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1985年に[[RhoA]]が新規の[[低分子量GTP結合タンパク質]]として同定されて以来、[[Rho]]を選択的に不活化する[[ボツリヌス菌]]由来の菌体外酵素[[ボツリヌス毒素#C3型|C3]]や、Rhoの[[活性化変異体]]や[[不活性化変異体]]を用いた解析により、[[アクチン]][[細胞骨格]]の再編成におけるRhoの重要性が示された<ref name=ref3><pubmed>12478284</pubmed></ref>。しかし当時はRhoの標的タンパク質は同定されておらず、Rhoの下流の細胞内情報伝達系は不明であった。GTP結合型（活性型）RhoAとの選択的結合を指標とした[[yeast two hybrid法]]、[[アフィニティー・クロマトグラフィー]]、[[リガンドオーバーレイ法]]などにより、Rho標的タンパク質が次々に同定された<ref name=ref4><pubmed>8889802</pubmed></ref> <ref name=ref5><pubmed>21235928</pubmed></ref>。 | 1985年に[[RhoA]]が新規の[[低分子量GTP結合タンパク質]]として同定されて以来、[[Rho]]を選択的に不活化する[[ボツリヌス菌]]由来の菌体外酵素[[ボツリヌス毒素#C3型|C3]]や、Rhoの[[活性化変異体]]や[[不活性化変異体]]を用いた解析により、[[アクチン]][[細胞骨格]]の再編成におけるRhoの重要性が示された<ref name=ref3><pubmed>12478284</pubmed></ref>。しかし当時はRhoの標的タンパク質は同定されておらず、Rhoの下流の細胞内情報伝達系は不明であった。GTP結合型（活性型）RhoAとの選択的結合を指標とした[[yeast two hybrid法]]、[[アフィニティー・クロマトグラフィー]]、[[リガンドオーバーレイ法]]などにより、Rho標的タンパク質が次々に同定された<ref name=ref4><pubmed>8889802</pubmed></ref> <ref name=ref5><pubmed>21235928</pubmed></ref>。 | ||
Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase（ROCK）は、このように同定されたRho標的タンパク質の一つであり、活性型Rhoにより活性化される[[セリン]]・[[スレオニン]][[タンパク質リン酸化酵素]]である<ref name=ref6><pubmed>7493923</pubmed></ref> <ref name=ref7><pubmed>8641286</pubmed></ref> <ref name=ref8><pubmed>8617235</pubmed></ref> | Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase（ROCK）は、このように同定されたRho標的タンパク質の一つであり、活性型Rhoにより活性化される[[セリン]]・[[スレオニン]][[タンパク質リン酸化酵素]]である<ref name=ref6><pubmed>7493923</pubmed></ref> <ref name=ref7><pubmed>8641286</pubmed></ref> <ref name=ref8><pubmed>8617235</pubmed></ref>。 | ||
==ファミリー== | ==ファミリー== | ||
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== 構造および活性化機構 == | == 構造および活性化機構 == | ||
[[ファイル: | [[ファイル:ROCK1.png|350px|サムネイル|右|'''図1. マウスのROCKアイソフォームのドメイン構造''']] | ||
どちらのアイソフォームもN末端側からキナーゼ領域、[[コイルド・コイル]]領域、Rho結合領域、[[PHドメイン|PH]]（[[プレックスリン相同ドメイン|プレックスリン相同]] | |||
どちらのアイソフォームもN末端側からキナーゼ領域、[[コイルド・コイル]]領域、Rho結合領域、[[PHドメイン|PH]]（[[プレックスリン相同ドメイン|プレックスリン相同]]）領域、高システイン領域を有する（図1）。 | |||
ROCKのC末端領域にはROCKのキナーゼ活性を抑制する自己阻害領域が存在し、活性型RhoがROCKのRho結合領域に結合することでこの抑制が解除され、ROCKのキナーゼ活性が亢進する<ref name=ref16><pubmed>12954645</pubmed></ref>。ROCKはN末端領域同士で二量体を形成し、この二量体形成はROCKのキナーゼ活性に必須であると考えられている<ref name=ref17><pubmed>16249185</pubmed></ref> <ref name=ref18><pubmed>16531242</pubmed></ref>。 | |||
== 発現 == | == 発現 == | ||
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==機能== | ==機能== | ||
=== 基質タンパク質 === | === 基質タンパク質 === | ||
ROCKは[[ミオシン軽鎖脱リン酸化酵素]]（myosin light chain phosphatase; MLCP）をリン酸化してその酵素活性を抑制し、[[ミオシン軽鎖]]（myosin light chain; | ROCKは[[ミオシン軽鎖脱リン酸化酵素]]（myosin light chain phosphatase; MLCP）をリン酸化してその酵素活性を抑制し、[[ミオシン軽鎖]]（myosin light chain; MLC）のリン酸化とそれによる活性型構造への変化を促す。またROCKはミオシン軽鎖を直接リン酸化し活性化することも知られる<ref name=ref9><pubmed>8662509</pubmed></ref> <ref name=ref10><pubmed>9353125</pubmed></ref>。 | ||
さらにROCKはリン酸化によりLIMキナーゼを活性化し、LIMキナーゼはアクチン脱重合因子[[コフィリン]]のリン酸化を促す<ref name=ref11><pubmed>10436159</pubmed></ref>。このリン酸化によりコフィリンは不活化されアクチン脱重合が阻害される。これらの作用が協調することで、ROCKはRho依存的な[[アクトミオシン]]束の形成に寄与し、細胞に収縮力を与える。その他、[[アデュシン]]、[[ERMタンパク質]]（[[エズリン]]、[[ラディキシン]]、[[モイエシン]]）、I型[[Na+-H+交換体|Na<sup>+</sup>-H<sup>+</sup>交換体]]、[[中間径フィラメント]]（[[ビメンチン]]、[[グリア線維性酸性タンパク質]], [[ニューロフィラメント]]）、[[微小管]]結合タンパク質（[[MAP2]], [[タウタンパク質]]）、[[コラプシン反応媒介タンパク質2]]（[[CRMP2]]）、[[Par3]]などがROCKの基質の候補分子として同定されている<ref name=ref1 /> <ref name=ref2 /> <ref name=ref12><pubmed>17901255</pubmed></ref>。特にROCKによる[[CRMP2]]リン酸化が[[微小管]]制御を介し[[エフリンA5]]による神経突起退縮を促すこと<ref name=ref13><pubmed>16260611</pubmed></ref>、ROCKによるPar3リン酸化が遊走細胞の[[前後軸]]形成を促すこと<ref name=ref14><pubmed>18267089</pubmed></ref>などが示されている。 | さらにROCKはリン酸化によりLIMキナーゼを活性化し、LIMキナーゼはアクチン脱重合因子[[コフィリン]]のリン酸化を促す<ref name=ref11><pubmed>10436159</pubmed></ref>。このリン酸化によりコフィリンは不活化されアクチン脱重合が阻害される。これらの作用が協調することで、ROCKはRho依存的な[[アクトミオシン]]束の形成に寄与し、細胞に収縮力を与える。その他、[[アデュシン]]、[[ERMタンパク質]]（[[エズリン]]、[[ラディキシン]]、[[モイエシン]]）、I型[[Na+-H+交換体|Na<sup>+</sup>-H<sup>+</sup>交換体]]、[[中間径フィラメント]]（[[ビメンチン]]、[[グリア線維性酸性タンパク質]], [[ニューロフィラメント]]）、[[微小管]]結合タンパク質（[[MAP2]], [[タウタンパク質]]）、[[コラプシン反応媒介タンパク質2]]（[[CRMP2]]）、[[Par3]]などがROCKの基質の候補分子として同定されている<ref name=ref1 /> <ref name=ref2 /> <ref name=ref12><pubmed>17901255</pubmed></ref>。特にROCKによる[[CRMP2]]リン酸化が[[微小管]]制御を介し[[エフリンA5]]による神経突起退縮を促すこと<ref name=ref13><pubmed>16260611</pubmed></ref>、ROCKによるPar3リン酸化が遊走細胞の[[前後軸]]形成を促すこと<ref name=ref14><pubmed>18267089</pubmed></ref>などが示されている。 | ||
===神経系での機能=== | ===神経系での機能=== | ||
====神経管形成==== | ====神経管形成==== | ||
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====神経突起の伸展==== | ====神経突起の伸展==== | ||
[[ファイル:2.png|350px|サムネイル|右|'''図2. 神経突起伸展開始制御におけるRho-ROCKシグナル経路の関与''']] | |||
[[ファイル:ROCK3.png|350px|サムネイル|右|'''図3. EphAによる軸索退縮へのRho-ROCKシグナル経路の関与''']] | |||
神経突起の形成と伸展は、突起先端の[[成長円錐]]でのアクチン細胞骨格の再編成と、それに引き続く微小管の配向、安定化から成る。成長円錐は高い運動性を持った扇形の構造であり、[[軸索ガイダンス]]因子による軸索の伸長や退縮、さらに軸索伸長の方向の制御に深く関わる（''詳細は[[成長円錐]]の項目参照''）。 | 神経突起の形成と伸展は、突起先端の[[成長円錐]]でのアクチン細胞骨格の再編成と、それに引き続く微小管の配向、安定化から成る。成長円錐は高い運動性を持った扇形の構造であり、[[軸索ガイダンス]]因子による軸索の伸長や退縮、さらに軸索伸長の方向の制御に深く関わる（''詳細は[[成長円錐]]の項目参照''）。 | ||
ROCK阻害薬Y-27632やミオシン阻害薬ブレビスタチンを用いた実験から、[[アメフラシ]]の成長円錐でのアクチン動態やアクトミオシン束の形成にROCKによる[[ミオシン]]活性化が重要であることが示されている<ref name=ref25><pubmed>14659092</pubmed></ref> <ref name=ref26><pubmed>16501565</pubmed></ref>。さらに、[[げっ歯類]]の[[初代培養神経]]細胞では、神経突起の伸展がROCK阻害薬Y-27632により促進し、ROCKの活性化変異体により抑制されることから、ROCKの活性化が神経突起の伸展を抑制することが明らかとなった<ref name=ref27><pubmed>15630019</pubmed></ref>。小脳顆粒細胞ではROCKが神経突起の伸展の開始を抑制し神経突起の数を決定すること、その過程にRho-ROCK- | ROCK阻害薬Y-27632やミオシン阻害薬ブレビスタチンを用いた実験から、[[アメフラシ]]の成長円錐でのアクチン動態やアクトミオシン束の形成にROCKによる[[ミオシン]]活性化が重要であることが示されている<ref name=ref25><pubmed>14659092</pubmed></ref> <ref name=ref26><pubmed>16501565</pubmed></ref>。さらに、[[げっ歯類]]の[[初代培養神経]]細胞では、神経突起の伸展がROCK阻害薬Y-27632により促進し、ROCKの活性化変異体により抑制されることから、ROCKの活性化が神経突起の伸展を抑制することが明らかとなった<ref name=ref27><pubmed>15630019</pubmed></ref>。小脳顆粒細胞ではROCKが神経突起の伸展の開始を抑制し神経突起の数を決定すること、その過程にRho-ROCK-LIMキナーゼ経路によるアクチン脱重合抑制が重要であることが示された（図2）<ref name=ref28><pubmed>10839361</pubmed></ref>。さらにROCKは軸索ガイダンス因子であるエフリンA5による軸索退縮に重要である（図3）。エフリンA5はEphAに結合し、Rhoグアニンヌクレオチド交換因子GEFである[[エフェキシン]]を介してRhoを活性化する<ref name=ref29><pubmed>11336673</pubmed></ref>。Rhoにより活性化されたROCKは、アクトミオシン束を形成するとともに、CRMP-2による微小管重合を抑制する<ref name=ref13 />。[[CRMP-2]]は[[チュブリン]]二量体に結合して微小管形成を促進するタンパク質であり、ROCKによるリン酸化はその機能を抑制する。また、RhoAの活性化変異体やリゾホスファチジン酸（LPA）によるRhoの活性化は、樹状突起の複雑さを減少させる<ref name=ref30><pubmed>10884317</pubmed></ref>。この樹状突起の単純化は、ROCK阻害薬Y-27632で抑制され、ROCKの活性化変異体により[[模倣]]されることから、Rho-ROCK経路は樹状突起の枝分かれを抑制すると考えられている。 | ||
[[軸索再生]]においてもROCKは抑制的に働く。[[脊髄損傷]]後の軸索再生は、[[myelin-associated glycoprotein]]（[[MAG]]）、[[Nogo-A]]、[[コンドロイチン硫酸プロテオグリカン]]（[[CSPGs]]）、[[oligodendrocyte myelin glycoprotein]]（[[OMgp]]）などの[[ミエリン]]および[[オリゴデンドロサイト]]由来の軸索伸展抑制因子により阻害される。これらの抑制因子の作用はROCK阻害薬Y-27632により抑制される<ref name=ref31><pubmed>25374504</pubmed></ref>。さらにROCK-II欠損マウス由来の後根神経節細胞では、Nogo-22やCSPGsによる軸索伸展抑制作用が減弱することから<ref name=ref32><pubmed>19955379</pubmed></ref>、これらの軸索伸展抑制因子の作用にはROCK-IIが必須である。興味深いことに、ROCKII欠損マウスでは、脊髄損傷後の軸索再生が促進されることも報告されており<ref name=ref32 />、脊髄損傷の治療薬としてのROCK阻害薬の可能性が検討されている<ref name=ref33><pubmed>23298675</pubmed></ref>。 | [[軸索再生]]においてもROCKは抑制的に働く。[[脊髄損傷]]後の軸索再生は、[[myelin-associated glycoprotein]]（[[MAG]]）、[[Nogo-A]]、[[コンドロイチン硫酸プロテオグリカン]]（[[CSPGs]]）、[[oligodendrocyte myelin glycoprotein]]（[[OMgp]]）などの[[ミエリン]]および[[オリゴデンドロサイト]]由来の軸索伸展抑制因子により阻害される。これらの抑制因子の作用はROCK阻害薬Y-27632により抑制される<ref name=ref31><pubmed>25374504</pubmed></ref>。さらにROCK-II欠損マウス由来の後根神経節細胞では、Nogo-22やCSPGsによる軸索伸展抑制作用が減弱することから<ref name=ref32><pubmed>19955379</pubmed></ref>、これらの軸索伸展抑制因子の作用にはROCK-IIが必須である。興味深いことに、ROCKII欠損マウスでは、脊髄損傷後の軸索再生が促進されることも報告されており<ref name=ref32 />、脊髄損傷の治療薬としてのROCK阻害薬の可能性が検討されている<ref name=ref33><pubmed>23298675</pubmed></ref>。 | ||