G2期およびM期における細胞周期の調節

🧠 G2/M期M phase M期（M phase）M phase（M期） の物語はG1期 G1 phase G1期（G1 phase） G1 phase（G1期） （49-regulation-of-the-cell-cycle-in-the-g1-phase-transition-to-s-phase）と同じ「サイクリン+Cdk、阻害の解除で発動」という構造の繰り返しだが、主役がMPF（Cdk1-サイクリンB）に代わる。 MPFはCAKによる活性化リン酸化とWee1による阻害性リン酸化の“綱引き”の末にCdc25が阻害を解除して初めて発動し、しかも一度発動すると自分でCdc25を刺激しWee1を抑制するという正のフィードバックで一気に有糸分裂へなだれ込む。そしてAPCがMPF自身とセキュリン securin セキュリン（securin） securin（セキュリン） を分解することで、有糸分裂は後戻り不能な形で後期へと進む——「作る」フェーズから「壊して進める」フェーズへの切り替えがこの経路の本質である。

前回の続き：細胞周期の主要ステップ

（この単元は49-regulation-of-the-cell-cycle-in-the-g1-phase-transition-to-s-phaseの続きである。前回の要点：成長因子 growth factor 成長因子（growth factor） growth factor（成長因子） 刺激→G1サイクリン・Cdk誘導→pRbリン酸化によるE2F解放→SPF（S Cdk2-サイクリンA）活性化→前複製複合体 replication complex 複製複合体（replication complex） replication complex（複製複合体） の起動→DNADNA（deoxyribonucleic acid）の倍加開始、という流れであった。）

8. MPF（M期促進因子）は複製と細胞成長の完了まで不活性のままである

• G2期の間、サイクリンB（G2/M期M phase M期（M phase）M phase（M期） のサイクリン）の増加が、対応するCdk1（G2/M期M phase M期（M phase）M phase（M期） のCdk）の蓄積をもたらす→Cdk（1）-サイクリンB複合体＝MPF
• これらの複合体中のCdkは、CAK（Cdk活性化キナーゼ）により活性化部位のスレオニン threonine スレオニン（threonine） threonine（スレオニン） 残基がリン酸化される
• 同時に、プロテインキナーゼprotein kinaseプロテインキナーゼ（protein kinase）protein kinase（プロテインキナーゼ）Wee1がチロシン残基 tyrosine residue チロシン残基（tyrosine residue） tyrosine residue（チロシン残基） ＋スレオニン threonine スレオニン（threonine） threonine（スレオニン） 残基の阻害性リン酸化によりこれを不活性状態 inactive state 不活性状態（inactive state） inactive state（不活性状態） に保つ

⚠️ 正確にはWee1が付けるのはTyr15だけで、Thr14は主にMyt1が付ける。 Cdk1（Cdc2）を抑えているのはThr14とTyr15の2箇所のリン酸化であり、Wee1がTyr15特異的なのに対し、膜結合性membrane-bound 膜結合性（membrane-bound）membrane-bound（膜結合性） のMyt1（Wee1ファミリー）がThr14に特異的な主要キナーゼで、Thr14とTyr15の両方をリン酸化できる¹。Cdc25はこの2つをまとめて外す。

9. DNAが完全に倍加され細胞サイズが適切になるG2期末に、MPFが活性化される

• ホスファターゼCdc25がCdkを脱リン酸化 dephosphorylation 脱リン酸化（dephosphorylation） dephosphorylation（脱リン酸化） する→阻害性リン酸基 phosphate group リン酸基（phosphate group） phosphate group（リン酸基） を除去する→活性型MPF→有糸分裂を引き起こす
• 活性化されたMPFは正のフィードバック効果を持つ：Cdc25の刺激＋Wee1の抑制

flowchart TD
  A["G2期：サイクリンB蓄積→Cdk1と結合"] --> B["CAKがCdkの活性化部位をリン酸化"]
  B --> C["Wee1が阻害性リン酸化によりMPFを不活性に保つ"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='deoxyribonucleic acid'>DNA</span>倍加完了・細胞サイズ十分"]
  D --> E["Cdc25がCdkを<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dephosphorylation'>脱リン酸化</span>→阻害性<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phosphate group'>リン酸基</span>を除去"]
  E --> F["活性型MPF"]
  F -->|"正のフィードバック"| G["Cdc25を刺激・Wee1を抑制"]
  G --> F
  F --> H["有糸分裂の誘発"]

💡 このMPF活性化の仕組みは、G1/S移行における「CKIの分解によるSPF解放」（49-regulation-of-the-cell-cycle-in-the-g1-phase-transition-to-s-phase参照）と同じ論理構造——阻害性修飾の除去によって初めて次の相へ進む——を持つ。違いは、MPFの場合その活性化自体が正のフィードバックループを形成し、いったんスイッチが入ると後戻りなく一気に有糸分裂へなだれ込む点である。

10. MPFは後期まで有糸分裂を指揮する

• APC/C（後期促進複合体／サイクロソーム、anaphase-promoting complex/cyclosome）が活性化される。APC/C自身がE3ユビキチンリガーゼ E3 ubiquitin ligaseE3ユビキチンリガーゼ（E3 ubiquitin ligase） E3 ubiquitin ligase（E3ユビキチンリガーゼ）であり、APC2（カリン）とAPC11（RING）のヘテロ二量体 heterodimer ヘテロ二量体（heterodimer） heterodimer（ヘテロ二量体） が最小の触媒モジュールを成す²³
• APC/Cは単独では働かず、Cdc20（fizzy）またはCdh1という共役因子 coregulator (coactivator/corepressor) 共役因子（coregulator (coactivator/corepressor)） coregulator (coactivator/corepressor)（共役因子） （基質アダプター）と組んではじめて基質を認識する。有糸分裂で後期を起こすのはAPC/C^Cdc20である⁴
• APC/CはMPFの失活（＝サイクリンBの分解）と、後期における細胞周期の継続を引き起こす

⚠️ 「APCがMPFを分解する」は正確には「サイクリンBを分解する」である。 壊されるのは複合体まるごとでもCdk1でもなく、サイクリンの側である。サイクリンのN末端にある破壊ボックスがユビキチン依存性分解の目印になっており、この領域を無関係 unrelated 無関係（unrelated） unrelated（無関係） なタンパク質に融合するだけでその融合体も分裂期に分解されるようになる⁵。APC/Cはセキュリン securin セキュリン（securin） securin（セキュリン） とサイクリンBの両方をユビキチン化 ubiquitination ユビキチン化（ubiquitination） ubiquitination（ユビキチン化） する²。Cdk1タンパク質そのものは分解されず次の周期でも使い回される——「錠は残り、鍵だけが壊される」。

💡 本文の見出しは「後期まで」、上の表は「中期まで」となっているが、両者は同じ一点を指している。 APC/Cは分裂期に入った時点で活性化しており、サイクリンAはただちに分解される（紡錘体形成spindle formation 紡錘体形成（spindle formation）spindle formation（紡錘体形成） チェックポイント checkpoint チェックポイント（checkpoint） checkpoint（チェックポイント） の支配を受けない）。一方サイクリンB1の分解はチェックポイント checkpoint チェックポイント（checkpoint） checkpoint（チェックポイント） によって中期から後期への移行まで遅らされる⁴。つまりMPF活性は中期いっぱい保たれ、中期→後期の移行でサイクリンBが壊されて消える。「中期まで指揮し、後期に入るところで自分が壊される」と読めばよい。

11. APCが制御権を握り、細胞が2つに分裂する

• APC/Cは姉妹染色分体 sister chromatid 姉妹染色分体（sister chromatid） sister chromatid（姉妹染色分体） の結合の分離過程を開始する
• APC/Cは阻害性タンパク質セキュリンsecurinセキュリン（securin）securin（セキュリン）をユビキチン化 ubiquitination ユビキチン化（ubiquitination） ubiquitination（ユビキチン化） して分解の標的とする（外部のユビキチンリガーゼ ubiquitin ligase ユビキチンリガーゼ（ubiquitin ligase） ubiquitin ligase（ユビキチンリガーゼ） を借りるのではなく、APC/C自身がそのリガーゼ ligase リガーゼ（ligase） ligase（リガーゼ） である）²
• セキュリンsecurin セキュリン（securin）securin（セキュリン） は通常セパラーゼseparaseセパラーゼ（separase）separase（セパラーゼ）と呼ばれるプロテアーゼに結合しこれを阻害しているが、セキュリンsecurin セキュリン（securin）securin（セキュリン） の分解によりセパラーゼ separase セパラーゼ（separase） separase（セパラーゼ） が解放される
• セパラーゼseparase セパラーゼ（separase）separase（セパラーゼ） は姉妹染色分体 sister chromatid 姉妹染色分体（sister chromatid） sister chromatid（姉妹染色分体） 間のコヒーシンcohesin コヒーシン（cohesin）cohesin（コヒーシン） タンパク質を切断し、それらを分離させる。セパラーゼseparase セパラーゼ（separase）separase（セパラーゼ） はカスパーゼに近縁のシステインプロテアーゼ cysteine proteaseシステインプロテアーゼ（cysteine protease） cysteine protease（システインプロテアーゼ）で、切断部位はコヒーシン cohesin コヒーシン（cohesin） cohesin（コヒーシン） のScc1サブユニット（出芽酵母budding yeasts 出芽酵母（budding yeasts）budding yeasts（出芽酵母） での名称）である——中期停止細胞でScc1を人工的に切断してやるだけで姉妹染色分体 sister chromatid 姉妹染色分体（sister chromatid） sister chromatid（姉妹染色分体） は分離して両極へ移動する⁶

flowchart TD
  A["活性型MPF（Cdk1-サイクリンB）"] --> B["APC/C＋Cdc20の活性化"]
  B --> C["サイクリンBの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ubiquitination'>ユビキチン化</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='proteasomal degradation'>プロテアソーム分解</span>＝MPF失活"]
  B --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='securin'>セキュリン</span>の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ubiquitination'>ユビキチン化</span>・分解"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='separase'>セパラーゼ</span>が解放される"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sister chromatid'>姉妹染色分体</span>間の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cohesin'>コヒーシン</span>を切断"]
  F --> G["後期：染色分体の分離"]
  H["未結合の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='centromere / kinetochore'>動原体</span>→MCC（Mad2/BubR1/Cdc20）"] -->|"Cdc20の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='substrate recognition site'>基質認識部位</span>を塞いで阻害"| B

⭐ 紡錘体チェックポイントspindle assembly checkpoint 紡錘体チェックポイント（spindle assembly checkpoint）spindle assembly checkpoint（紡錘体チェックポイント） （49-regulation-of-the-cell-cycle-in-the-g1-phase-transition-to-s-phase参照）は、全ての染色体の動原体 centromere / kinetochore 動原体（centromere / kinetochore） centromere / kinetochore（動原体） に微小管が正しく結合するまでMad・Bubタンパク質がAPCを抑制することで、この後期への移行を制御している。微小管が結合していない染色体が1つでもあれば、APCは活性化されずセキュリン securin セキュリン（securin） securin（セキュリン） は分解されない——分離は起こらない。

💡 その抑制の実体は「MCC」という複合体である。 未結合の動原体 centromere / kinetochore 動原体（centromere / kinetochore） centromere / kinetochore（動原体） が触媒となって分裂期チェックポイント checkpoint チェックポイント（checkpoint） checkpoint（チェックポイント） 複合体（MCC＝Mad2＋Mad3/BubR1＋Cdc20）が組み立てられる。MCCはCdc20を取り込んだうえでCdc20上のデグロン（基質認識）部位を物理的に塞ぐことでAPC/Cを阻害する³。つまりチェックポイント checkpoint チェックポイント（checkpoint） checkpoint（チェックポイント） はAPC/Cの触媒活性 catalytic activity 触媒活性（catalytic activity） catalytic activity（触媒活性） を消すのではなく、共役因子coregulator (coactivator/corepressor) 共役因子（coregulator (coactivator/corepressor)）coregulator (coactivator/corepressor)（共役因子） Cdc20の「基質を見つける目」を覆っている。

Cdk-サイクリン複合体の周期における役割（総括）

まとめ

• G2期にはサイクリンBの蓄積によりCdk1と結合しMPF（Cdk1-サイクリンB）が形成されるが、CAKによる活性化リン酸化とWee1による阻害性リン酸化により当初は不活性に保たれる。
• DNA倍加完了・細胞サイズ十分の条件が満たされるとCdc25がCdkの阻害性リン酸基 phosphate group リン酸基（phosphate group） phosphate group（リン酸基） を除去し活性型MPFが生じ、これがCdc25刺激・Wee1抑制という正のフィードバックにより有糸分裂を一気に進行させる。
• 活性化MPFはAPC/C（後期促進複合体／サイクロソーム）を活性化する。APC/C自身がE3ユビキチンリガーゼ E3 ubiquitin ligase E3ユビキチンリガーゼ（E3 ubiquitin ligase） E3 ubiquitin ligase（E3ユビキチンリガーゼ） で、共役因子coregulator (coactivator/corepressor) 共役因子（coregulator (coactivator/corepressor)）coregulator (coactivator/corepressor)（共役因子） Cdc20と組んでセキュリン securin セキュリン（securin） securin（セキュリン） とサイクリンB（＝MPFのサイクリン側）をユビキチン化 ubiquitinationユビキチン化（ubiquitination） ubiquitination（ユビキチン化）・分解する。セキュリンsecurin セキュリン（securin）securin（セキュリン） の分解によりセパラーゼ separase セパラーゼ（separase） separase（セパラーゼ） （カスパーゼ近縁のシステインプロテアーゼ cysteine proteaseシステインプロテアーゼ（cysteine protease） cysteine protease（システインプロテアーゼ））が解放され、コヒーシンcohesin コヒーシン（cohesin）cohesin（コヒーシン） のScc1サブユニットを切断することで姉妹染色分体 sister chromatid 姉妹染色分体（sister chromatid） sister chromatid（姉妹染色分体） が後期に分離する。
• 紡錘体形成spindle formation 紡錘体形成（spindle formation）spindle formation（紡錘体形成） チェックポイント checkpoint チェックポイント（checkpoint） checkpoint（チェックポイント） はMCC（Mad2・Mad3/BubR1・Cdc20）がCdc20の基質認識部位 substrate recognition site 基質認識部位（substrate recognition site） substrate recognition site（基質認識部位） を塞ぐことでAPC/Cを抑え、サイクリンB1の分解＝後期の開始を全染色体が両極に結合するまで遅らせる。