EIF2AK3

PEK
PERK
PRKR-like endoplasmic reticulum kinase
pancreatic eIF-2alpha kinase
PKR-like ER kinase

EIF2AK3（eukaryotic translation initiation factor 2 alpha kinase 3）、別名 PERK（protein kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase）は、主に小胞体ストレス応答に関わるキナーゼです。小胞体ストレスが生じると未折りたたみタンパク質が小胞体内に蓄積し、それに応答してEIF2AK3が活性化され、タンパク質合成の調節や細胞の適応応答を誘導します。

● EIF2AK3の主な役割と機能

1. 小胞体ストレス応答の調節
– 小胞体（ER）内でのタンパク質の折りたたみや品質管理が正常に行われない場合、未折りたたみタンパク質が蓄積し、ERストレスが引き起こされます。EIF2AK3はこのストレスを検知し、ERストレス応答（UPR：unfolded protein response） を開始します。

2. eIF2αのリン酸化
– EIF2AK3はeIF2αをリン酸化し、タンパク質合成の全体的な抑制を引き起こします。これにより、小胞体での新たなタンパク質の蓄積を防ぎ、細胞がストレスへの対応に集中できるようにします。

3. ATF4の選択的翻訳
– eIF2αのリン酸化により、ATF4の翻訳が促進されます。ATF4は転写因子として働き、ストレス応答遺伝子を活性化してアミノ酸代謝、酸化ストレスの管理、タンパク質の分解に関与する経路を誘導し、細胞の回復を支援します。

4. アポトーシスの調節
– ストレスが継続して細胞にダメージが蓄積すると、EIF2AK3はアポトーシス（プログラム細胞死）を誘導し、細胞の排除を促すことがあります。これは、ERストレスが過剰で不可逆的な場合に行われる細胞の防御メカニズムです。

● 疾患との関連

EIF2AK3の異常は、小児糖尿病と成長発達異常を特徴とするウォルコット・ラリソン症候群（Wolcott-Rallison syndrome）の原因として知られています。この症候群では、ERストレス応答の調節ができないため、膵臓のβ細胞にダメージが蓄積し、インスリン分泌障害や糖尿病が引き起こされます。

● まとめ
EIF2AK3（PERK）は、小胞体ストレス応答の中核的な調節因子であり、細胞の生存や適応応答を支える重要な役割を担います。特に、タンパク質合成の調整と細胞の恒常性維持に関与し、その異常は糖尿病などの代謝疾患や成長発達障害に関係することが示されています。

Wolcott-Rallison syndrome ウォルコット・ラリソン症候群　226980 AR　3　

真核細胞は環境ストレスに応じて、真核細胞翻訳開始因子2（eIF2-α）のαサブユニットをリン酸化することで、タンパク質合成を抑制するメカニズムを持っています。このリン酸化により、eIF2-αはグアニンヌクレオチド交換因子であるeIF-2Bの働きを抑制し、eIF2が新たな翻訳開始に必要なGDPからGTPへの変換速度が低下するため、タンパク質合成が抑えられます。

真核生物のeIF2-αキナーゼであるPKR、HRI、そして酵母のGCN2は、触媒ドメイン内で高い相同性を示す一方で、異なる調節ドメインを持ち、それぞれ異なる生理的シグナルによってeIF2-αのリン酸化を調節します。

● PEKの発見と特徴
Shiら（1998年）は、ラットにおいて新たなeIF2-αキナーゼを発見し、「PEK（膵臓eIF2-αキナーゼ）」と名付け、PEKがin vitroおよびin vivoでタンパク質合成を制御することを示しました。さらに、Shiら（1999年）は、ESTデータベースでヒトのPEKに相当する配列を発見し、部分的なcDNAを同定しました。さまざまな手法により、ヒトPEKの全コード領域に対応するcDNAとゲノム断片をクローニングし、予測されるヒトPEKタンパク質が1,115アミノ酸からなり、ラットPEKと88%の同一性を持つことを明らかにしました。

ヒトPEKは、N末端にシグナルペプチドと疎水性領域を持ち、キナーゼドメインは他のeIF2-αキナーゼと類似していますが、N末端の550残基は独特であり、異なる生理的シグナルに応答していると考えられます。組換えヒトPEKは自己リン酸化し、eIF2-αを特異的にリン酸化します。

● 発現と機能
ノーザンブロット分析によると、PEK mRNAは膵臓と胎盤で最も高く発現しており、膵臓のデルタ細胞でPEKタンパク質が検出されました。このことから、PEKは膵島、特にデルタ細胞におけるタンパク質合成の調節に関わる可能性が示唆されています。

Hayesら（1999年）は、蛍光in situハイブリダイゼーションと放射線ハイブリッド解析を用いて、EIF2AK3遺伝子を染色体2p12にマッピングしました。その後、Gross（2016年）は、EIF2AK3遺伝子の配列（GenBank AF110146）とヒトゲノム配列（GRCh38）とのアラインメントをもとに、この遺伝子を染色体2p11.2に再マッピングしました。この再マッピングにより、EIF2AK3遺伝子の位置についての理解がより正確になったと考えられます。

異常な折りたたみのタンパク質が小胞体（ER）に蓄積すると、eIF2-αのリン酸化が増加して翻訳が抑制され、ERにかかる負荷が軽減されると考えられています。Hardingら（2000年）の研究では、マウスEif2ak3遺伝子（PERK）に突然変異を導入したところ、異常なタンパク質が小胞体に蓄積した際にeIF2-αのリン酸化が阻害され、異常なタンパク質合成の増加によるERストレスの悪化が確認されました。これにより、PERKがERストレスへの細胞適応に重要な役割を果たすことが示されました。

また、Blaisら（2004年）は、EIF2-alpha、PERK、ATF4、GADD34が、HeLa細胞において低酸素ストレスに対する統合的適応応答に関与していることを示しました。一方、Kittlerら（2004年）は、細胞分裂に不可欠な37の遺伝子の1つとしてEIF2AK3を特定し、これが有糸分裂や細胞増殖に関与していることを発見しました。

小胞体ストレス応答（UPR）経路のIRE1、PERK、ATF6といったセンサーは、ミスフォールディングタンパク質のレベルを減らして細胞生存を促進する一方で、ストレスが長引く場合はアポトーシス（細胞死）を引き起こします。Linら（2007年）は、ヒト細胞において小胞体ストレスが持続するとIRE1やATF6の活性が減少するが、PERK経路による翻訳阻害やCHOP（アポトーシス関連転写因子）の誘導が維持されることを発見しました。また、IRE1の活性を人為的に延長することで、細胞生存率が向上することも確認しました。このことは、UPRのシグナル持続時間が、ERストレス後の細胞の生死を決定する重要な要因であることを示唆しています。この主な発見は、網膜色素変性症の動物モデルにおいても確認され、変異ロドプシンを持つ光受容体で同様の現象が観察されました。

Wolcott-Rallison症候群（226980）の2つの近親婚家族を基に、Delepineら（2000年）は、この症候群を第2染色体短腕12上の3 cM未満の領域にマッピングしました。EIF2AK3遺伝子がこの領域に存在し、膵島細胞で高度に発現していることから、Brickwoodらはこれを候補として調査し、2つの家族それぞれにおいて、疾患と分離する明確なホモ接合性変異（604032.0001および604032.0002）を特定しました。

Brickwood 氏らは、Wolcott-Rallison 症候群の血縁関係にない2人の患者において、EIF2AK3 遺伝子に2つの変異（604032.0003-604032.0004）を特定しました（2003年）。 その他の表現型の特徴として、肝機能障害を示唆する重度の原因不明の低血糖発作や腎不全を起こしやすい傾向が挙げられます。これらの特徴はEif2ak3ノックアウトマウスでは見られないことが指摘されています。ヒトの成人および胎児組織の免疫組織化学的分析により、EIF2AK3は初期の胎児の膵臓の上皮細胞に広く発現しており、成体のβ細胞および外分泌組織にも存在することが示されました。また、発達中の骨、腎臓、成体の肝臓にも発現しており、Wolcott-Rallison症候群の拡張表現型と一致しています。

Wolcott-Rallison症候群を発症した血縁関係にない2人の子供において、Durocherら（2006年）はEIF2AK3遺伝子（604032.0005）におけるナンセンス変異のホモ接合性を特定しました。 子供たちはそれぞれ異なる表現型を示しており、著者らは、欠陥のある代謝経路を代替または補う別の経路が存在する可能性を示唆しています。

PERK（PKR様小胞体キナーゼ）は、小胞体でのタンパク質の折りたたみとポリペプチドの合成を調整する役割を持つキナーゼで、eIF2-αをリン酸化することにより、小胞体ストレスに応答して翻訳開始を抑制します。PERKは、特にタンパク質の分泌が活発な膵臓で高く発現しており、Hardingら（2001年）の研究によって、Perkを欠損した（Perk -/-）マウスの表現型が詳しく調査されました。この研究で、正常条件下でもPERKは部分的に活性化されており、膵臓でのeIF2-αリン酸化に大きく寄与していることがわかりました。Perk -/-マウスでは、膵臓の発達は正常であったものの、生後に細胞死が増加し、小胞体の肥大化や小胞体ストレス伝達因子IRE1-αの活性化が観察され、糖尿病および膵臓機能不全が進行しました。この結果は、分泌細胞が小胞体ストレスから守られるために翻訳制御が重要であることを示しています。

さらに、Zhangら（2002年）は、Perk -/-マウスの膵臓が出生時には正常であるものの、成長とともにランゲルハンス島が退化し、インスリン分泌を担うベータ細胞が失われることで糖尿病を発症し、後にグルカゴン分泌のアルファ細胞も減少することを明らかにしました。また、外分泌膵臓では消化酵素の合成が減少し、生後4週目以降には大規模なアポトーシスが発生しました。Perk -/-マウスでは、出生時に骨格異形成と成長遅延も見られ、骨のミネラル化の欠陥、骨粗しょう症、異常な緻密骨の形成などの骨格異常が確認されました。これらの膵臓と骨格の異常は、粗面小胞体に起因する分泌細胞の欠陥と関連しており、PERKの機能が膵臓および骨格系の健全な発育に重要であることが示唆されます。

0.0001 ウォルコット・ラリソン症候群
EIF2AK3、1-BP INS、1103T
Delepine ら（2000年）は、ウォルコット・ラリソン症候群を発症した3人のチュニジア人同胞において、EIF2AK3遺伝子におけるヌクレオチド位置1103番目の挿入（T）（1103insT）のホモ接合性を特定しました。これにより、アミノ酸位置345でフレームシフトが起こり、リジン345で早期終結が起こります。この突然変異は、両親（従兄弟同士の関係）や、この症候のない兄弟には認められませんでした。この家族は、Nicolino ら（1998年）によって以前に報告されています。.

0002 ウォルコット-ラリソン症候群
EIF2AK3、ARG587GLN
Delepine ら (2000) は、近親結婚したパキスタン人の両親から生まれた2人のWolcott-Rallison症候群 (226980) の患児において、EIF2AK3遺伝子における1832G-A転位のホモ接合性を発見しました。その結果、触媒ドメイン内の587番目のグルタミンがアルギニンに変化しました（R587Q）。

0.0003 ウォルコット・ラリソン症候群
EIF2AK3、IVS14DS、G-A、+1
Al-Gazali ら (1995) は、ウォルコット・ラリソン症候群 (226980) の患者の臨床所見を報告しており、その中には、4歳半までの脊椎骨端異形成および全身性骨粗鬆症が含まれています。Brickwood ら（2003年）は、この患者においてEIF2AK3遺伝子のスプライス部位のホモ接合性変異、IVS14+1G-Aを特定しました。この変異により、重要なキナーゼドメインを欠く短縮タンパク質が生じると予測されました。近親婚のサウジアラビア人両親の子供であるこの患者は、生後2ヶ月でインスリン療法を必要とする糖尿病と診断されました。 臨床経過は重度の知的障害と予測不可能な低血糖発作の頻発によって特徴づけられました。 兄弟も同じ症状を発症しました。

0.0004 ウォルコット・ラリソン症候群
EIF2AK3, 4-BP欠失、1563GAAA
ウォルコット・ラリソン症候群（226980）の患者（近親婚のサウジアラビア人両親の子供）において、Brickwood ら（2003）はEIF2AK3遺伝子における4bp欠失（1563delGAAA）のホモ接合性を特定しました。この突然変異によりエクソン9でフレームシフトが起こり、アミノ酸523で早期終止コドンが生じました。両親はともにこの突然変異のヘテロ接合型でした。この患者の管理は、重度の糖尿病性ケトアシドーシスと感染症により2歳で死亡するまで、繰り返し起こる低血糖により複雑化していました。骨格の特徴は、脊椎骨端異形成症と一致しており、両側大腿骨骨折が認められました。

0.0005 ウォルコット・ラリソン症候群
EIF2AK3、GLU331TER
ウォルコット・ラリソン症候群（226980）と診断された、ケベック州の同じ地域出身で同じフランス系の姓を持つ2家族の、一見血縁関係のない2人の子供について、Durocher ら（2006年）は、EIF2AK3遺伝子のエクソン5における994G EIF2AK3遺伝子のエクソン5における994G-T転換が同定され、グルタミン酸331がトレオニン（E331X）に置換されることが判明しました。この置換は、細胞質指向キナーゼドメインを欠く330アミノ酸の短縮タンパク質が生成されることが予測されます。2人の子供には異なる表現型が見られました。2人とも乳児期に糖尿病を発症し、X線検査で骨の脱灰が見られましたが、1人は肝炎を繰り返した後、多臓器不全により4歳で死亡しました。一方、もう1人は8歳時点で肝臓や腎臓に問題は見られませんでした。

www.omim.org/entry/604032