「LIMドメイン含有キナーゼ」の版間の差分

担当編集委員：[http://researchmap.jp/read0192882 古屋敷 智之]（神戸大学大学院医学研究科・医学部 薬理学分野）<br>

[[ファイル:Ohashi LIMK Fig1.png|サムネイル|'''図１. コフィリンのリン酸化・脱リン酸化によるアクチン骨格のダイナミクス制御]]

| Orb2A (LIMK1) || 長期記憶形成（Orb2Aのオリゴマー化）

| NKX-3.1 (LIMK2) || がん悪性化（リン酸化によるユビキチン化の阻害）

| PTEN (LIMK2) || がん悪性化（リン酸化によるユビキチン化の阻害）

| SPOP (LIMK2) || がん悪性化（リン酸化によるがん抑制因子のユビキチン化の阻害）

| SRPK1 (LIMK2) || がん悪性化（リン酸化によるユビキチン化の阻害）

| TWIST1 (LIMK2) || がん悪性化（リン酸化によるユビキチン化の阻害）

　LIMKは複数のシグナル経路で活性が制御されることが明らかにされている<ref name=Mizuno2013><pubmed>23153585</pubmed></ref><ref name=Ohashi2015><pubmed>25864508</pubmed></ref><ref name=Villalonga2023><pubmed>36899941</pubmed></ref>。最も主要な経路として、LIMKは低分子量Gタンパク質Rhoファミリーの下流で活性化される。LIMKは[[RhoA]]の下流因子である[[ROCK]]、[[Rac]]と[[Cdc42]]の下流因子である[[PAK]]、Cdc42の下流因子である[[myotonic dystrophy kinase-related Cdc42-binding kinase α]] ([[MRCKα]])によってキナーゼドメイン内の活性化ループの508番目のスレオニン(LIMK2では505番目)がリン酸化され活性化される<ref name=Edwards1999><pubmed>10559936</pubmed></ref><ref name=Maekawa1999><pubmed>10436159</pubmed></ref><ref name=Ohashi2000><pubmed>10652353</pubmed></ref><ref name=Sumi2001><pubmed>11340065</pubmed></ref>。RhoA-ROCK経路によるLIMKの活性化は収縮性の[[アクトミオシン]]であるストレスファイバーの形成を促進し、Rac1やCdc42の下流でPAKによって活性化される場合には、細胞の辺縁で突出するひだ状のアクチン構造であるラメリポディア(葉状仮足）の形成に寄与する。このように、LIMKはRhoファミリーの下流で他のシグナルの分子群と共役して、様々なアクチン骨格構造の形成に関与する<ref name=Mizuno2013><pubmed>23153585</pubmed></ref><ref name=Ohashi2015><pubmed>25864508</pubmed></ref><ref name=Villalonga2023><pubmed>36899941</pubmed></ref>。一方、Rho経路を介さずにLIMKの活性を制御するタンパク質や、LIMKの発現や分解を制御する多くの因子が見出されている(表2)<ref name=Mizuno2013><pubmed>23153585</pubmed></ref><ref name=Ohashi2015><pubmed>25864508</pubmed></ref><ref name=Villalonga2023><pubmed>36899941</pubmed></ref><ref name=BenZablah2021><pubmed>34440848</pubmed></ref>。

| rowspan="2"|Aurora A || リン酸化 (LIMK1: Ser-307, Thr-508) || 紡錘体形成

| リン酸化 (LIMK2: Ser-283, Thr-494, Thr-505)|| 乳癌細胞の悪性化（キナーゼ活性の活性化、ユビキチン化の阻害による分解の抑制）

| CaMKII || リン酸化 (LIMK1: Thr-508) || 皮質神経細胞の神経突起伸展

| CaMKIV || リン酸化 (LIMK1: Thr-508) || Ca2+シグナルによる神経突起形成

| MAPKAPK2(MK2) || リン酸化 (LIMK1: Ser-323) || 血管内皮細胞の移動、管腔形成

| Protein kinase A (PKA) || リン酸化 (LIMK1: Ser-323, Ser-596) || 線維芽細胞の移動

| BMPRII || 結合 (LIMK1) || 神経細胞の樹状突起形成

| p57^Kip2 || 結合 (LIMK1) || ストレスファイバー形成促進、細胞移動の抑制

| Caspase 3 || 限定分解 (LIMK1: Asp-240) || アポトーシスの進行

| Slingshot1 || 脱リン酸化 (LIMK1: Thr-508) || アクチン重合促進に対するフィードバック阻害

| β-Arrestin || 結合による活性抑制 (LIMK1) || ラメリポディア形成の促進

| LATS1 || 結合による活性抑制 (LIMK1) || 収縮環の収縮の抑制

| Nischarin || 結合による活性抑制 (LIMK1) || 細胞運動の抑制

| Par3 || 結合による活性抑制 (LIMK2) || タイトジャンクション形成の促進

| Parkin || ユビキチン化（分解の促進） (LIMK1) || アクチン重合の抑制

| RNF6 || ユビキチン化（分解の促進） (LIMK1) || 海馬神経細胞の軸索伸展の調節

　LIMK1は神経突起の伸展・退縮、シナプス形成に関与することが示されている。まず、セマフォリン3Aによるトリ後根神経節(DRG)細胞の軸索先端の成長円錐の退縮において、LIMK1によるコフィリンのリン酸化が必要であることが示された<ref name=Aizawa2001><pubmed>11276226</pubmed></ref>。また、PC12細胞とDRG細胞の神経成長因子(NGF)による神経突起の伸長において、LIMKとSlingshotの両方の活性が必要であることが示され、これらによるコフィリンのリン酸化・脱リン酸化の適切な制御が神経突起の伸展に必要であることが示された<ref name=Endo2003><pubmed>12684437</pubmed></ref><ref name=Endo2007><pubmed>17360713</pubmed></ref>。これまでに、神経細胞の様々な機能においてLIMKの関与が数多く報告されているが、その多くはRho経路の下流でアクチン骨格の再構築を制御することによってなされているものと考えられる。

　一方、Ca²⁺シグナルによる神経突起伸展にもLIMK1は関与しており、Ca²⁺シグナルによるNeuro2A細胞の神経突起伸展において、カルシウムカルモジュリン依存性タンパク質キナーゼ(CaMK)IVによるLIMK1のThr-508のリン酸化と活性化が必要であることや<ref name=Takemura2009><pubmed>19696021</pubmed></ref>、大脳皮質神経細胞の神経突起の伸展においてCaMKIIによるLIMK1のリン酸化と活性化が必要であることが示されている<ref name=Saito2013><pubmed>23600483</pubmed></ref>。大脳皮質神経細胞の樹状突起形成においてII型骨形成因子（BMP）受容体(BMPRII)がLIMK1を活性化することが必要であることが示された<ref name=Lee-Hoeflich2004><pubmed>15538389</pubmed></ref>。

　海馬神経細胞においてユビキチンリガーゼであるRNF6はLIMK1をユビキチン化してプロテアソーム依存的な分解を誘導し、軸索伸長の抑制に働く<ref name=Tursun2005><pubmed>16204183</pubmed></ref>。また、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)による海馬神経細胞の分化において、LIMK1による転写因子CREBのリン酸化が必要であることが示されている<ref name=Yang2004b><pubmed>14684741</pubmed></ref>。また、ラット海馬スライスを用いた高頻度刺激による後期長期増強(L-LTP)の誘導において、神経細胞の樹状突起スパインにおけるコフィリンのリン酸化と（それに続く）アクチンの重合が必要であることが示され、LIMKの関与が示唆された<ref name=Fukazawa2003><pubmed>12741991</pubmed></ref>。

　アクチン骨格の再構築は細胞移動、細胞遊走に必須であることから、LIMKによるコフィリンのリン酸化は癌細胞、免疫細胞、神経細胞など多くの細胞の移動、遊走に関与している<ref name=Nishita2002><pubmed>11784854</pubmed></ref><ref name=Nishita2005><pubmed>16230460</pubmed></ref>。

　血管内皮細胞増殖因子(VEGF)による血管内皮細胞の細胞遊走や3次元ゲル内での管腔形成において、LIMK1は、p38MAPキナーゼの下流のキナーゼであるMAPKAPK2 (MK2)によってLIMK1の323番目のセリンがリン酸化され、活性化されることが必要であることが示された<ref name=Kobayashi2006><pubmed>16456544</pubmed></ref>。

　癌細胞におけるLIMK1とLIMK2の発現の上昇は、増殖能、運動能や浸潤性を亢進し癌の悪性化に寄与することが報告されている<ref name=Villalonga2023><pubmed>36899941</pubmed></ref>。高浸潤性の肝癌細胞が中皮細胞層を透過する癌細胞の浸潤モデルや、乳癌細胞のコラーゲンゲル内を移動するモデルにおいてLIMK1の関与が示された<ref name=Horita2008><pubmed>18171679</pubmed></ref><ref name=Mishima2010><pubmed>20100465</pubmed></ref>。LIMK2については、乳癌などいくつかのモデルでの関与が示されている。LIMK2は、Aurora-Aによるリン酸化によって活性化し乳癌の悪性化に働く。また、LIMK2は癌転移促進因子であるTWIST1をリン酸化してユビキチン化を阻害し、プロテアソームによる分解を抑制することや、逆に、癌の抑制因子であるPTEN, NKX-3.1, SPOPをリン酸化してユビキチン化を促進してプロテアソームによる分解を促進することで、癌の悪性化に関与する<ref name=Villalonga2023><pubmed>36899941</pubmed></ref>。

　limk1遺伝子欠損マウスでは海馬における長期増強(LTP)が増強されること、恐怖文脈条件づけによる恐怖反応において、条件刺激の再提示の繰り返しで恐怖反応時間の短縮が起こらないことや、モリス水迷路テストによる空間学習において再学習に障害があることが示されており、少なくとも一部の学習能に障害が起きていることが示唆されている<ref name=Meng2002><pubmed>12123613</pubmed></ref>。また、海馬や皮質の錐体神経細胞では樹状突起スパインの形状が細長く未熟であることが示されている<ref name=Meng2002><pubmed>12123613</pubmed></ref>。limk2遺伝子欠損マウスでは、精子形成に欠損があるが、神経形態に大きな異常は認められない。limk1とlimk2遺伝子の両方を欠損したマウスでは、神経細胞の形態や神経機能の異常は重篤化し、神経細胞においてこれらが相補的に働いていることが示唆されている<ref name=Meng2004><pubmed>15458846</pubmed></ref>。一方、limk1遺伝子の欠損は、後期長期増強(L-LTP)の大きな障害を生じるという結果も報告されている<ref name=Todorovski2015><pubmed>25645926</pubmed></ref>。また、代謝型グルタミン酸受容体依存性の長期抑圧（mGluR-LTD）に対して、LIMK1が不活性化されることが必要であることが示されている<ref name=Zhou2011><pubmed>21248105</pubmed></ref>。これらの知見は、記憶の形成におけるシナプスの形態制御にLIMK1-コフィリン経路を介したアクチン骨格の重合制御が関与することを示唆している。

　神経細胞における影響の他に、limk1遺伝子欠損マウスは骨の形成に影響し、骨芽細胞の減少と骨量の減少が見られる<ref name=Kawano2013><pubmed>23017662</pubmed></ref>。

　アルツハイマー病、パーキンソン病、統合失調症、自閉症スペクトラムといった精神・神経疾患、発達異常に関連があることが示唆されている<ref name=Villalonga2023><pubmed>36899941</pubmed></ref><ref name=BenZablah2021><pubmed>34440848</pubmed></ref>。これらの疾患の症状は、LIMK1の単独の機能欠損に依存するというよりも、Rho経路等のLIMK1の上流因子の異常とともにLIMK1を介したコフィリンのリン酸化レベルの調節が不全となり、アクチン動態と細胞形態・機能の異常を引き起こすことが神経機能の低下の一因として働いていると考えられる。パーキンソン病については、LIMK1とユビキチンリガーゼであるパーキンが相互作用し、お互いに働きを抑制することが示されている<ref name=Lim2007><pubmed>17512523</pubmed></ref>。しかし、LIMK1の欠損によるスパイン形成異常とパーキンソン病との関係は不明である。先天的な染色体欠失による発達障害であるウィリアムズ・ボーレン症候群では、limk1遺伝子単独の半接合体欠損の家系の解析から、LIMK1が空間認知機能に関与することが報告された<ref name=Frangiskakis1996><pubmed>8689688</pubmed></ref>。その後の解析では、空間認知機能におけるLIMK1の関与を示唆する報告と否定的な報告がある<ref name=Smith2009><pubmed>19662944</pubmed></ref><ref name=Gregory2019><pubmed>31687737</pubmed></ref>。

　LIMK1は精神・神経疾患との関連が示唆されていることや、LIMKは癌細胞で高発現して癌細胞の運動性や浸潤能に関与することから、それらの治療の標的分子としてLIMK阻害薬の探索とその効能が検討されている。また、Rho-ROCK経路の下流で働くことから、細胞の収縮力の制御の異常に起因する疾患の緩和を目的としてLIMK阻害剤の効果が検討されている<ref name=Berabez2022><pubmed>35805176</pubmed></ref>。Ellipticine誘導体のPyr1をもとにしたLIMK阻害剤は、統合失調症、癌発症のモデルマウスに対する効果が検討され、白血病、乳癌、統合失調症様の行動異常を改善する効果が確認されている<ref name=Prudent2012><pubmed>22761334</pubmed></ref><ref name=Prunier2016><pubmed>27216191</pubmed></ref><ref name=Gory-Faure2021><pubmed>33790791</pubmed></ref>。また、pyrrolopyrimidine化合物をもとにしたLIMK阻害剤は、マウスへのデキサメサゾン投与による眼圧の上昇を抑制する<ref name=Harrison2009><pubmed>19831390</pubmed></ref>。SrcファミリーのLckの阻害剤として同定されていた天然物のDamnacantholは、LIMK1に対してLckよりも強い阻害効果をもち、マウス耳の皮膚へのハプテン刺激によるランゲルハンス細胞の遊走を阻害する<ref name=Ohashi2014><pubmed>24478456</pubmed></ref>。その他にも培養癌細胞や病理組織由来の培養細胞に対するLIMK阻害剤の効果が検討されている<ref name=Berabez2022><pubmed>35805176</pubmed></ref>。LIMKの阻害剤はLIMKの上流キナーゼであるROCKの阻害剤に比べて細胞毒性が低い傾向があり、有効な薬剤となることが期待されている。

* [[Slingshot]]