ホスファチジルイノシトール-3,4-ビスリン酸

sn-1-ステアロイル-2-アラキドノイルホスファチジルイノシトール-3,4-ビスリン酸の化学構造

ホスファチジルイノシトール-3,4-ビスリン酸（英: phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate、略称: PtdIns(3,4)P2、PI(3,4)P2）は、細胞膜に少量存在するリン脂質であり、セカンドメッセンジャーとして重要な役割を果たしている。細胞膜でのPtdIns(3,4)P2の生成は、いくつかの重要なシグナル伝達経路の活性化をもたらす[1]。

細胞膜に存在する全てのリン脂質のうち、イノシトールリン脂質が占める割合は10%以下である[2]。ホスホイノシチド（PIs）またはホスファチジルイノシトールリン酸は、小胞体でホスファチジルイノシトールシンターゼによって合成される[3][4][5]。PIsはグリセロール骨格と2つの脂肪酸鎖（ステアリン酸とアラキドン酸に富む）、そしてイノシトール環からなる構造を持っている。イノシトール環に付加されるリン酸基の調節はオルガネラごとに異なり、膜上に存在するホスファチジルイノシトールキナーゼ、ホスファチジルイノシトールリン酸キナーゼ、ホスファチジルイノシトールリン酸ホスファターゼの種類に依存している[3][4][5]。こうしたキナーゼやホスファターゼがイノシトール頭部の3'、4'、5'位に対してリン酸化や脱リン酸化を行うことで、PtdIns(3,4)P2を含むさまざまなPIsが産生される[1]。これら3か所に対するリン酸化と脱リン酸化の組み合わせから、7種類の異なるPIsが生じることとなる[3][6]。

クラスIおよびIIのPI3キナーゼ（PI3K）は、PtdIns4P（英語版）の3'-OH基をリン酸化することでPtdIns(3,4)P2を合成する[3][6]。また、ホスファターゼであるSHIP1（英語版）やSHIP2（英語版）は、PtdIns(3,4,5)P3の5'位を脱リン酸化することでPtdIns(3,4)P2を形成する[3][7]。細胞膜に位置するこうした正の調節因子に加えて、PTENはPtdIns(3,4,5)P3の3'位を脱リン酸化してPtdIns(4,5)P2を生成することでPtdIns(3,4,5)P3を除去し、PtdIns(3,4)P2産生の負の調節因子として作用する[3][8]。イノシトールポリリン酸-4-ホスファターゼであるINPP4A（英語版）とINPP4B（英語版）も負の調節因子として作用し、これらはより直接的に、PtdIns(3,4)P2をPtdIns3P（英語版）へと加水分解する[3][9][10]。PtdIns(3,4)P2は、SHIP1、SHIP2によるPIsの調節を介してPI3K経路におけるAKT（プロテインキナーゼB）の活性化に重要な役割を果たしていることが示されている。AKTはPHドメイン（英語版）を介してPtdIns(3,4)P2やPtdIns(3,4,5)P3と相互作用することで細胞膜へリクルートされ、活性化される。AKTのPHドメインはこれら双方に対して高い親和性を有する[11]。PtdIns(3,4)P2やPtdIns(3,4,5)P3との相互作用によって膜に結合したAKTは、PHドメインとキナーゼドメインの間の自己阻害相互作用が解除されて活性化される[12]。その後、AKTの活性化ループのT308と疎水性ドメインのS437がそれぞれPDK1（英語版）[13]とmTORC2（英語版）[14]によってリン酸化される。試験管内での実験では、AKT活性化のためのPDK1の細胞膜へのリクルートはPtdIns(3,4)P2とPtdIns(3,4,5)P3の双方との相互作用によって駆動されることが示されている[13]。

当初、5-ホスファターゼによるPtdIns(3,4,5)P3からPtdIns(3,4)P2への脱リン酸化は、3-ホスファターゼであるPTENと同様に抗腫瘍効果をもたらすと予測されていた。しかしながら実際には、5-ホスファターゼであるSHIPタンパク質によるPtdIns(3,4)P2の合成はAKTの脂質への結合とその後の活性化のために腫瘍細胞の生存と関連付けられている。AKTの活性化は下流の代謝の変化、アポトーシスの抑制、細胞増殖の増加を引き起こし、この経路やその影響はがんの50%で生じている[12]。またこれと関連して、PtdIns(3,4)P2の増加や4-ホスファターゼであるINPP4Bの変異は乳腺上皮の形質転換を引き起こすことが示されている[10]。

PtdIns(3,4)P2は、クラスリン介在型エンドサイトーシス（英語版）（CME）時の小胞成熟に重要な役割を果たしていることも示されている[3][15]。PtdIns4Pを生成するホスファターゼであるSHIP2とシナプトジャニン（英語版）は、CME過程の開始時にクラスリン構造へとリクルートされる[3][16]。このPtdIns4Pの産生はPI3K-C2αによるPtdIns(3,4)P2合成をもたらし、新たに合成されたPtdIns(3,4)P2はSNX9（英語版）、SNX18（英語版）といったPX-BARドメインタンパク質をリクルートして小胞のネック部分の狭窄を引き起こす。そして、ダイナミン（英語版）によって最終的な切断と放出が行われ、小胞が形成される[3][15]。

PtdIns(3,4)P2は、ラメリポディン（英語版）などのアクチン調節タンパク質を介して細胞骨格の再編成の促進も行っている[3][17]。ラメリポディンは細胞膜へリクルートされ、そこでPHドメインを介してPtdIns(3,4)P2と相互作用すると考えられている。細胞膜上のラメリポディンはEna/VASP（英語版）といったアクチン結合タンパク質と相互作用し、ラメリポディア（英語版）のアクチンネットワークや細胞遊走を調節する[18][19][20]。

出典

[編集]
  1. ^ a b Dimitrios Karathanassis; Robert V. Stahelin; Jerónimo Bravo; Olga Perisic; Christine M Pacold; Wonhwa Cho; Roger L Williams (2002). “Binding of the PX domain of p47phox to phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate and phosphatidic acid is masked by an intramolecular interaction”. EMBO Journal 21 (19): 5057–5068. doi:10.1093/emboj/cdf519. PMC 129041. PMID 12356722. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC129041/. 
  2. ^ Molecular biology of the cell (6th ed ed.). New York: Garland science, Taylor and Francis group. (2015). ISBN 978-0-8153-4432-2 
  3. ^ a b c d e f g h i j k Gozzelino, Luca; De Santis, Maria Chiara; Gulluni, Federico; Hirsch, Emilio; Martini, Miriam (2020). “PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism”. Frontiers in Oncology 10: 360. doi:10.3389/fonc.2020.00360. ISSN 2234-943X. PMC 7136497. PMID 32296634. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32296634. 
  4. ^ a b Agranoff, B. W.; Bradley, R. M.; Brady, R. O. (1958-11). “The enzymatic synthesis of inositol phosphatide”. The Journal of Biological Chemistry 233 (5): 1077–1083. ISSN 0021-9258. PMID 13598735. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13598735. 
  5. ^ a b Epand, Richard M. (2012-04). “Recognition of polyunsaturated acyl chains by enzymes acting on membrane lipids”. Biochimica Et Biophysica Acta 1818 (4): 957–962. doi:10.1016/j.bbamem.2011.07.018. ISSN 0006-3002. PMID 21819965. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21819965. 
  6. ^ a b Balla, Tamas (2013-07). “Phosphoinositides: tiny lipids with giant impact on cell regulation”. Physiological Reviews 93 (3): 1019–1137. doi:10.1152/physrev.00028.2012. ISSN 1522-1210. PMC 3962547. PMID 23899561. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23899561. 
  7. ^ Fernandes, Sandra; Iyer, Sonia; Kerr, William G. (2013-03). “Role of SHIP1 in cancer and mucosal inflammation”. Annals of the New York Academy of Sciences 1280 (1): 6–10. doi:10.1111/nyas.12038. ISSN 1749-6632. PMC 3620675. PMID 23551094. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23551094. 
  8. ^ Kerr, William G. (2011-01). “Inhibitor and activator: dual functions for SHIP in immunity and cancer”. Annals of the New York Academy of Sciences 1217: 1–17. doi:10.1111/j.1749-6632.2010.05869.x. ISSN 1749-6632. PMC 4515353. PMID 21155837. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21155837. 
  9. ^ Norris, F. A.; Atkins, R. C.; Majerus, P. W. (1997-09-19). “The cDNA cloning and characterization of inositol polyphosphate 4-phosphatase type II. Evidence for conserved alternative splicing in the 4-phosphatase family”. The Journal of Biological Chemistry 272 (38): 23859–23864. doi:10.1074/jbc.272.38.23859. ISSN 0021-9258. PMID 9295334. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9295334. 
  10. ^ a b Gewinner, Christina; Wang, Zhigang C.; Richardson, Andrea; Teruya-Feldstein, Julie; Etemadmoghadam, Dariush; Bowtell, David; Barretina, Jordi; Lin, William M. et al. (2009-08-04). “Evidence that inositol polyphosphate 4-phosphatase type II is a tumor suppressor that inhibits PI3K signaling”. Cancer Cell 16 (2): 115–125. doi:10.1016/j.ccr.2009.06.006. ISSN 1878-3686. PMC 2957372. PMID 19647222. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19647222. 
  11. ^ Frech, M.; Andjelkovic, M.; Ingley, E.; Reddy, K. K.; Falck, J. R.; Hemmings, B. A. (1997-03-28). “High affinity binding of inositol phosphates and phosphoinositides to the pleckstrin homology domain of RAC/protein kinase B and their influence on kinase activity”. The Journal of Biological Chemistry 272 (13): 8474–8481. doi:10.1074/jbc.272.13.8474. ISSN 0021-9258. PMID 9079675. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9079675. 
  12. ^ a b Ebner, Michael; Lučić, Iva; Leonard, Thomas A.; Yudushkin, Ivan (2017-02-02). “PI(3,4,5)P3 Engagement Restricts Akt Activity to Cellular Membranes”. Molecular Cell 65 (3): 416–431.e6. doi:10.1016/j.molcel.2016.12.028. ISSN 1097-4164. PMID 28157504. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28157504. 
  13. ^ a b Alessi, D. R.; James, S. R.; Downes, C. P.; Holmes, A. B.; Gaffney, P. R.; Reese, C. B.; Cohen, P. (1997-04-01). “Characterization of a 3-phosphoinositide-dependent protein kinase which phosphorylates and activates protein kinase Balpha”. Current biology: CB 7 (4): 261–269. doi:10.1016/s0960-9822(06)00122-9. ISSN 0960-9822. PMID 9094314. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9094314. 
  14. ^ Sarbassov, D. D.; Guertin, David A.; Ali, Siraj M.; Sabatini, David M. (2005-02-18). “Phosphorylation and regulation of Akt/PKB by the rictor-mTOR complex”. Science (New York, N.Y.) 307 (5712): 1098–1101. doi:10.1126/science.1106148. ISSN 1095-9203. PMID 15718470. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15718470. 
  15. ^ a b Posor, York; Eichhorn-Gruenig, Marielle; Puchkov, Dmytro; Schöneberg, Johannes; Ullrich, Alexander; Lampe, André; Müller, Rainer; Zarbakhsh, Sirus et al. (2013-07-11). “Spatiotemporal control of endocytosis by phosphatidylinositol-3,4-bisphosphate”. Nature 499 (7457): 233–237. doi:10.1038/nature12360. ISSN 1476-4687. PMID 23823722. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23823722. 
  16. ^ Nakatsu, Fubito; Perera, Rushika M.; Lucast, Louise; Zoncu, Roberto; Domin, Jan; Gertler, Frank B.; Toomre, Derek; De Camilli, Pietro (2010-08-09). “The inositol 5-phosphatase SHIP2 regulates endocytic clathrin-coated pit dynamics”. The Journal of Cell Biology 190 (3): 307–315. doi:10.1083/jcb.201005018. ISSN 1540-8140. PMC 2922640. PMID 20679431. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20679431. 
  17. ^ Hawkins, Phillip T.; Stephens, Len R. (2016-02). “Emerging evidence of signalling roles for PI(3,4)P2 in Class I and II PI3K-regulated pathways”. Biochemical Society Transactions 44 (1): 307–314. doi:10.1042/BST20150248. ISSN 1470-8752. PMID 26862220. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26862220. 
  18. ^ Krause, Matthias; Leslie, Jonathan D.; Stewart, Mary; Lafuente, Esther M.; Valderrama, Ferran; Jagannathan, Radhika; Strasser, Geraldine A.; Rubinson, Douglas A. et al. (2004-10). “Lamellipodin, an Ena/VASP ligand, is implicated in the regulation of lamellipodial dynamics”. Developmental Cell 7 (4): 571–583. doi:10.1016/j.devcel.2004.07.024. ISSN 1534-5807. PMID 15469845. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15469845. 
  19. ^ Yoshinaga, Satoshi; Ohkubo, Takahiro; Sasaki, Shinji; Nuriya, Mutsuo; Ogawa, Yukino; Yasui, Masato; Tabata, Hidenori; Nakajima, Kazunori (2012-08-22). “A phosphatidylinositol lipids system, lamellipodin, and Ena/VASP regulate dynamic morphology of multipolar migrating cells in the developing cerebral cortex”. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience 32 (34): 11643–11656. doi:10.1523/JNEUROSCI.0738-12.2012. ISSN 1529-2401. PMC 6703763. PMID 22915108. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22915108. 
  20. ^ Kato, Takuma; Kawai, Katsuhisa; Egami, Youhei; Kakehi, Yoshiyuki; Araki, Nobukazu (2014). “Rac1-dependent lamellipodial motility in prostate cancer PC-3 cells revealed by optogenetic control of Rac1 activity”. PloS One 9 (5): e97749. doi:10.1371/journal.pone.0097749. ISSN 1932-6203. PMC 4029798. PMID 24848679. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24848679. 
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