酵母のリン酸化部位モチーフの大規模解析によってプロテインキナーゼの特異性を解読する

Sci. Signal., 16 February 2010
Vol. 3, Issue 109, p. ra12
[DOI: 10.1126/scisignal.2000482]

Janine Mok^1*, Philip M. Kim^2†, Hugo Y. K. Lam³, Stacy Piccirillo¹, Xiuqiong Zhou¹, Grace R. Jeschke⁴, Douglas L. Sheridan^4‡, Sirlester A. Parker⁴, Ved Desai⁴, Miri Jwa⁵, Elisabetta Cameroni^6§, Hengyao Niu⁷, Matthew Good⁸, Attila Remenyi^8||, Jia-Lin Nianhan Ma⁹, Yi-Jun Sheu¹⁰, Holly E. Sassi¹¹, Richelle Sopko¹¹, Clarence S. M. Chan⁵, Claudio De Virgilio6, Nancy M. Hollingsworth⁷, Wendell A. Lim¹², David F. Stern⁹, Bruce Stillman¹⁰, Brenda J. Andrews¹¹, Mark B. Gerstein^2,3, Michael Snyder^1,2¶#, and Benjamin E. Turk^4#

¹ Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
² Department of Molecular Biophysics and Biochemistry, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
³ Program in Computational Biology and Bioinformatics, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
⁴ Department of Pharmacology, Yale University School of Medicine, New Haven, CT 06520, USA.
⁵ Institute for Cellular and Molecular Biology, University of Texas, Austin, TX 78712, USA.
⁶ Department of Medicine, Division of Biochemistry, University of Fribourg, CH-1700 Fribourg, Switzerland.
⁷ Department of Biochemistry and Cell Biology, Stony Brook University, Stony Brook, NY 11794, USA.
⁸ Department of Cellular and Molecular Pharmacology, University of California, San Francisco, CA 94143, USA.
⁹ Department of Pathology, School of Medicine, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
¹⁰ Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY 11724, USA.
¹¹ Terrence Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto, Toronto, ON, Canada M5S 3E1.
¹² Eotvos Lorand University, Department of Biochemistry and Howard Hughes Medical Institute, Pazmany Peter setany 1/C, H-1117 Budapest, Hungary.

* Present address: Stanford Genome Technology Center, Department of Biochemistry, Stanford University, Palo Alto, CA 94304, USA.
^† Present address: Terrence Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto, Toronto, ON, Canada M5S 3E1.
^‡Present address: Alexion Pharmaceuticals Inc., 352 Knotter Drive, Cheshire, CT 06410, USA.
^§ Present address: Institute for Research in Biomedicine, CH-6500 Bellinzona, Switzerland.
|| Present address: Eotvos Lorand University, Department of Biochemistry, Pazmany Peter setany 1/C, H-1117 Budapest, Hungary.
¶ Present address: Department of Genetics, Stanford University, Palo Alto, CA 94305, USA.
# To whom correspondence should be addressed. E-mail: ben.turk@yale.edu (B.E.T.); mpsnyder@stanford.edu (M.S.).

要約：リン酸化は、真核生物の細胞挙動を調節するための普遍的機構である。プロテインキナーゼは、基質上の短い 直線状配列のモチーフを標的とするが、キナーゼによる基質認識の規則は、完全にわかっているわけではない。われわれは、迅速なペプチドスクリーニング法を 用いて、出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）の122のキナーゼのうちの61の標的となるリン酸化部位のコ ンセンサスモチーフを決定した。これらのモチーフとキナーゼの一次配列とを関連づけることによって、これまではわからなかった、キナーゼファミリー内での 特異性を決定する法則を明らかにした。たとえば、CMGC［CDK（サイクリン依存性キナーゼ）、MAPK（マイトジェン活性化プロテインキナーゼ）、 GSK（グリコーゲン合成酵素キナーゼ）、CDK様］グループのキナーゼのメンバーにおいて、P-3位のアルギニン特異性を決定する残基を特定した。さら に、酵母プロテオームをコンピューターでスキャンすることによって、何千もの新たなキナーゼと基質の関係を予測することができた。われわれはin vitroおよびin vivoで Prk1ファミリーキナーゼのいくつかの基質候補を実験的に検証し、キナーゼVhs1のタンパク質基質を同定した。まとめると、これらの結果は、キナーゼ の触媒ドメインがリン酸化標的を認識する機構を解明し、真核生物でこれまでは知られていなかったキナーゼ基質を同定するための一般的手段を提示している。

J. Mok, P. M. Kim, H. Y. K. Lam, S. Piccirillo, X. Zhou, G. R. Jeschke, D. L. Sheridan, S. A. Parker, V. Desai, M. Jwa, E. Cameroni, H. Niu, M. Good, A. Remenyi, J.-L. N. Ma, Y.-J. Sheu, H. E. Sassi, R. Sopko, C. S. M. Chan, C. De Virgilio, N. M. Hollingsworth, W. A. Lim, D. F. Stern, B. Stillman, B. J. Andrews, M. B. Gerstein, M. Snyder, B. E. Turk, Deciphering Protein Kinase Specificity Through Large-Scale Analysis of Yeast Phosphorylation Site Motifs. Sci. Signal. 3, ra12 (2010).