ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No4

概要

日本結晶学会誌Vol59No4

キナーゼを標的とした構造生物学および創薬の現状図1典型的なキナーゼドメインの構造.（Structure oftypical protein kinase.）protein kinase A（PKA）（PDB: 4hpu）の構造から作図した．ここで示した，へリックス，ストランド，部位の名称は一般化されている．活性制御および阻害剤の結合にかかわる領域を黒く表示している．なお，N-lobeにあるαCへリックスのN末端に隣接するへリックスはほとんどのキナーゼに保存されていない．図3キナーゼの背骨構造.（Spines in kinase structure.）キナーゼの活性構造は疎水性アミノ酸からなる，2本の背骨構造（R-spine，C-spine）で安定化される．構造柔軟性が高いキナーゼ分子は，活性構造形成に伴ってR-spineが完成し，ATPのプリン環が上下2つに分かれたC-spineを1本につなぐ．図2キナーゼの活性中心の構造と反応機構.（Reactioncenter of kinase.）活性型構造では，ATP分子のリン酸基が活性制御リシン，マグネシウムイオンで固定される．基質タンパク質の水酸基がC-loop上のアスパラギン酸にプロトンを引き抜かれて活性化し，ATPγリン酸基のリン原子を求核攻撃することで酵素反応が起こる．までと定義される（それぞれ，多少変異がある）．DFGモチーフのアスパラギン酸はマグネシウムイオンを介してATPの結合に関与する（図2）．A-loopは活性化に伴って，αCへリックスを活性中心のほうへ引き寄せ，同へリックス上のグルタミン酸とβ5ストランド上の活性制御リシンとの塩橋形成を完成させる（図2）．ここで固定日本結晶学会誌第59巻第4号（2017）化された活性制御リシンは，リン酸基との相互作用を介してATPの遷移状態コンホメーションの優先的結合を可能にする．さらにA-loopは基質結合のプラットホームとして働く．A-loopの立体配置はSTKおよびTKで大きく異なるが，リン酸化を受ける水酸基，catalytic loop（C-loop），DFGモチーフおよびATPの相対位置はすべてのキナーゼで保存されている（図2）．この配置が調うと，基質の水酸基はC-loop上のアスパラギン酸にプロトンが引き抜かれて活性化し，ATPのγリン酸基のリン原子を求核攻撃する（図2）．また，2つの疎水性クラスターからなる背骨構造（regulatory-spine（R-spine），catalytic-spine（C-spine））が柔軟性の高いキナーゼ構造を安定化する（図3）．活性化に伴い，αCへリックスが活性部位に近づくことで，同へリックス内の疎水性アミノ酸側鎖の配向が変化してR-spineが完成する．DFGモチーフのフェニルアラニンもこれに加わっている．一方，はじめ2つに分かれているC-spineは，ATPのプリン環が加わることで1本の背骨構造となる（図3）．逆に，これら背骨構造が完成しないとキナーゼ構造は柔軟性が高くなる．これは，ATP類縁体やATP拮抗阻害剤を存在させると，キナーゼ分子の結晶化が促進するという事実と一致する．キナーゼ分子の触媒キナーゼドメインのN末端側およびC末端側には，長さ，配列において多様性の高い領域が備わっている．これらの領域には，活性制御タンパク質結合ドメイン，基質結合を補助するドメイン，細胞内175