β-グルクロニダーゼ

β-グルクロニダーゼは、複合炭水化物の分解を触媒するグリコシダーゼファミリーの酵素です。^{[ 2 ]}ヒトβ-グルクロニダーゼは、ヘパラン硫酸などのムコ多糖類（グリコサミノグリカンとも呼ばれる）の非還元末端からβ - D-グルクロン酸残基の加水分解を触媒するグルクロニダーゼ（グリコシダーゼファミリー2のメンバー）の一種です。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}ヒトβ-グルクロニダーゼはリソソームに存在します。^{[ 5 ]}腸では、刷子縁β-グルクロニダーゼが抱合型ビリルビンを再吸収のために非抱合型に変換します。β-グルクロニダーゼは母乳にも存在し、新生児黄疸の原因となります。このタンパク質は、ヒトではGUSB遺伝子^{[ 6 ] [ 7 ]}によって、細菌ではuidA遺伝子^{[ 8 ]}によってコードされている。

ヒトβ-グルクロニダーゼは、80 kDaのモノマー（653アミノ酸）として合成され、その後、タンパク質分解によりC末端から18アミノ酸が除去されて78 kDaのモノマーとなる。^{[ 9 ] [ 10 ]} β-グルクロニダーゼは332 kDaのホモテトラマーとして存在する。^{[ 11 ]} β-グルクロニダーゼには、ジェリーロールバレルやTIMバレルとして知られるβバレル の一種など、いくつかの注目すべき構造が存在する。^{[ 1 ]}

ヒトβ-グルクロニダーゼは、大腸菌のβ-ガラクトシダーゼ酵素と相同性がある。^{[ 12 ] [ 13 ]}この相同性関係と、グリコシダーゼがしばしば2つの酸性残基によって触媒される加水分解を行うという知識により、機構仮説が構築された。この仮説では、2つのグルタミン酸残基Glu540とGlu451がそれぞれ求核性残基と酸性残基であり、チロシン残基Tyr504も触媒に関与していると提唱している。この仮説を支持する証拠として、これら3つの残基のいずれかに実験的に変異を導入すると、酵素活性が大幅に低下する。アジド添加後にE451A変異体酵素（Glu451がアラニン残基に置換されたもの）の活性が増加することは、Glu451が酸/塩基残基であることと一致する。^{[ 14 ]}非常に安定な中間段階に入る基質の加水分解後の 標識β-グルクロニダーゼペプチドの分析を使用して、研究者らはGlu540が求核性残基であることを決定した。 ^{[ 15 ]}

β-グルクロニダーゼが用いる求核置換反応の具体的な種類は不明であるが、グリコシダーゼファミリーの同族体の反応機構に関する証拠から_{、これらの反応は定性的にSN2}反応であることが示唆されている。反応はオキソカルベニウムイオン特性を持つ遷移状態を経て進行する。当初、これらの反応機構は、遷移状態のオキソカルベニウム特性のため、離散的なオキソカルベニウムイオン中間体を経て進行するSN1反応であると示唆されていた。しかし、より最近の証拠は、これらのオキソカルベニウムイオン状態_の寿命が10フェムト秒～0.1ナノ秒（結合振動周期に類似）であることを示唆している。これらの寿命は、反応中間体に割り当てるには短すぎる。この証拠から、これらの反応は、遷移状態のオキソカルベニウムイオン特性のために_{SN1のように見えるものの、定性的にSN2}反応であるに違いないと思われる。^{[ 2 ]}

触媒機構における Tyr504 の具体的な役割は不明である。^{[ 14 ]}同種の酵素であるキシラナーゼの構造データとの比較から、β-グルクロニダーゼの Tyr504 は脱離求核剤 (Glu540) を安定化させるか、その活性を調節する可能性があることが示唆されている。^{[ 16 ]}

これらの残基に加えて、保存されたアスパラギン残基（Asn450）が糖基質の2-ヒドロキシル基との水素結合の作用により基質を安定化させることが示唆されている。^{[ 11 ] [ 17 ]}

β-グルクロニダーゼの欠損は、スライ症候群またはムコ多糖症VIIとして知られる常染色体劣性遺伝性代謝疾患を引き起こします。この酵素の欠損により、患者の体内に加水分解されないムコ多糖が蓄積します。この疾患は患者にとって非常に衰弱させる可能性があり、出生前に胎児水腫を引き起こす可能性があります。さらに、生存患者では、知的障害、低身長、粗い顔の特徴、脊椎異常、肝臓と脾臓の肥大が観察されます。^{[ 5 ]}この疾患は、マウスの系統と犬の家系でモデル化されています。^{[ 19 ] [ 20 ]}最近では、研究者らはβ-グルクロニダーゼ活性の欠損を示すネコの家系を発見しました。この活性低下の原因は、E351K変異（Glu351がリジン残基に変異）であることが特定されています。 Glu351は哺乳類種で保存されており、この残基が重要な機能を持つことを示唆している。ヒトのX線結晶構造の解析から、 TIMバレルドメインの奥深くに埋もれているこの残基（ヒト酵素ではGlu352）が、酵素の三次構造の安定化に重要である可能性が示唆されている。 ^{[ 18 ]}結晶構造では、タンパク質のジェリーロールドメインのメンバーであるArg216がGlu352と塩橋を形成しているように見える。したがって、Glu352は酵素の2つの異なる三次元ドメイン間の相互作用の安定化に関与していると考えられる。^{[ 1 ]}

分子生物学では、β-グルクロニダーゼは哺乳類細胞や植物細胞における遺伝子発現をモニターするためのレポーター遺伝子として使用されます。GUSアッセイを用いてβ-グルクロニダーゼ活性をモニターすることで、問題の遺伝子の空間的および時間的発現を決定することができます。^{[ 21 ]}

• 分子グラフィックス画像は、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のバイオコンピューティング、可視化、情報学リソースのChimeraパッケージを使用して作成されました。^{[ 22 ]}

• アルファグルクロニダーゼ
• グルクロノシルジスルホグルコサミングルクロニダーゼ
• グリチルリチン酸β-グルクロニダーゼ

• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるグルクロニダーゼ
• Reportergeneのレポーターグルクロニダーゼおよびその他のレポーターに関する最新の研究（2020年11月21日にWayback Machineにアーカイブ済み）
• β-グルクロニダーゼの触媒機構研究データベースおよびその他の情報