キチナーゼ

キチナーゼ
セラチア・マルセセンスキチナーゼ A 二量体と結合した阻害剤アロサミジン。PDB : 1FFQ
識別子
EC番号	3.2.1.14
データベース
インテンズ	IntEnzビュー
ブレンダ	BRENDAエントリー
エクスパス	NiceZyme ビュー
ケッグ	KEGGエントリー
メタサイク	代謝経路
プリアモス	プロフィール
PDB構造	RCSB PDB PDBe PDBsum
検索 個人管理委員会 記事 出版元 記事 国立情報学研究所 タンパク質

キチナーゼ、酸性
阻害因子メチルアロサミジンが結合したホモサピエンスの酸性哺乳類キチナーゼ。PDB : 3FY1
識別子
シンボル	チア
NCBI遺伝子	27159
HGNC	17432
オミム	606080
参照シーケンス	NM_001040623
ユニプロット	翻訳
その他のデータ
軌跡	第1章 p13.1-21.3
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キチナーゼ 1 (キトトリオシダーゼ)
2 つの阻害剤アロサミジン分子と結合したホモサピエンスのキトトリオシダーゼPDB : 1HKK
識別子
シンボル	チット1
NCBI遺伝子	1118
HGNC	1936
オミム	600031
参照シーケンス	NM_003465
ユニプロット	Q13231
その他のデータ
軌跡	第1章 q31-q32
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キチナーゼ（EC 3.2.1.14、キトデキストリナーゼ、1,4-β-ポリ-N-アセチルグルコサミニダーゼ、ポリ-β-グルコサミニダーゼ、β-1,4-ポリ-N-アセチルグルコサミジナーゼ、ポリ[1,4-(N-アセチル-β- D -グルコサミニド)]グリカノヒドロラーゼ、(1→4)-2-アセトアミド-2-デオキシ-β- D -グルカングリカノヒドロラーゼ、系統名(1→4)-2-アセトアミド-2-デオキシ-β- D -グルカングリカノヒドロラーゼ）は、キチンのグリコシド結合を分解する加水分解酵素である。^[1]キチナーゼは以下の反応を触媒する。

キチンおよびキトデキストリン中のN-アセチル-β- D-グルコサミニド（1→4）-β結合のランダムエンド加水分解

キチンは菌類の細胞壁や一部の動物（軟体動物や節足動物を含む）の外骨格要素の成分であるため、キチナーゼは一般に、自身のキチンを再形成する必要がある生物^[2]、または菌類や動物のキチンを溶解して消化する必要がある生物に見られます。

キチン食性生物には多くの細菌^[3]（エロモナス属、バチルス属、ビブリオ属[ ^4]など）が含まれ、病原性または腐食性である可能性があります。これらの細菌は、生きた節足動物、動物プランクトン、または真菌を攻撃したり、これらの生物の残骸を分解したりします。

Coccidioides immitisなどの菌類も、腐食動物としての役割や節足動物病原体としての可能性に関連する分解性キチナーゼを持っています。

キチナーゼは植物にも存在し、例えば大麦種子キチナーゼはPDB : 1CNS ​, EC 3.2.1.14に登録されています。Ignatius et al 1994(a)では、大麦種子がクローン10を産生することがわかっています。彼らは、発育中の種子アリューロンでクラスIキチナーゼであるクローン10を発見しました。^{[5] [6] [7]}葉はいくつかのアイソザイム（およびいくつかのβ-1,3-グルカナーゼ）を産生します。Ignatius et al 1994(b)は、うどんこ病によって誘導されたこれらのアイソザイムを葉で発見しました。^[5] Ignatius et al は、これら（種子および葉のアイソザイム）が互いに異なることも発見しました。^{[6] [8]これらのうちいくつかは、全身獲得抵抗性の一部として}誘導される病原性関連（PR）タンパク質です。発現はNPR1遺伝子とサリチル酸経路によって媒介され、どちらも真菌や昆虫の攻撃に対する抵抗に関与している。真菌との共生関係を築くには、他の植物キチナーゼも必要となる可能性がある。^[9]

哺乳類はキチンを生成しませんが、キトトリオシダーゼ（CHIT1）と酸性哺乳類キチナーゼ（AMCase）という2つの機能的なキチナーゼと、高い配列類似性を持ちながらキチナーゼ活性を欠くキチナーゼ様タンパク質（YKL-40など）を持っています。^[10]

1. エンドキチナーゼ（EC 3.2.1.14）はキチンミクロフィブリルの内部でキチンをランダムに分解し、可溶性の低分子量多量体生成物を形成する。多量体生成物にはジアセチルキトビオース、キトトリオース、キトテトラオースが含まれ、二量体が主な生成物である。^[11]
2. エキソキチナーゼは、次の 2 つのサブカテゴリに分類されます。
   1. キトビオシダーゼ（EC 3.2.1.29）はキチンミクロフィブリルの非還元末端に作用し、キチン鎖から二量体であるジアセチルキトビオースを一つずつ放出する。したがって、この反応では単糖類やオリゴ糖は放出されない。^[12]
   2. β-1,4- N-アセチルグルコサミニダーゼ（EC 3.2.1.30）は、ジアセチルキトビオース、キトトリオース、キトテトラオースなどの多量体生成物をN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）の単量体に分解する。^[11]

キチナーゼはアミノ酸配列に基づいて分類された。これは、これらの酵素同士の進化的関係を理解する上でより役立つためである。[13] そのため、キチナーゼは3つのファミリーに分類された：18、19、20。^[ 14 ]ファミリー18と¹⁹はどちらも、ウイルス、細菌、真菌、昆虫、植物など、さまざまな生物由来のエンドキチナーゼから構成されている。しかし、ファミリー19は主に植物キチナーゼから構成されている。ファミリー20には、N-アセチルグルコサミニダーゼと、類似の酵素であるN-アセチルヘキソサミニダーゼが含まれる。^[13]

キチナーゼの遺伝子配列が判明したため、キチナーゼは配列に基づいてさらに6つのクラスに分類されました。キチナーゼのクラスを決定する特徴は、N末端配列、酵素の局在、等電点pH、シグナルペプチド、および誘導物質でした。^[13]

クラスIキチナーゼは、システインに富むN末端、ロイシンまたはバリンに富むシグナルペプチド、および液胞局在を有していた。そして、クラスIキチナーゼは、酸性または塩基性の性質に基づいてさらに細分化された。クラスIaおよびそれぞれクラスIbである。 ^[15]クラス1キチナーゼは植物キチナーゼのみで構成され、ほとんどがエンドキチナーゼであることが判明した。

クラスIIキチナーゼはシステインに富むN末端を持たないが、クラスIキチナーゼと類似した配列を持つ。クラスIIキチナーゼは植物、真菌、細菌に見られ、ほとんどがエキソキチナーゼで構成されていた。 ^[13]

クラスIIIキチナーゼはクラスIまたはクラスIIキチナーゼと類似した配列を持っていなかった。 ^[13]

クラスIVキチナーゼは、免疫学的特性を含め、クラスIキチナーゼと同様の特性を持っていました。 ^[13]しかし、クラスIVキチナーゼはクラスIキチナーゼに比べてサイズがかなり小さかったです。 ^[16]

クラスVとクラスVIキチナーゼは十分に特徴付けられていない。しかし、クラスVキチナーゼの1つの例では、2つのキチン結合ドメインが並んでおり、遺伝子配列に基づくと、システインに富むN末端は進化の過程で失われたようであり、これはおそらく、触媒ドメインがその機能を失う原因となった選択圧の低下によるものと考えられる。 ^[13]

セルロースと同様に、キチンは比較的分解されにくい豊富なバイオポリマーです。^[17]多くの哺乳類はキチンを消化することができ、脊椎動物の種における特定のキチナーゼレベルは、それらの摂食行動に適応しています。^[18]特定の魚はキチンを消化することができます。^[19]キチナーゼは、ヒトを含む哺乳類の胃から分離されています。^[20]

キチナーゼ活性はヒトの血液^{[21] [22]}やおそらく軟骨でも検出される。^[23] 植物キチナーゼと同様に、これは病原体耐性と関連している可能性がある。^{[24] [25]}

ヒトの体内でのキチナーゼの生成（「ヒトキチナーゼ」として知られる）はアレルギーに反応して起こる可能性があり、喘息はキチナーゼ発現レベルの上昇と関連している。^{[26] [27] [28] [29] [30]}

^{ヒトのキチナーゼは、}衛生仮説の1つのバージョンの一部として、最も一般的なアレルギー（ダニ、カビの胞子、どちらもキチンを含む）と虫（蠕虫）感染症との関連を説明できるかもしれ^ない（虫は腸壁を保持するためにキチン質の口器を持っている）。最後に、キチナーゼと植物のサリチル酸との関連は十分に確立されている^{[さらなる説明が必要]}が、サリチル酸とヒトのアレルギーとの仮説的な関連がある。^{[34] [非論理的]}

ゴーシェ病における酵素療法の補充をモニタリングするために使用できる。[1]

調節は種によって異なり、生物内では異なる生理機能を持つキチナーゼは異なる調節機構の下にある。例えば、細胞壁のリモデリングなどの維持に関与するキチナーゼは恒常的に発現する。しかし、外因性キチンの分解や細胞分裂への関与など、特殊な機能を持つキチナーゼは、キチナーゼ活性の空間的・時間的調節を必要とする。 ^[35]

トリコデルマ・ アトロビリデにおけるエンドキチナーゼの調節はN-アセチルグルコサミニダーゼに依存しており、データはキチンの分解によってN-アセチルグルコサミンが生成され、それが取り込まれてキチンビオシダーゼのアップレギュレーションを引き起こすというフィードバックループを示している。^[36]

サッカロミセス・セレビシエでは、ScCts1p（ S.セレビシエキチナーゼ1）の調節が行われている。ScCts1pは、一次隔壁のキチンを分解することで細胞質分裂後の細胞分離に関与するキチナーゼの1つである。^{[37]これらのタイプのキチナーゼは}細胞分裂に重要であるため、厳密な調節と活性化が必要である。具体的には、Cts1発現は有糸分裂後期に娘細胞で活性化されなければならず、タンパク質は隔壁の娘部位に局在する必要がある。^[38]そして、これを行うには、Cdc14早期分裂解除（FEAR）、有糸分裂終了ネットワーク（MEN）、およびAce2p（転写因子）と細胞形態形成（RAM）の調節^[39]シグナル伝達ネットワークなど、細胞のさまざまな段階を制御する他のネットワークとの調整が必要である。全体として、異なる制御ネットワークの統合により、細胞壁分解キチナーゼは細胞周期の段階や娘細胞内の特定の場所に応じて機能することができるようになります。^[35]

キチナーゼは多くの一般的な食品に自然に含まれています。例えば、Phaseolus vulgaris ^[40]、バナナ、栗、キウイフルーツ、アボカド、パパイヤ、トマトには、真菌や無脊椎動物の攻撃に対する防御として、かなりの量のキチナーゼが含まれています。ストレスやエチレンガスなどの環境シグナルは、キチナーゼの生産増加を刺激する可能性があります。

キチナーゼ分子の一部は、植物防御における類似の機能のため、ゴムラテックス中のヘベインや他のタンパク質と構造がほぼ同一であり、ラテックスフルーツ症候群として知られるアレルギー交差反応を引き起こす可能性がある。^[41]

キチナーゼには豊富な用途があり、そのいくつかはすでに産業界で実現されています。これには、キチンから肥料などの有用製品へのバイオ変換、非アレルギー性、非毒性、生体適合性、生分解性材料の製造（これらの特性を持つコンタクトレンズ、人工皮膚、縫合糸はすでに生産されています）、殺虫剤や殺菌剤の強化が含まれます。^[42] Phaseolus vulgarisキチナーゼ（豆キチナーゼ、BCH）は、害虫忌避剤として、まったく無関係の作物に遺伝子組み換えされています。 ^[40]

キチナーゼの将来の応用としては、保存期間を延ばすための食品添加物、喘息や慢性副鼻腔炎の治療薬、抗真菌薬、抗腫瘍薬、タンパク質工学で使用される一般的な成分などが考えられます。^[42]

• リグニナーゼ

• 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)におけるキチナーゼ
• 病原菌コクシジオイデス・イミティス由来のキチナーゼのX線構造