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アスパラギンペプチドリアーゼは、プロテアーゼ（タンパク質分解酵素、ペプチダーゼ、またはプロテイナーゼとも呼ばれる）が触媒残基に基づいて分類される7つのグループの1つです。アスパラギンペプチドリアーゼの触媒機構は、アスパラギン残基が求核剤として働き、加水分解ではなく求核脱離反応を行い、ペプチド結合の切断を触媒します。[ 1 ]
加水分解ではなく自己処理によってペプチド結合の切断が起こる、この第 7 の触媒型プロテアーゼの存在は、大腸菌の Tsh オートトランスポーターの自己切断前駆体の結晶構造の発見によって実証された。[ 2 ]
これらの酵素は、自己分解反応によって切断される前駆体またはプロペプチドとして合成される。[ 2 ]
アスパラギンペプチドリアーゼの自己切断性は、酵素活性が酵素を破壊するという一般的な酵素の定義に反する。しかし、酵素が反応から回収できないにもかかわらず、自己処理はタンパク質分解酵素の作用である。[ 1 ]
アスパラギンペプチドリアーゼのタンパク質分解活性は自己切断のみであり、それ以上のペプチダーゼ活性は起こらない。[ 3 ]
活性部位の主要な残基はアスパラギンであり、触媒機構に関与する他の残基は、アスパラギンペプチドリアーゼの異なるファミリー間で異なっている。[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]
切断機構は、他の活性部位残基の助けを借りてアスパラギンの環化を行うことから成ります。特定の条件下では、アスパラギンの環状構造が主鎖へのC末端ペプチド結合に求核攻撃を行い、新しい結合を形成して安定なスクシンイミドを生成し、主鎖から切断されて、結果として生成物の2つの半分が放出されます。[ 6 ] [ 7 ]
阻害剤は知られていない。[ 3 ]
MEROPSプロテアーゼデータベースには、 6つの異なるプロテアーゼのクランに含まれる、以下の10のファミリーのアスパラギンペプチドリアーゼが含まれています。[ 3 ]
タンパク質分解酵素は、配列類似性に基づいてファミリーに分類されます。各ファミリーには、相同な配列と共通の触媒型を持つタンパク質分解酵素が含まれます。クランは、構造が類似しているものの、触媒型が保存されていないタンパク質分解酵素ファミリーのグループです。
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アスパラギンペプチドリアーゼの10種類のファミリーは、3つの異なるタイプに分類される。
ウイルス外被タンパク質には5つのファミリー（N1、N2、N8、N7、N5）、オートトランスポータータンパク質には2つのファミリー（N6、N4）、インテイン含有タンパク質には3つのファミリー（N9、N10、N11）が存在する。
アスパラギン残基でプロセシングが行われるウイルス外被タンパク質には5つのファミリーがある。これらの5つのファミリーは、3つのクランに分類される。クランNA（ファミリーN1、N2、N8）、クランNC（ファミリーN7）、クランNE（ファミリーN5）である。[ 8 ]
ファミリーN1：既知の自己分解切断は、コートタンパク質のC末端からノダウイルスエンドペプチダーゼによって媒介され、組み立てられたビリオン内でのみ起こる。[ 9 ]
ファミリーN2：テトラウイルスエンドペプチダーゼを含む。既知の自己分解切断は、コートタンパク質のC末端から起こる。切断はビリオン構築の後期段階で起こる。[ 10 ]
ファミリーN8：既知の自己分解切断は、ポリオウイルスVP0ウイルスキャプシドタンパク質がプロビリオンのVP2とVp4に分解されるというものである。[ 11 ]
オートトランスポータータンパク質は、グラム陰性細菌の幅広い種類に見られる外膜タンパク質または分泌タンパク質です。これらのタンパク質は、シグナル配列、N末端に位置するパッセンジャードメイン、C末端に位置するトランスロケーターまたはオートトランスポータードメインという3つの構造モチーフを持ち、ベータバレル構造を形成します。これらの構造は、タンパク質の自己輸送を促進します。オートトランスポータータンパク質は通常、病原性機能に関連しています。この事実、宿主細胞との相互作用、およびオートトランスポーターをコードする遺伝子の広範な存在は、グラム陰性病原体に対するワクチンの設計における治療標的となる可能性を示唆しています。[ 14 ]
MEROPSデータベースがアスパラギンペプチドリアーゼを分類するファミリーのうち2つは、オートトランスポータータンパク質ファミリーN4とN6である。[ 3 ]
N4ファミリーには、腸内細菌由来の分泌型病原性因子、すなわちオートトランスポーターが含まれる。これらのタンパク質の唯一のタンパク質分解活性は、病原性因子を前駆体から遊離させ、分泌を可能にすることである。N4ファミリーのアスパラギンペプチドリアーゼの活性部位残基は、N1100、Y1227、E1249、およびR1282である。
N6ファミリーには、III型タンパク質分泌系に関与する自己処理エンドペプチダーゼが含まれており、この分泌系では自己分解がタンパク質の分泌を媒介するために不可欠である。III型分泌系は、宿主細胞に侵入する中空の管状構造であるインジェクチソームを介して、タンパク質を宿主細胞に直接分泌する。分泌されたタンパク質はインジェクチソームを通過して宿主細胞の細胞質に入ることができる。N6ファミリーのアスパラギンペプチドリアーゼにおける保存された活性部位残基はN263である。
インテインとは、エクステインと呼ばれる別のタンパク質の中に含まれるタンパク質のことです。寄生DNAがエンドヌクレアーゼをコードするインテイン遺伝子に感染すると、結果として生じる cDNA（相補的DNA）には、インテインとともにエクステインもコードされます。インテインには自己切断ドメインがあり、その中にエンドヌクレアーゼが埋め込まれています。インテインドメインは、自身のN末端とC末端で2つのタンパク質分解切断を行い、エクステインから分離して2つの断片に分けます。これらの2つの断片はその後結合され、エクステインは完全に機能するタンパク質として残ります。
インテインドメインのN末端残基はセリン、トレオニン、またはシステインでなければならず、その前のペプチド結合を攻撃してエステルまたはチオエステルを形成する。エクステインの2番目の部分の最初の残基もセリン、トレオニン、またはシステインでなければならず、この2番目の求核剤は分岐中間体を形成する。インテインドメインのC末端残基は常にアスパラギンであり、環化してスクシンイミドを形成し、自身のペプチド結合を切断してインテインをエクステインから遊離させる。最後に、エクステインではエステルまたはチオエステル結合が再配置されて通常のペプチド結合を形成する。[ 15 ]
インテイン含有タンパク質には、N9、N10、N11の3つの既知のファミリーがあり、いずれもPDファミリーに属し、異なる触媒タイプのタンパク質分解酵素を含んでいます。N9ファミリーに属するインテインV型プロトンATPase触媒サブユニット（Saccharomyces cerevisiae）と、N10ファミリーのいくつかのインテインについては、三次構造が解明されています。