オーロラBキナーゼ
オーロラBキナーゼは、細胞が分裂する際に染色体を正確に各娘細胞に分配するために重要な役割を果たす酵素タンパク質です。ヒトではAURKB遺伝子によってコードされており、特に有糸分裂や減数分裂における染色体と紡錘体の中心体との結合を適切に進める上で中心的な働きを担います。
オーロラBは1998年に初めて同定されました。ヒトのがん細胞において過剰に発現しているキナーゼを特定するPCRスクリーニングから発見された一方、同じ年に出芽酵母を用いたスクリーニングからもラットのオーロラBが見いだされています。これは、細胞増殖に影響を与えるキナーゼを探索する目的で設計された研究でした。
オーロラBの発現量と活性は、細胞周期の進行に合わせて厳密にコントロールされています。細胞がG2期から分裂期のM期へ移行する際に発現がピークに達し、有糸分裂の期間中に最も活発に機能します。オーロラBは、サバイビンやボレアリン、INCENPといった他のタンパク質と共に「染色体パッセンジャー複合体（CPC）」と呼ばれる巨大な複合体を形成し、細胞分裂中にその居場所をダイナミックに変化させます。分裂前期には染色体上に位置しますが、前中期から中期にかけては中心体へ移動し、さらに後期になると細胞の中央部に形成される中央紡錘体へと移動します。哺乳類、線虫、ショウジョウバエを用いた免疫蛍光観察や、GFPタグを付けたオーロラBのライブイメージングによって、この一連の局在変化が詳細に解析されています。特に、中心体との結合は一時的かつ動的であり、細胞質内のプールとの間で常に交換が起こっていることがわかっています。また、後期に中央紡錘体へ結合する際には、この動的な性質がある程度制限されることが示唆されています。一部のオーロラBは、星状体微小管によって運ばれて赤道面の細胞皮質にも存在します。
オーロラBは、染色体パッセンジャー複合体の構成要素として機能します。この複合体を構成するサバイビン、ボレアリン、INCENP、そしてオーロラBの4つの因子は、それぞれが他の因子の正しい局在や機能に必須です。特にINCENPはオーロラBのキナーゼ活性を強力に引き出す役割を担い、サバイビンも同様の機能を持つ可能性が考えられています。
オーロラBが前中期および中期にセントロメアに適切に集まるためには、セントロメア特異的なヒストンH3の仲間であるCENP-Aというタンパク質のリン酸化が必要です。CENP-Aはセントロメアに結合し、キネトコアという構造の形成に欠かせない因子です。オーロラAキナーゼがCENP-Aの特定の位置（セリン7番）をリン酸化することで、オーロラBがセントロメアへ引き寄せられます。興味深いことに、引き寄せられたオーロラB自身も同じCENP-Aのリン酸化部位をさらにリン酸化することで、リン酸化状態を維持するというポジティブフィードバック機構が提唱されています。
さらに、DNAのねじれを解消する酵素であるトポイソメラーゼIIも、オーロラBの局在と活性の調節に関与していることが示唆されています。この調節機能は、後期に姉妹染色分体を物理的に切り離すというトポイソメラーゼIIの役割と関連があると考えられています。トポイソメラーゼIIが細胞から枯渇すると、オーロラBとINCENPは有糸分裂後半に中央紡錘体へ正常に移動せず、未分離の姉妹染色分体のセントロメアに強く結合したままになります。同時に、このような細胞ではオーロラBのキナーゼ活性が大きく低下します。このトポイソメラーゼIIによるオーロラB活性抑制効果は、紡錘体チェックポイントに関わるタンパク質であるBubR1の働きに依存しているようです。
オーロラBはまた、微小管のダイナミクスを制御するEB1というタンパク質とも結合することが知られています。免疫蛍光解析から、後期の中央紡錘体や細胞質分裂時の中央帯において、オーロラBとEB1が共に存在することが示されています。EB1を過剰に発現させるとオーロラBのキナーゼ活性が高まりますが、これは少なくとも部分的には、オーロラBを脱リン酸化して不活性化するPP2Aという酵素の働きが阻害されることによるものと考えられています。
細胞分裂において、染色体が正確に分配されるためには、それぞれの姉妹染色分体が互いに反対側の紡錘体極から伸びる微小管に適切に結合する必要があります（これを二方向性結合と呼びます）。オーロラBは、この適切な微小管とキネトコアの連結が形成されているかを監視し、二方向性結合を保証する上で中心的な役割を担っています。オーロラBの機能を阻害すると、染色体が細胞の中央（赤道面）にきちんと並べないなどの問題が生じます。これは、本来起こるべきでないシンテリック型結合（姉妹染色分体が同じ極からの微小管に結合してしまう）が増加するためであると考えられています。また、キナーゼ活性を持たないオーロラB（ドミナントネガティブ型）を発現させると、微小管とキネトコアの接着が壊れたり、キネトコアタンパク質であるダイニンやCENP-Eの結合が阻害されたりします。
酵母からヒトまで、様々な生物種の研究から、キネトコア上には多数のオーロラキナーゼの標的が存在することが明らかになっています。その中でも最も重要な標的の一つがCENP-Aです。オーロラBによるCENP-Aのリン酸化は前中期に最も強くなりますが、これは前述のオーロラAによるリン酸化に続いて起こると考えられており、オーロラAがオーロラBのリクルートを助け、オーロラBがそのリン酸化状態を維持するという連携が提唱されています。CENP-Aのこのリン酸化部位に変異が生じると、細胞質分裂に異常をきたします。
オーロラBはまた、セントロメアに結合するキネシンであるMCAKとも相互作用します。これら二つのタンパク質は前中期にセントロメアの内側領域に共に局在します。オーロラBはMCAKをセントロメアへ引き寄せ、さらにMCAKの複数箇所を直接リン酸化することが示されています。オーロラBによるリン酸化は、MCAKが持つ微小管を分解する能力を抑える働きがあります。MCAKの働きが阻害されると、キネトコアと紡錘体微小管の不適切な接着が生じます。
二方向性結合が確立されて姉妹キネトコアが互いに引き離されることで生じる「張力」は、セントロメアの最も内側に位置するオーロラBと、最も外側の微小管結合部位との間の相互作用を変化させると考えられています。具体的には、張力によってMCAKがオーロラBの局在領域よりも外側へ引っ張られます。このように、有糸分裂の正確な進行は、二方向性結合による張力と、それに伴うオーロラBと基質の結合状態の変化によって制御されていると言えます。
有糸分裂期において、オーロラBはヒストンH3というクロマチン構成タンパク質の特定の位置（セリン10番）をリン酸化する役割を担います。この修飾は酵母からヒトまで広く保存されています。しかしながら、このヒストンリン酸化が直接的にクロマチンを凝縮させる働きがあるわけではないようです。オーロラBはセントロメアに多く存在しますが、染色体全体にも分布しています。
ショウジョウバエの細胞では、オーロラBがなくなると染色体の構造や圧縮が損なわれ、染色体を凝縮させるコンデンシン複合体が染色体に正しく配置されません。同様に、線虫（C. elegans）では、中期におけるコンデンシンの活性がオーロラBに依存しています。一方で、ツメガエルの卵細胞抽出液を用いた実験では、オーロラBがなくてもコンデンシンの結合や染色体凝縮は正常に行われることが示されています。また、オーロラBの酵素活性だけを阻害した場合でも、コンデンシン複合体の局在は正常であるという報告もあります。これらのことから、オーロラBの染色体構造への関与は生物種によって、あるいは状況によって異なる可能性が考えられます。
C. elegansの第一減数分裂中期では、オーロラBは相同染色体の対合した腕に局在します。第一減数分裂の後期へ移行し、相同染色体が分離するためには、染色体間の結合が解消される必要がありますが、この過程はオーロラBの働きに依存しています。有糸分裂期のB細胞においては、いくつかのオーロラBの結合パートナーがセントロメアに正しく局在するために、姉妹染色分体接着に働くコヒーシンという複合体が必要とされます。
オーロラB複合体は、脊椎動物、C. elegans、ショウジョウバエ、分裂酵母など、多くの生物種で細胞質分裂の進行に不可欠であることが分かっています。オーロラBのキナーゼ活性を持たない変異体を過剰に発現させると、細胞質分裂が阻害されます。また、オーロラBの結合パートナーに変異が生じ、オーロラBが細胞内の間違った場所に配置されてしまう場合も、細胞質分裂の異常を引き起こします。
オーロラBは、細胞質分裂の際に細胞がくびれていく「分裂溝」に存在するいくつかのタンパク質をリン酸化します。これには、中間径フィラメントを構成するビメンチン、デスミン、GFAPなどが含まれます。一般的に、中間径フィラメントはリン酸化されると不安定化します。このことから、オーロラBによる分裂溝の中間径フィラメントタンパク質のリン酸化は、細胞質分裂の最終段階に向けてこれらの構造を一時的に不安定化させる役割を果たしているという仮説が提唱されています。実際に、中間径フィラメントタンパク質にあるオーロラBの標的部位に変異を導入すると、フィラメントの形態に異常が生じ、細胞質分裂の最終過程が阻害されることが確認されています。さらに、オーロラBは分裂溝に集まるミオシンII軽鎖もリン酸化します。オーロラBの活性を阻害すると、ミオシンIIが分裂溝に正しく配置されなくなり、紡錘体の中央帯という構造の組み立てが妨げられます。
細胞分裂において、すべての姉妹染色分体が適切に二方向性結合を完了するまで、中期から後期への移行を阻止する安全機構が「紡錘体チェックポイント」です。オーロラBを欠損した細胞では、たとえ染色体が微小管に不適切に接着していても、本来起こるべき中期での停止が起こらず、細胞分裂が進行してしまいます。これは、不完全に整列した染色体が存在する場合でも、有糸分裂が強行されてしまうことを意味します。
オーロラBは、紡錘体チェックポイントの中心的な構成要素であるMad2やBubR1といったタンパク質の局在に関与していると考えられています。これらのタンパク質は、染色体が紡錘体微小管に正しく接着しているかどうかを感知するセンサーとしての役割を果たします。オーロラBが失われると、キネトコア上のMad2やBubR1の量が減少します。どうやらオーロラBは、これらのタンパク質がキネトコアへ最初に集まる（リクルートされる）過程そのものには必須ではないものの、一度集まった後のキネトコア上での局在を維持する働きを担っているようです。また、オーロラBは、正常な細胞の有糸分裂中に見られるBubR1の高度なリン酸化にも直接的または間接的に関わっている可能性があります。
オーロラBは、その機能を発揮するために、いくつかのタンパク質と物理的に結合することが示されています。これには、BARD1、BIRC5（サバイビン）、CDCA8（ボレアリン）、TACC1、FBXL2などが含まれます。
オーロラBの細胞内濃度が異常に高まると、細胞分裂の際に染色体が不均等に娘細胞に分配される（不分離）結果、異数性と呼ばれる異常な染色体数の細胞が生じやすくなります。この異数性は、がんの発生原因となったり、がんの進行を促進したりする要因の一つと考えられています。
特定のがん細胞に対してオーロラBの働きを阻害する薬剤（例：BI 811283）を投与すると、極めて異常な数の染色体を持つ細胞（多倍体）が形成されます。オーロラBの阻害は、一度形成されたこれらの多倍体細胞がさらに分裂を続けることを許してしまいますが、染色体数の重篤な異常を抱える多倍体細胞は、最終的には分裂を停止するか、細胞死に至ることが観察されています。
近年、神経細胞におけるオーロラBのこれまで知られていなかった機能が報告されています。培養した神経細胞の軸索を切断した後、軸索が再び伸び始める再生の過程と並行して、オーロラBの遺伝子の発現量が顕著に増加することが観察されました。さらに、成長中のゼブラフィッシュを用いた実験では、オーロラBを過剰に発現させると、脊髄運動ニューロンの軸索がより速く成長することが示されており、神経系の発達や修復においても重要な役割を担う可能性が示唆されています。
発見とその経緯
オーロラBは1998年に初めて同定されました。ヒトのがん細胞において過剰に発現しているキナーゼを特定するPCRスクリーニングから発見された一方、同じ年に出芽酵母を用いたスクリーニングからもラットのオーロラBが見いだされています。これは、細胞増殖に影響を与えるキナーゼを探索する目的で設計された研究でした。
発現タイミングと細胞内での居場所
オーロラBの発現量と活性は、細胞周期の進行に合わせて厳密にコントロールされています。細胞がG2期から分裂期のM期へ移行する際に発現がピークに達し、有糸分裂の期間中に最も活発に機能します。オーロラBは、サバイビンやボレアリン、INCENPといった他のタンパク質と共に「染色体パッセンジャー複合体（CPC）」と呼ばれる巨大な複合体を形成し、細胞分裂中にその居場所をダイナミックに変化させます。分裂前期には染色体上に位置しますが、前中期から中期にかけては中心体へ移動し、さらに後期になると細胞の中央部に形成される中央紡錘体へと移動します。哺乳類、線虫、ショウジョウバエを用いた免疫蛍光観察や、GFPタグを付けたオーロラBのライブイメージングによって、この一連の局在変化が詳細に解析されています。特に、中心体との結合は一時的かつ動的であり、細胞質内のプールとの間で常に交換が起こっていることがわかっています。また、後期に中央紡錘体へ結合する際には、この動的な性質がある程度制限されることが示唆されています。一部のオーロラBは、星状体微小管によって運ばれて赤道面の細胞皮質にも存在します。
働く仕組みとその調節
オーロラBは、染色体パッセンジャー複合体の構成要素として機能します。この複合体を構成するサバイビン、ボレアリン、INCENP、そしてオーロラBの4つの因子は、それぞれが他の因子の正しい局在や機能に必須です。特にINCENPはオーロラBのキナーゼ活性を強力に引き出す役割を担い、サバイビンも同様の機能を持つ可能性が考えられています。
オーロラBが前中期および中期にセントロメアに適切に集まるためには、セントロメア特異的なヒストンH3の仲間であるCENP-Aというタンパク質のリン酸化が必要です。CENP-Aはセントロメアに結合し、キネトコアという構造の形成に欠かせない因子です。オーロラAキナーゼがCENP-Aの特定の位置（セリン7番）をリン酸化することで、オーロラBがセントロメアへ引き寄せられます。興味深いことに、引き寄せられたオーロラB自身も同じCENP-Aのリン酸化部位をさらにリン酸化することで、リン酸化状態を維持するというポジティブフィードバック機構が提唱されています。
さらに、DNAのねじれを解消する酵素であるトポイソメラーゼIIも、オーロラBの局在と活性の調節に関与していることが示唆されています。この調節機能は、後期に姉妹染色分体を物理的に切り離すというトポイソメラーゼIIの役割と関連があると考えられています。トポイソメラーゼIIが細胞から枯渇すると、オーロラBとINCENPは有糸分裂後半に中央紡錘体へ正常に移動せず、未分離の姉妹染色分体のセントロメアに強く結合したままになります。同時に、このような細胞ではオーロラBのキナーゼ活性が大きく低下します。このトポイソメラーゼIIによるオーロラB活性抑制効果は、紡錘体チェックポイントに関わるタンパク質であるBubR1の働きに依存しているようです。
オーロラBはまた、微小管のダイナミクスを制御するEB1というタンパク質とも結合することが知られています。免疫蛍光解析から、後期の中央紡錘体や細胞質分裂時の中央帯において、オーロラBとEB1が共に存在することが示されています。EB1を過剰に発現させるとオーロラBのキナーゼ活性が高まりますが、これは少なくとも部分的には、オーロラBを脱リン酸化して不活性化するPP2Aという酵素の働きが阻害されることによるものと考えられています。
染色体分配における役割
細胞分裂において、染色体が正確に分配されるためには、それぞれの姉妹染色分体が互いに反対側の紡錘体極から伸びる微小管に適切に結合する必要があります（これを二方向性結合と呼びます）。オーロラBは、この適切な微小管とキネトコアの連結が形成されているかを監視し、二方向性結合を保証する上で中心的な役割を担っています。オーロラBの機能を阻害すると、染色体が細胞の中央（赤道面）にきちんと並べないなどの問題が生じます。これは、本来起こるべきでないシンテリック型結合（姉妹染色分体が同じ極からの微小管に結合してしまう）が増加するためであると考えられています。また、キナーゼ活性を持たないオーロラB（ドミナントネガティブ型）を発現させると、微小管とキネトコアの接着が壊れたり、キネトコアタンパク質であるダイニンやCENP-Eの結合が阻害されたりします。
酵母からヒトまで、様々な生物種の研究から、キネトコア上には多数のオーロラキナーゼの標的が存在することが明らかになっています。その中でも最も重要な標的の一つがCENP-Aです。オーロラBによるCENP-Aのリン酸化は前中期に最も強くなりますが、これは前述のオーロラAによるリン酸化に続いて起こると考えられており、オーロラAがオーロラBのリクルートを助け、オーロラBがそのリン酸化状態を維持するという連携が提唱されています。CENP-Aのこのリン酸化部位に変異が生じると、細胞質分裂に異常をきたします。
オーロラBはまた、セントロメアに結合するキネシンであるMCAKとも相互作用します。これら二つのタンパク質は前中期にセントロメアの内側領域に共に局在します。オーロラBはMCAKをセントロメアへ引き寄せ、さらにMCAKの複数箇所を直接リン酸化することが示されています。オーロラBによるリン酸化は、MCAKが持つ微小管を分解する能力を抑える働きがあります。MCAKの働きが阻害されると、キネトコアと紡錘体微小管の不適切な接着が生じます。
二方向性結合が確立されて姉妹キネトコアが互いに引き離されることで生じる「張力」は、セントロメアの最も内側に位置するオーロラBと、最も外側の微小管結合部位との間の相互作用を変化させると考えられています。具体的には、張力によってMCAKがオーロラBの局在領域よりも外側へ引っ張られます。このように、有糸分裂の正確な進行は、二方向性結合による張力と、それに伴うオーロラBと基質の結合状態の変化によって制御されていると言えます。
染色体構造と接着への関与
有糸分裂期において、オーロラBはヒストンH3というクロマチン構成タンパク質の特定の位置（セリン10番）をリン酸化する役割を担います。この修飾は酵母からヒトまで広く保存されています。しかしながら、このヒストンリン酸化が直接的にクロマチンを凝縮させる働きがあるわけではないようです。オーロラBはセントロメアに多く存在しますが、染色体全体にも分布しています。
ショウジョウバエの細胞では、オーロラBがなくなると染色体の構造や圧縮が損なわれ、染色体を凝縮させるコンデンシン複合体が染色体に正しく配置されません。同様に、線虫（C. elegans）では、中期におけるコンデンシンの活性がオーロラBに依存しています。一方で、ツメガエルの卵細胞抽出液を用いた実験では、オーロラBがなくてもコンデンシンの結合や染色体凝縮は正常に行われることが示されています。また、オーロラBの酵素活性だけを阻害した場合でも、コンデンシン複合体の局在は正常であるという報告もあります。これらのことから、オーロラBの染色体構造への関与は生物種によって、あるいは状況によって異なる可能性が考えられます。
C. elegansの第一減数分裂中期では、オーロラBは相同染色体の対合した腕に局在します。第一減数分裂の後期へ移行し、相同染色体が分離するためには、染色体間の結合が解消される必要がありますが、この過程はオーロラBの働きに依存しています。有糸分裂期のB細胞においては、いくつかのオーロラBの結合パートナーがセントロメアに正しく局在するために、姉妹染色分体接着に働くコヒーシンという複合体が必要とされます。
細胞質分裂での役割
オーロラB複合体は、脊椎動物、C. elegans、ショウジョウバエ、分裂酵母など、多くの生物種で細胞質分裂の進行に不可欠であることが分かっています。オーロラBのキナーゼ活性を持たない変異体を過剰に発現させると、細胞質分裂が阻害されます。また、オーロラBの結合パートナーに変異が生じ、オーロラBが細胞内の間違った場所に配置されてしまう場合も、細胞質分裂の異常を引き起こします。
オーロラBは、細胞質分裂の際に細胞がくびれていく「分裂溝」に存在するいくつかのタンパク質をリン酸化します。これには、中間径フィラメントを構成するビメンチン、デスミン、GFAPなどが含まれます。一般的に、中間径フィラメントはリン酸化されると不安定化します。このことから、オーロラBによる分裂溝の中間径フィラメントタンパク質のリン酸化は、細胞質分裂の最終段階に向けてこれらの構造を一時的に不安定化させる役割を果たしているという仮説が提唱されています。実際に、中間径フィラメントタンパク質にあるオーロラBの標的部位に変異を導入すると、フィラメントの形態に異常が生じ、細胞質分裂の最終過程が阻害されることが確認されています。さらに、オーロラBは分裂溝に集まるミオシンII軽鎖もリン酸化します。オーロラBの活性を阻害すると、ミオシンIIが分裂溝に正しく配置されなくなり、紡錘体の中央帯という構造の組み立てが妨げられます。
紡錘体チェックポイント機能への貢献
細胞分裂において、すべての姉妹染色分体が適切に二方向性結合を完了するまで、中期から後期への移行を阻止する安全機構が「紡錘体チェックポイント」です。オーロラBを欠損した細胞では、たとえ染色体が微小管に不適切に接着していても、本来起こるべき中期での停止が起こらず、細胞分裂が進行してしまいます。これは、不完全に整列した染色体が存在する場合でも、有糸分裂が強行されてしまうことを意味します。
オーロラBは、紡錘体チェックポイントの中心的な構成要素であるMad2やBubR1といったタンパク質の局在に関与していると考えられています。これらのタンパク質は、染色体が紡錘体微小管に正しく接着しているかどうかを感知するセンサーとしての役割を果たします。オーロラBが失われると、キネトコア上のMad2やBubR1の量が減少します。どうやらオーロラBは、これらのタンパク質がキネトコアへ最初に集まる（リクルートされる）過程そのものには必須ではないものの、一度集まった後のキネトコア上での局在を維持する働きを担っているようです。また、オーロラBは、正常な細胞の有糸分裂中に見られるBubR1の高度なリン酸化にも直接的または間接的に関わっている可能性があります。
相互作用するタンパク質
オーロラBは、その機能を発揮するために、いくつかのタンパク質と物理的に結合することが示されています。これには、BARD1、BIRC5（サバイビン）、CDCA8（ボレアリン）、TACC1、FBXL2などが含まれます。
がんとの関連性
オーロラBの細胞内濃度が異常に高まると、細胞分裂の際に染色体が不均等に娘細胞に分配される（不分離）結果、異数性と呼ばれる異常な染色体数の細胞が生じやすくなります。この異数性は、がんの発生原因となったり、がんの進行を促進したりする要因の一つと考えられています。
特定のがん細胞に対してオーロラBの働きを阻害する薬剤（例：BI 811283）を投与すると、極めて異常な数の染色体を持つ細胞（多倍体）が形成されます。オーロラBの阻害は、一度形成されたこれらの多倍体細胞がさらに分裂を続けることを許してしまいますが、染色体数の重篤な異常を抱える多倍体細胞は、最終的には分裂を停止するか、細胞死に至ることが観察されています。
軸索の成長と再生における新たな機能
近年、神経細胞におけるオーロラBのこれまで知られていなかった機能が報告されています。培養した神経細胞の軸索を切断した後、軸索が再び伸び始める再生の過程と並行して、オーロラBの遺伝子の発現量が顕著に増加することが観察されました。さらに、成長中のゼブラフィッシュを用いた実験では、オーロラBを過剰に発現させると、脊髄運動ニューロンの軸索がより速く成長することが示されており、神経系の発達や修復においても重要な役割を担う可能性が示唆されています。
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