Loading article…
カルニチンO-オクタノイルトランスフェラーゼ（CROTまたはCOT）は、トランスフェラーゼファミリー、より具体的にはカルニチンアシルトランスフェラーゼに属する酵素であり、アシルCoAからカルニチンへのアシル基の転移を触媒し、CoAとアシルカルニチンを生成する。（EC 2.3.1.137）具体的には、CROTは次の化学反応を触媒する。
したがって、この酵素の2つの基質はオクタノイル-CoAとL-カルニチンであり、その2つの生成物はCoAとL-オクタノイルカルニチンである。[ 1 ]
この反応は容易に可逆的であり、脂肪アシルCoAと脂肪アシルカルニチンはどちらも脂肪アシル基の化学的に「活性化」された形態であると考えられるため、エネルギー入力は不要である。[ 2 ]
この酵素の系統名はオクタノイル-CoA:L-カルニチンO-オクタノイルトランスフェラーゼです。一般的に使用されるその他の名称は以下のとおりです。
この酵素はトランスフェラーゼファミリーに属し、特にアミノアシル基以外の基を転移させるアシル転移酵素に分類される。
CROTは612アミノ酸長で、分子量は約70kDaである。[ 3 ]全体的な構造的特徴としては、CROTは20のαヘリックスと16のβストランドを持ち、 NとCという2つのドメインに分けられる。 [ 3 ]
2007年末時点で、このクラスの酵素について4つの構造が解明されており、PDBアクセッションコードはPDB : 1XL7、PDB : 1XL8、PDB : 1XMC、およびPDB : 1XMDです。
CROTを含むすべてのカルニチンアシル転移酵素における重要な触媒残基は、部位特異的変異誘発研究によって確認されたヒスチジン残基であることが判明している。CROTでは、この残基は327位にある。この残基は、活性部位の残りの部分とともに、NドメインとCドメインの界面に位置している。活性部位は、重要な水分子とともに、複雑な水素結合残基のネットワークによってカルニチンを安定化させる。より長いアシル鎖は、ほぼ円筒状に配列された疎水性残基によって安定化される。 [ 3 ]
同じ酵素ファミリーのメンバーであることから予想されるように、カルニチンアセチルトランスフェラーゼ（CRAT）とCROTの構造には強い類似性があり、これらの酵素は36%の配列相同性を持っています。 [ 3 ]短鎖および中鎖アシルCoAの選択性を説明する可能性のあるこれらの酵素間の重要な違いは、 CROTのアシル結合部位に存在するグリシン残基Gly-553にあります。しかし、CRATでは、アシル結合部位の同じ位置にある残基はメチオニン残基Met-564です。[ 3 ]これらの残基は、CRATとCROTの両方で基質「ゲートキーパー」として機能することが示されています。M564G CRAT変異体は、より幅広い種類のアシルCoA基質を受け入れることが示されています。[ 4 ]同様に、G553M CROT変異体はオクタノイル-CoAに対しては著しい不活性を示すが、短鎖アシル-CoAに対しては活性を維持する。[ 3 ]
CROTの機能の一つは、グルコース欠乏細胞にアセチルCoAを供給することである。カルニチンアセチルトランスフェラーゼ（CRAT）が存在しない場合、CROTなどのアシル転移酵素がアセチルカルニチンから補酵素Aへのアセチル基転移を触媒することができる。CROT遺伝子ノックアウト細胞を用いたレスキュー実験では、ペルオキシソームCROTがグルコース制限条件下でアセチルCoA産生を媒介できることが示されている。ペルオキシソームはその後、これらの産物を細胞質に輸送することができる。[ 5 ]
CROTはミクロソーム小胞の両側に分布しているが、マウス肝臓におけるCROT活性の大部分は小胞および小胞体の細胞質側に存在することもわかっている。CROTはペルオキシソーム中鎖アシルカルニチン誘導体を中鎖アシルCoA誘導体に変換する役割を担っている可能性がある。これらはその後、伸長やその他の修飾のための様々な生合成経路に取り込まれる。[ 6 ]
さらに、CROTはトリプシンによって用量依存的に阻害される。精製CROTでは最大60%の阻害が観察され、これはカルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ（CPT）で観察されたものと同様である。CROT活性は、透過性ミクロソーム膜と密封ミクロソーム膜の両方で同じ程度に阻害されるようである。[ 6 ]
CROTはペルオキシソームに局在すると考えられている。ペルオキシソーム増殖剤であるジ（2-エチルヘキシル）フタレート（DEHP）をWistarラットに投与すると、 CROTの発現が14.1倍に増加することがわかった。これは、CROT mRNAの翻訳の増加と、分解の1.5倍の減少によるものである。[ 7 ]
CROT活性は、マウスの肝臓、腎臓、脂肪細胞、乳腺、骨格筋、心臓組織でも報告されている。腎臓におけるCROT活性は主に顕在的であったのに対し、肝臓と心臓では主に潜在的であったことがわかった。興味深いことに、関連酵素であるカルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ（CPT）では、逆の傾向が見られた。[ 8 ]
CROTの標準的な基質はオクタノイル-CoAですが、CROTはアセチル-CoA、プロピオニル-CoA、ブチリル-CoA、ヘキサノイル-CoAなど、多数のアシル-CoAの脱アシル化を触媒できることも知られています。[ 5 ] CROTは、ペルオキシソームでのプリスタン酸の代謝から得られる4,8-ジメチルノナノイル-CoAなどの分岐鎖脂肪アシル-CoAを基質として利用することもできます。[ 9 ]
CROT活性は脂肪酸のβ酸化およびケトン体合成に関与するため、重要な調節ポイントである。CROTの既知の阻害剤の一つにマロニルCoAがあり、これはCROTを非線形的に阻害する。精製されたCROTとマロニルCoAをインキュベートすると、複雑な反応速度が観察される。
pHの低下は、CROTに対するマロニル-CoAの阻害を増強することもある。いくつかの研究では、アッセイ条件のpHを7.4から6.8に低下させた場合、阻害が20～30%増加する可能性があることが示されている。さらに、この低下に伴い、CROTに対するマロニル-CoAのK iは106 μMから35 μMに低下する。この変化は、パルミトイル-CoAおよびデカノイル-CoAでは見られない。しかし、マロニル-CoAによる阻害の程度は、グルタリル-CoA、ヒドロキシメチルグルタリル-CoA、メチルマロニル-CoAなどの他の短鎖アシル-CoAエステルで観察されるものと同様である。
マロニル-CoAのイオン化状態は、pH 7.4～6.8の範囲で大きく変化しない。阻害剤に対する感受性の変化は、CROT活性部位のHis-327残基によるものと考えられる。また、細胞内のマロニル-CoA濃度は、そのK iよりも低い（1～6 μM）ため、恒常性条件下ではCROTの阻害は生理学的に重要ではない可能性がある。[ 10 ]
