42,797,066 bp [1]
遺伝子の位置（マウス） クロ。 11番染色体（マウス）[2] バンド 11|11 D 始める 101,151,393 bp [2] 終わり 101,168,235 bp [2]
RNA発現パターン ブギー 人間 マウス（相同遺伝子） トップの表現 腎髄質 横行結腸粘膜 回腸粘膜 人間の腎臓 直腸 膵管細胞 S状結腸粘膜 脛骨 睾丸 子宮内膜間質細胞 トップの表現 血管条 右腎臓 耳小胞 蝸牛管の前庭膜 人間の腎臓 卵黄嚢 原腸胚 腎皮質 内腎髄質 髄質集合管 参照表現データの詳細 バイオGPS 該当なし
遺伝子オントロジー 分子機能 トランスフェラーゼ活性 ヌクレオチド結合 タンパク質キナーゼ活性 キナーゼ活性 タンパク質結合 塩素イオンチャネル阻害活性 ATP結合 タンパク質セリン/スレオニンキナーゼ活性 カリウムチャネル阻害活性 細胞成分 細胞質 二細胞タイトジャンクション 細胞接合 細胞質 膜 生物学的プロセス タンパク質の局在 遠位尿細管の形態形成 細胞プロセスの調節 イオン恒常性 リン酸化 イオン輸送 塩化物輸送 腎臓のナトリウムイオン吸収 膵液分泌の抑制 細胞内シグナル伝達 タンパク質リン酸化 ナトリウムイオン輸送の負の調節 イオン膜輸送体の活性の正の調節 細胞膜を介したカリウムイオンの輸入の正の調節 ナトリウムイオン膜輸送活性の正の調節 出典:Amigo / QuickGO
オルソログ 種 人間 ねずみ エントレズ 65266 69847 アンサンブル ENSG00000126562 ENSMUSG00000035112 ユニプロット Q96J92 Q80UE6 RefSeq (mRNA) NM_032387 NM_001321299 NM_175638 RefSeq (タンパク質) NP_001308228 NP_115763 NP_783569 場所 (UCSC) 17章: 42.78 – 42.8 Mb 11 章: 101.15 – 101.17 Mb PubMed検索 [3] [4]
ウィキデータ
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セリン/スレオニンタンパク質キナーゼWNK4は、リジン（ K ）タンパク質キナーゼ4 （WNK4）としても知られ、ヒトではWNK4遺伝子によってコードされる酵素です。^{[5]ミスセンス変異は、ゴードン症候群または家族性高カリウム血症性高血圧症とも呼ばれる}偽性低アルドステロン症2型の遺伝性形態を引き起こします。

WNK4 は、4 つのメンバーからなるセリン/スレオニンキナーゼファミリーのメンバーです。このファミリーの名前の由来は、他のセリン/スレオニンキナーゼとは異なり、WNK は触媒ドメインのサブドメイン II にリジンがないという特徴があるためです。^[6]代わりに、触媒ドメインのサブドメイン I の β2 鎖にあるリジンがキナーゼ活性を担っています。^[6]

ヒトでは、WNK4遺伝子は染色体17q21-q22に位置している。4kbのcDNA転写産物内の3,732ヌクレオチドのオープンリーディングフレームによってコードされる1,243アミノ酸のタンパク質を生成する。 ^{[7] WNK4タンパク質は}腎臓の遠位尿細管（DCT）と皮質集合管（CCD）で高度に発現している。^[7] WNK4は様々な哺乳類の脳、肺、肝臓、心臓、結腸にも存在する。^{[8] [9] [10]}

WNK4の遺伝子変異は、偽性低アルドステロン症II型（PHAII）^[7] 、別名家族性高カリウム血症性高血圧症（FHHt）[11]またはゴードン症候群[12]の患者で発見されています。PHAIIは、高カリウム血症、高血圧、代謝性アシドーシスを特徴とする常染色体優性^遺伝疾患^です。WNK4は、腎臓のさまざまなイオントランスポーターとチャネルの調節に重要な役割を果たしています。PHAIIを引き起こすWNK4の変異は、腎臓のナトリウムおよびカリウムトランスポーターとチャネルの調節不全を引き起こし、腎臓によるナトリウムおよびカリウムの保持に欠陥をもたらし、結果として血圧と血液中のカリウム濃度の上昇（高カリウム血症）を引き起こします。

WNK4 の三次構造は、現在まで解明されていません。しかし、タンパク質の個々のドメイン構造はいくつか特定されています。これらには、アミノ末端近くのキナーゼドメイン、それに続く自己阻害ドメイン、酸性モチーフ、2 つのコイルドコイルドメイン、およびC 末端セグメントのカルモジュリン結合ドメインが含まれます(図 1 )。WNK1 のキナーゼドメインと自己阻害ドメインの構造は明らかになっています。WNK4 とWNK1の構造的類似性は高いため、WNK1内の対応する領域から得られた知見に基づいて、WNK4 の重要な構造詳細を推測することができます。WNK4 のキナーゼドメインは、WNK1のキナーゼドメインと83% の配列同一性があります。WNK1 のキナーゼドメインの全体的なフォールドは、典型的なデュアルドメイン構造を持つ他のタンパク質キナーゼのフォールドと似ています。^[13] WNK4のC末端ドメインは、ファミリー内の他のキナーゼと高い類似性を持っています。一方、N末端ドメインは、5本鎖のβシートではなく6本鎖のβシートを持ち、完全なβバレルを形成するという点で独特です。^[13] WNK4のキナーゼドメインの領域³²⁰ DLG ³²³ に塩化物イオン結合部位が同定されています。 ^{[14]この領域に塩化物Cl −}が結合すると、WNK4の活性化が阻害されます。自己阻害ドメインは、RFXV結合PASK/FRAYホモロジー2（PF2）ドメインのホモログです。^{[15]構造研究により、自己阻害ドメインは3つのβストランドと2つの}αヘリックスで構成されていることが明らかになっています。^[16]注目すべきことに、RFXV結合溝はWNKタンパク質のβ3-αA界面によって形成され、そこでRFXVペプチドリガンドはWNK1の残基Phe524、Asp531、およびGlu539と直接相互作用する。^[16] RFXVモチーフと自己阻害ドメインとの相互作用により、WNK4のC末端領域がキナーゼドメインに近接し、その後その活性を調節することが可能になる。

典型的なキナーゼであるWNK4は、ATP依存的にリン酸基を付加することで基質タンパク質のリン酸化を達成する。この構造変化は通常、下流基質の機能変化をもたらす。現在知られているWNK4の基質には、キナーゼSTE20-セリン-プロリンアラニンリッチキナーゼ（SPAK）や酸化ストレス応答1キナーゼ（OSR1）などがあり、これらはチアジド感受性ナトリウム-塩化物共輸送体（NCC）をリン酸化して活性化することができる^{[17] [18]}（図2）。同様に、WNK4はSPAK依存的なメカニズムを介してNKCC1を活性化し、KCC 2を不活性化する^{[19] 。WNK4のキナーゼ活性は、}大腸菌から精製されたWNK4キナーゼドメインを用いてin vitroで実証されている。^[20]このリン酸化カスケードは、PHAIIの発症に関連する ナトリウムとカリウムの恒常性調節異常を 制御する上で重要である。

NCCに加えて、WNK4は腎臓の複数のイオンチャネルと共輸送体をさまざまなメカニズムで制御します。これらには、上皮性Na ⁺チャネル（ENaC）、腎外髄質カリウムチャネル（ROMK）、一過性受容体電位バニロイドメンバー4および5（TRPV4/5、カルシウムチャネル）、Na-K-2Cl共輸送体1および2（NKCC1 /2）、K ⁺ -Cl ⁻共輸送体2型（KCC2）、およびその他のチャネル/トランスポーターが含まれます。^[21] WNK4は、ENaC、ROMK、およびTRPV4の機能を阻害し、これらのチャネルの総発現と細胞表面発現を低下させます。^{[22] [23] [24]} WNK4は、キナーゼ依存的にTRPV5の細胞膜への前方輸送を増加させることでTRPV5を強化します。 ^{[25] WNK4の}ROMK に対する阻害効果は、血清およびグルココルチコイドキナーゼ1（SGK1）またはWNK4の対応するリン酸化模倣S1169D変異によって逆転する。 ^[23]キナーゼドメインと酸性モチーフを含むWNK4のN末端セグメントは、WNK4を介したROMKの阻害に必要である。^[26] WNK4の2番目のコイルドコイルドメインはTRPV4のダウンレギュレーションを媒介する。WNK4とカルシウム結合タンパク質39（Cab39）は一緒に作用して、トランスポーターNKCC1とNKCC2を活性化する。^[27]

2001年に、偽性低アルドステロン症2型（PHAII）の患者でWNK4遺伝子の4つのミスセンス変異が特定されました（図1）。^[7]これらの変異のうち3つ（E562K、D564A、およびQ565E）は、WNK4の酸性モチーフの電荷変化置換であり、ヒトとげっ歯類の種のWNKファミリーのすべてのメンバーで保存されています。4番目の置換（R1185C）は、2番目のコイルドコイルドメイン近くのカルモジュリン結合ドメインにあります。WNK4の他のPHAII変異もいくつか報告されています。これらの変異の例には、E560G、^[28] P561L、^[29]  およびD564H ^[30]があり、すべて酸性モチーフの近くまたは酸性モチーフ内にあります。 PHAII変異は^、 WNK4キナーゼのCa 2+ 感受性の基盤となるメカニズムを破壊するように思われる。この点では2つのメカニズムが重要である。第一に、酸性モチーフにおけるPHAIIを引き起こす変異は、キナーゼドメインをCa 2+ 濃度に対して不感性にする^{。WNK4の酸性モチーフは潜在的にCa 2+}センサーとして機能する^ため、^Ca 2+ 濃度が上昇するとWNK4キナーゼ活性が上昇する^。これは、酸性モチーフを含むように切断された単離されたWNK4キナーゼドメインを用いて実証されている。^{[20] PHAIIを引き起こす変異が酸性モチーフに存在する場合、Ca 2+}結合状態で観察されるものと同様に、キナーゼ活性が上昇する（図3）。第二に、カルモジュリン結合ドメインと複数のSGK1リン酸化部位を含むWNK4 C末端領域は、休止状態でWNK4の活性を阻害する。^[32]しかし、Ca ²⁺レベルが上昇すると、Ca ²⁺ /カルモジュリン複合体がC末端領域に結合し、WNK4キナーゼ活性を抑制解除する。さらに、RFXVモチーフは自己阻害ドメインと相互作用し、その後、阻害効果が起こるようにC末端とキナーゼドメインを近づけるコンフォメーション変化を引き起こすと考えられている。 アンジオテンシンIIは、 WNK依存性メカニズムを介してSPAKリン酸化を増加させ、NCCを活性化する。^[33]アンジオテンシンIIによるSPAKとNCCの活性化は、WNK4ノックダウンによって解除される。^[34]アンジオテンシンII受容体AT1の活性化は、 Gq/11に結合してホスホリパーゼCを活性化し、細胞内Ca ²⁺濃度を増加させる。Ca²⁺濃度は、上記のメカニズムを通じてWNK4活性を上昇させます（図3、左パネル）。酸性モチーフのPHAIIを引き起こす変異とカルモジュリン結合ドメインのR1185C変異は、WNK4キナーゼドメインを恒常的に活性化し、アンジオテンシンIIが存在しないにもかかわらず機能できるようにします（図3、右パネル）。   

アンジオテンシンII はアルドステロンの分泌を刺激し、それがSGK1 を誘導する。 SGK1 は WNK-SPAK-NCC ^[35]と SGK1-ENaC シグナル伝達カスケードの両方に影響を及ぼします。^[36] WNK4 の C 末端領域には、カルモジュリン結合ドメイン内またはその近くに位置する複数の SGK1 リン酸化部位があります。 これらの部位の SGK1 媒介リン酸化は、C 末端阻害ドメインの効果を破壊し、同時に WNK4 キナーゼ活性を高めると考えられています。^[32]さらに、PKA および PKC キナーゼは WNK4 のいくつかの部位をリン酸化してその活性を高めることが示されています。^[37] R1185C 変異による SGK1 リン酸化の変化は、この変異が WNK4 の C 末端阻害機構を破壊することを示すもう 1 つの兆候です (図 3、右パネル)。

PHAII患者では、WNK1とWNK4のほかに、CUL3（Cullin 3をコードする）とKLHL3（Kelch Like Family Member 3をコードする）という2つの遺伝子の変異も見つかっている。 ^{[38] [39]}これら2つのタンパク質は、ユビキチンを介したWNK1とWNK4の分解に関与するユビキチンE3リガーゼ複合体の一部である。PHAIIを引き起こすKLHL3とcullin 3の変異は、これらのタンパク質同士およびWNK1/4との相互作用を妨げる。これらのタンパク質の変異はWNK1/4の分解を阻害する。これにより、WNK1/4のタンパク質量が増加し、同時に総キナーゼ活性が強化される。^[40] WNK4キナーゼ活性の上昇は、 WNK4-SPAK/OSR1-NCCカスケードを介してNCCの過剰活性化につながり、最終的に腎臓によるナトリウムとカリウムの保持につながる。

WNK4 キナーゼ活性の上昇による主な影響は、腎臓の遠位尿細管における NCC を介したナトリウム再吸収の増加です。ネフロンのこの部分でのナトリウム再吸収の増加により、集合管のナトリウム負荷が減少し、集合管ではENaCによるナトリウム再吸収がROMKを介したカリウム排泄の原動力となります(図4)。亢進したNCCによるナトリウム再吸収はENaCによる再吸収の減少を上回り、最終的な影響は中程度のナトリウム貯留です。時間が経つにつれて、これが PHAII 患者に観察される血圧上昇の一因となる可能性があります。ROMK によるカリウム排泄の減少は、高カリウム血症の発症に寄与します。ENaC、 ROMK 、Ca ²⁺活性化マキシ K ⁺チャネルなど、他のチャネルやトランスポーターに対する WNK4 活性の上昇による直接的な影響も、PHAII の発症に寄与している可能性があります。しかし、PHAIIの主な特徴はNCCの機能獲得によって説明できる可能性がある。^[41]

• ヒトタンパク質アトラス/WNK4
• ジーンカード/WNK4
• ユニプロット/WNK4
• OMIM/WNK4