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| Δ 3 -Δ 2 -エノイルCoAイソメラーゼ | |||||||||
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 3,2-トランス-エノイル-CoAイソメラーゼ三量体、ヒト | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 5.3.3.8 | ||||||||
| CAS番号 | 62213-29-0 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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エノイル-CoA-(∆)イソメラーゼ（EC 5.3.3.8、ドデセノイル-CoA-(∆)イソメラーゼ、3,2-トランス-エノイル-CoAイソメラーゼ、∆3(シス),∆2(トランス)-エノイル-CoAイソメラーゼ、またはアセチレン-アレンイソメラーゼとも呼ばれ、[1]は、補酵素A（CoA）に結合した脂肪酸のγ炭素（位置3）のシスまたはトランス二重結合を、 β炭素（位置2）のトランス二重結合に変換する反応を触媒する酵素です。
この酵素はベータ酸化における不飽和脂肪酸の代謝に重要な役割を果たします。
機構
エノイルCoAイソメラーゼは、奇数炭素位置に二重結合を持つ不飽和脂肪酸の脂肪酸分解で最も頻繁に使用される経路の1つであるβ酸化に関与しています。 [2]これは、アシルCoA中間体の二重結合の位置をシフトさせ、3-シスまたはトランス-エノイルCoAを2-トランス-エノイルCoAに変換することによって行われます。偶数炭素位置に二重結合を持つ脂肪酸の分解における重要なステップは、哺乳類と酵母で3-トランス-エノイルCoAも生成するため、エノイルCoAイソメラーゼは技術的にはそれらの代謝にも必要です。 [3]反応メカニズムは図1に詳述されており、[4]異性化を開始する塩基と中間体を安定化するNH基は、エノイルCoAイソメラーゼの活性部位にあります。
エノイルCoAイソメラーゼは、実際のβ酸化の直前の段階で機能し、β炭素（位置2）から伸びる二重結合を形成するため、 NADPH依存性およびNADPH非依存性のβ酸化経路の両方に関与しています。[5]この二重結合は酸化と炭素間結合切断の標的となり、脂肪酸鎖を短くします。
サブ分類
エノイルCoAイソメラーゼは3つのクラスに分類できます。
単機能のミトコンドリア酵素とペルオキシソーム酵素は、それぞれ真 核生物のミトコンドリアとペルオキシソームに存在します。多機能酵素は細菌と一部の真核生物のペルオキシソームに存在しますが、 2つの機能を果たします。N末端ドメインは他のクラスのエノイルCoAイソメラーゼと同じように機能し、C末端ドメインはデヒドロゲナーゼとして機能し、具体的には3-ヒドロキシアセチルCoAに対して機能します。[4]ミトコンドリアエノイルCoAイソメラーゼには、短鎖と長鎖の2つの区分があります[4]。 [6]イムノブロットでは、すべてのエノイルCoAイソメラーゼに対して抗体を走らせました。しかし、これらのイソメラーゼのうち2つ、短鎖イソメラーゼとペルオキシソーム多機能酵素には抗体が付着していました。 [6]この抗体に結合特異性を持たない酵素が1つありました。それはミトコンドリア長鎖イソメラーゼです。長鎖イソメラーゼは、勾配でより低いリン酸カリウム濃度で溶出したときに発見されました。 [6] [7]このようにして、エノイルCoAイソメラーゼの3つのサブクラスが発見されました。
これら3つの酵素クラスはすべて同じ機能を持っていますが、アミノ酸配列にはほとんど重複がありません。たとえば、ヒトの単機能ペルオキシソーム酵素とミトコンドリア酵素では、302のアミノ酸配列のうち40（13%）のみが同一です。[ 4]実際、哺乳類のペルオキシソーム酵素には、ミトコンドリアの酵素には存在しない追加のN末端ドメインがあります。 [ 8]また、ペルオキシソーム三機能酵素（pTFE）のサブユニットであることがわかっており、脂肪酸鎖のわずかな切断にのみ寄与します。その意味で、多くの高等生物にとって、ミトコンドリア酵素は脂質から最大限のエネルギーを引き出し、筋肉に燃料を供給するために不可欠です。[9]
ラット肝臓のミトコンドリア（短鎖および長鎖の両方）には、複数のエノイルCo-Aイソメラーゼが含まれています。[10]短鎖および長鎖イソメラーゼが異なるリン酸カリウム濃度で溶出するという考えをさらに裏付けるために、短鎖および長鎖イソメラーゼは同様の一次ポリペプチド構造を共有しておらず、したがって進化的に関連しているはずがないと考えられます。[6] [11] 植物とラット肝臓のペルオキシソームは、その機能が大きく異なります。一次構造は類似しているにもかかわらず、異なる標本間では違いがあります。まず、ラット肝臓のペルオキシソームは、エノイルCoAイソメラーゼ、エノイルCoAヒドラターゼ、およびL-(−)-3-ヒドロキシアシルCoAデヒドロゲナーゼを含む多機能酵素です。[12]この実体（多機能タンパク質）には3つの異なる酵素が存在し、この酵素が異性化、水和、および脱水を実行できるようにしています。[13] [14]多機能酵素の異性化酵素活性は、ヒドラターゼ活性とともに、タンパク質のアミノ末端触媒半分で発生します。[15]エノイルCoAの脱水素酵素活性は、カルボキシル末端で発生します。[15]多機能タンパク質のアミノ末端半分のCoA結合部位をさらに調査すると、CoA基質は異性化相から水相を介して水和部位に移動されないか、バルク相を持たないことがわかります。[11] [16]これにより、基質移動酵素の必要性がなくなります。[17]一方、子葉は、長鎖3-トランス-エノイルCoA、長鎖3-シス-エノイルCoA、および短鎖3-シス-エノイルCoA種を、それぞれ2-トランス-エノイルCoA形式に変換します。[13]前述のように、植物エノイルCoAイソメラーゼは、生成物として2-トランス異性体のみを形成します。4-シス-エノイルCoA種や2-トランス-4-トランス-ジエノイルCoA種には作用しません。[13]植物ペルオキシソームの生成物とラット肝臓の多機能酵素を比較すると、植物にはヒドラターゼ活性がないことがわかります。[13]植物型は、ラット肝臓の多機能酵素の産物である2-シス異性体（エノイルCoAヒドラターゼ由来）やD-またはL-3ヒドロキシ誘導体（L-（−）-3-ヒドロキシアシルCoAデヒドロゲナーゼ）を形成しませんでした。[13]ペルオキシソームのこれら2つのサブディビジョンのターンオーバー速度は非常に異なります。子葉のKcat/Km比は10^6 M-1s-1であり、0.07 * 10^6 M-1s-1の比を上回っています。[13]ターンオーバー速度が高いため、植物ペルオキシソームには、ラット肝臓の対応するものよりも少ない量のエノイルCoAイソメラーゼが含まれています。[13]
ラットの肝臓では、多機能酵素に埋め込まれたミトコンドリアエノイルCoAイソメラーゼとペルオキシソームエノイルCoAイソメラーゼは、一次構造配列に類似性を持っています。 [15]大腸菌のアミノ末端半分とラット肝臓のアミノ末端半分を比較すると、アミノ末端の中央に向かって一次構造と二次構造の類似性がありました。[15]この保存された領域は、大腸菌とラット肝臓の両方で同様に見られることから、この特定の酵素の構造と機能にとって重要であるに違いありません。[15] [18]
構造
すべてのクラスのエノイルCoAイソメラーゼは、酵素ファミリー、ヒドラターゼ/イソメラーゼまたはクロトナーゼスーパーファミリーに属しており、X線結晶構造解析で調べると、ファミリーの共通の構造的特徴、すなわち、4つのターンからなるらせん状の折り畳みを持つN末端コアを示し、各ターンは2つのベータシートと1つのアルファヘリックスから構成されています。[19]
エノイルCoAイソメラーゼでは、2つのβシートが触媒部位の一部となっている。βシートに続く残基のNH基がアシルCoA中間体のカルボニル酸素に結合するためである。このオキシアニオンホールの形成により、酵素触媒反応の遷移状態が安定化される。[4]
さらに、水分子で満たされ、疎水性または非極性側鎖で覆われた体腔の隣に位置するグルタミン酸 残基も、触媒部位の一部であることが確認されています。脱プロトン化された形態では、グルタミン酸は塩基として機能し、アシルCoA中間体からプロトンを除去します。体腔は、グルタミン酸側鎖を再配置してプロトンを保持し、後でそれを別の炭素位置にあるアシルCoAに戻すのに役立ちます。[4]
酵母サッカロミセス・セレビシエのペルオキシソーム酵素では、NH含有残基はAla70とLeu126、グルタミン酸はGlu158として同定されている。酵素上のそれらの相対的な位置は図2で比較できる。[4]
ヒドラターゼ/イソメラーゼまたはクロトナーゼスーパーファミリーの酵素は、典型的には、六量体に二量体化した三量体ディスクである。その基質-酵素特異性の広い範囲は、三量体ディスク間の距離とそれらの方向の変動に由来する。[20]しかし、ヒトミトコンドリアエノイル-CoAイソメラーゼは三量体であり、脂肪酸テールを六量体で見られるものとはまったく異なる方向に向ける。[8]サッカロミセス・セレビシエのペルオキシソーム酵素の三量体ディスクを図3に示す。[20]
歴史
エノイルCoAイソメラーゼは、1960年代から1970年代にかけて、ゲル濾過とイオン交換クロマトグラフィーによってラットの 肝臓 ミトコンドリアから初めて同定され、精製されました。[21]それ以来、ミトコンドリア、ペルオキシソーム、多機能など、エノイルCoAイソメラーゼのすべてのクラスが、より多くの哺乳類、植物、単細胞生物を含むさまざまな生物で同定されています。
1994年までに、ラットのエノイルCoAイソメラーゼ cDNAをハイブリダイゼーションプローブとして使用して、ヒトのエノイルCoAイソメラーゼ cDNAの配列決定とクローニングが可能になりました。[2]同じ年に、タンパク質自体は、ラットの抗体やcDNAプローブへの親和性ではなく、[3]トランスフェラーゼであるヒトグルタチオンSトランスフェラーゼとの共精製によって単離されました。[22]
ヒトのエノイルCoAイソメラーゼを詳細に調べる試みの中で、哺乳類の肝臓のミトコンドリア 酵素は、欠陥細胞におけるレベルの上昇により代謝性疾患の潜在的な生物学的マーカーとして特定され、脂肪酸β酸化の欠陥とヒトの疾患との関連が示された[22]。これについては次のセクションで詳述する。
臨床的意義
ヒトでは、 β酸化機構の欠陥により、脂肪酸を主なエネルギー源として効率的に利用できないために、飢餓の症状である低ケトン性高血糖症を引き起こす。[9]この代謝性疾患は遺伝子レベルにあることが判明し、エノイルCoAイソメラーゼの遺伝子を持たないラットも高血糖値を示した。さらに、これらのラットの尿には中鎖不飽和ジカルボン酸が高濃度で含まれていたため、この疾患の生物学的マーカーが特定された可能性があり、この疾患はジカルボン酸尿症と呼ばれる。[9]
最近の研究では、C型肝炎ウイルス（HCV）感染と脂肪酸分解の欠陥、具体的にはエノイルCoAイソメラーゼの欠陥との関連が指摘されている。[23] HCVは慢性肝炎、肝硬変、肝臓がんの主な原因であり、世界中で1億8千万人以上が影響を受けている。[24]ウイルスの潜伏期間が長く、ウイルスを特異的に除去する治療法がないため、[25] HCVは米国でHIV /AIDSよりも多くの死者を出す深刻な問題であるが、[26]その脅威はまだ十分に注目されていない。HCV特異的治療の必要性は不可欠であり、 CDC肝炎部門のディレクターであるジョン・ワード氏によると、最大12万人の命を救うことができるという。[26]
HCV患者のヒト肝生検におけるタンパク質プロファイリングによると、 β酸化を含むミトコンドリアの機能不全とHCVの間に相関関係が最初に発見されました。[27]実際のところ、脂質はHCVの複製サイクルで重要な役割を果たしており、HCV患者の「生体内」サンプルでは、ウイルスの取り込み、RNAの複製、宿主細胞からの分泌においてHCVを助ける脂質が豊富に見つかりました。エノイルCoAイソメラーゼを含む脂肪酸代謝を制御する酵素も同様にアップレギュレーションされていました。[23]遺伝子サイレンシング技術により、エノイルCoAイソメラーゼがHCV RNAの複製に不可欠であることが明らかになり、細胞内レベルでHCV感染を阻止する方法が開かれました。[23]
参照
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