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| エイリアス | EPX、EPO、EPP、EPX-PEN、EPXD、好酸球ペルオキシダーゼ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外部ID | オミム: 131399; MGI : 107569;ホモロジーン: 20144;ジーンカード：EPX; OMA :EPX - オルソログ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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好酸球ペルオキシダーゼは、ヒトおよび哺乳類の自然免疫細胞である好酸球顆粒球内に存在する酵素である。この酸化還元酵素タンパク質は、これらの骨髄細胞内で発現する遺伝子EPXによってコードされている。EPO は、相同ペルオキシダーゼであるミエロペルオキシダーゼ( MPO )、ラクトペルオキシダーゼ(LPO)、および甲状腺ペルオキシダーゼ(TPO) と多くの類似点を共有している。このタンパク質は、好酸球内の分泌顆粒に濃縮されている。好酸球ペルオキシダーゼはヘムペルオキシダーゼであり、その活性には、ハロゲン化物イオンの殺菌活性酸素種への酸化、細菌細胞壁の陽イオンによる破壊、およびタンパク質アミノ酸残基の 翻訳後修飾が含まれる。
好酸球ペルオキシダーゼの主な機能は、溶液中の過酸化水素とハロゲン化物イオンから次亜ハロゲン酸の形成を触媒することです。例:
ハロゲン化物または擬似ハロゲン化物から生成される次亜塩素酸は強力な酸化剤です。[a]しかし、好酸球ペルオキシダーゼの役割は、塩化物よりも臭化物とヨウ化物から菌糸酸を生成することにあるようです。これは、前者が後者よりも非常に好まれるためです。ミエロペルオキシダーゼという酵素は、体内の次亜塩素酸のほとんどの生成に関与しており、好酸球ペルオキシダーゼは臭化物とヨウ化物が関与する反応に関与しています。
遺伝子
ヒト好酸球ペルオキシダーゼのオープンリーディングフレームの長さは2,106塩基対（bp）であることが判明した。これは381bpのプロ配列、軽鎖をコードする333bpの配列、重鎖をコードする1,392bpの配列から構成される。これらに加えて、3'末端にAATAAAポリアデニル化シグナルを含む452bpの非翻訳領域がある。[5]
ヒト好酸球ペルオキシダーゼのプロモーター配列は異常に強力なプロモーターである。すべての主要な調節要素は遺伝子の100bp上流に位置している。[6]
EPX発現のプロファイルは特徴付けられており、BioGPS を通じてオンラインで入手できます。このデータセットは、ヒトとマウスの両方において、EPXが骨髄でのみ発現していることを示しています。このレベルでは、体内のすべての組織の平均発現レベルの 30 倍以上です。
タンパク質
- 分子量：57 kDa（重鎖）、11 kDa（軽鎖）（予測値）；52 kDa、15 kDa（実測値）[5] [7]
- 等電点p I = 10.31（予測値）; 7.62（観測値）[8]
- 413 nmでの電子吸収極大（ソーレ帯）[9]
- 1当量のカルシウムを結合する[5]
- 4つのアスパラギン残基でグリコシル化されている：315、351、443、および695 [10]
- モノマーごとに 1 つの活性部位。
ポリペプチド鎖は成熟中にタンパク質分解により重鎖と軽鎖に加工されます。しかし、2 つの鎖は、共有結合したヘム補因子によっても密接に結合しています。タンパク質は最終的に顆粒に局在する必要があるため、小胞体の表面に埋め込まれたリボソームで生成されます。前駆体タンパク質は、活性化する前に次の処理ステップを経ます。
- ERシグナル配列の切断
- プロペプチド切断
- ヘム補因子の修飾
- ヘム補因子の共有結合。[9]
MPOとは異なり、EPOのヘムはメチオニンを介して結合されていません。これは触媒特性に影響を与えます（活性部位を参照）。[9]
二次構造
好酸球ペルオキシダーゼは主にαヘリックス状のヘム含有酵素である。活性部位を囲む触媒ドメインの核は6つのαヘリックスから成り、5つは重鎖ポリペプチド鎖から、1つは軽鎖ポリペプチド鎖から成っている。[11]この酵素のフォールドはヘムペルオキシダーゼフォールドとして知られ、この遺伝子ファミリーのすべてのメンバー間で保存されている。しかし、すべてのメンバーがペルオキシダーゼ活性を持つわけではない。[9]
カルシウムイオン結合部位は典型的な五角両錐形をしている。これは重鎖の8残基のループ内に結合している。リガンドはセリンとスレオニンのヒドロキシル、骨格カルボニル、およびカルボン酸基によって提供され、そのうちの1つは軽ポリペプチド鎖に由来する。カルシウム部位はタンパク質の折り畳みの足場としてだけでなく、2つの鎖の適切な結合にも役立つ。実際、カルシウムイオンが除去されると、タンパク質は溶液から沈殿する。 [11]
三次構造
このタンパク質には、単一のモジュールドメインのみが含まれています。この点で、これは主に代謝酵素または末端エフェクターであり、細胞シグナル伝達経路での役割はほとんどありません。4つの哺乳類ヘムペルオキシダーゼ（MPO、LPO、EPO、およびTPO）の全体構造はほぼ同じです。[9]しかし、MPOは、ジスルフィド結合で架橋された触媒二量体として存在する点で独特です。[10]好酸球ペルオキシダーゼについて最初に判明した特徴の1つは、その高い等電点（タンパク質を参照）によって示されるように、高度にカチオン性であることでした。好酸球ペルオキシダーゼは、X線結晶構造解析によって特徴付けられていません。しかし、EPO、TPO、およびLPOの吸収スペクトル間の直接的な対応と高い配列類似性により、3つの特性を比較することができます。ミエロペルオキシダーゼの特性は、その多量体化状態と代替ヘム結合のために、多少異なります。さらに、X線回折構造に基づいてEPOの相同性モデルが作成されました。[10]
この折り畳み構造は高度に保存されており、触媒機能に最適化されているようです。しかし、当然ながら、ペルオキシダーゼ間の基質特異性の違いを説明する差異が存在します。この分岐は、タンパク質進化の研究では一般的です。機能に非常に必要な構造的特徴は強い保存圧力を受けますが、活性部位から離れた領域は遺伝的浮動を受けます。これにより、酵素コア部分の修正から生じる機能の特殊化または分化につながる可能性があります。たとえば、密接に関連する甲状腺ペルオキシダーゼは、ホルモンの生合成における特定の酸化反応を触媒しますが、他のヘムペルオキシダーゼは、免疫防御および酸化還元シグナル伝達で役割を果たします。
四次構造
ヒトEPOは可溶性モノマーとして存在することが知られている。[9]
アクティブサイト
好酸球ペルオキシダーゼの活性部位には、プロトポルフィリンIX補因子と四座配位錯体を形成した単一の鉄原子が含まれる。注目すべきは、この補欠分子族がエステル結合 を介してポリペプチドに共有結合していることである。EPOのAsp232とGlu380は、末端酸素原子を介してプロトポルフィリンの修飾側鎖に共有結合している。[9]比較すると、ミエロペルオキシダーゼには、ヘムのペンダントビニル基とスルホニウムイオン架橋を形成するMet243という3番目の結合点がある。この特徴はEPOにはなく、対応する残基はトレオニンである。
鉄の5番目のリガンドは保存されたヒスチジン残基であり、アスパラギン残基に直接水素結合している。[9]これら2つの重要な残基は、鉄が触媒として適切なFe(III)/Fe(II)還元電位を持つことを保証する。鉄の6番目のリガンドはヘム基の遠位側に位置すると言われている。これらには、ヒスチジン、グルタミン、アルギニン残基との水素結合によって安定化された5つの分子からなる短い水ネットワークが含まれる。[9]遠位面は基質結合と触媒に用いられる。
MPO の結晶構造は、天然の状態と阻害剤が結合した状態の両方で解明されており、タンパク質データバンクに登録番号 1CXP、1D5L、1D2V、および 1D7W で登録されています。
機構
ヘムペルオキシダーゼの基本的なメカニズムは、過酸化水素を使用してヘム補因子の活性型を生成することであり、鉄は酸化状態+4をとる。その後、活性酸素は基質に転移され、活性酸素種に変換される。[9] EPOが経ることができる3つの異なるサイクルがあります。1つ目はハロゲン化サイクルです。
- [Fe(III)...Por] + H 2 O 2 → [Fe(IV)=O...Por •+ ] + H 2 O
ここで、Por はヘム補因子、• は化学ラジカルを表します。ヘムのこの活性化状態は化合物 Iと呼ばれます。この状態では、酸素はオキシフェリル種として説明できます。πカチオンポルフィリンラジカルは、4 つの環を結合するメチン橋で反応を起こすと考えられています。ハロゲン化物X −の存在下での化合物 I の還元は次のように進行します。
- [Fe(IV)=O...Por •+ ] + X − → [Fe(III)...Por] + HOX
したがって、化合物 I は酵素の休止状態まで還元され、遠位空洞に結合したハロゲン化物イオンは強力な酸化剤に酸化されます。
しかし、2 番目のサイクルでは、化合物 I は2 つの 1 電子還元ステップを経て任意の基質をラジカル形態に酸化することができます。このプロセスは、ほとんどの非ハロゲン化物基質で機能します。最初のステップは同じで、その後に次のステップが続きます。
- [Fe(IV)=O...Por ·+ ] + RH → [Fe(IV)=O...Por] + R · + H +
- [Fe(IV)=O...Por] + RH → [Fe(IV)=O...Por] + R · + H 2 O
この2番目のメカニズムの生理学的意味合いは重要である。好酸球ペルオキシダーゼはタンパク質上のチロシン残基を酸化することが実証されており、これは活性酸素シグナル伝達カスケードにも関与していることが示唆されている。[12]
3番目であまり重要ではないメカニズムは、ペルオキシダーゼのカタラーゼ活性です。このメカニズムは、1電子ドナーが存在しない場合にのみ機能するようです。[9]
- [Fe(IV)=O...Por •+ ] + H 2 O 2 → [Fe(III)...Por] + O 2 + H 2 O
基質
好酸球ペルオキシダーゼはハロペルオキシダーゼ反応を触媒する。EPOは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、および擬ハロゲン化チオシアン酸塩（SCN −）を基質としてとることができる。[13] [14] [15]しかし、反応速度に関しては、酵素は塩化物よりも臭化物、臭化物よりもヨウ化物、ヨウ化物よりもチオシアン酸塩を好む。実際、ミエロペルオキシダーゼだけが塩化物をかなりの速度で酸化することができる。比較すると、ヨウ化物の触媒速度は塩化物の触媒速度より5桁大きい。[9]ヘム結合Met243が非保存的に変異したMPOの変異体は塩素化能力の欠如を示し、この残基またはその特有の官能基が基質特異性に関与していることが示唆された。[9]
阻害剤
シアン化物は哺乳類のヘムペルオキシダーゼに非常に強く結合する。ヘム鉄に直接強く結合すると、タンパク質は低スピン種に変換される。[9]シアン化物の結合には、pK aが 4.0～4.3 の基の脱プロトン化形態が必要である。これは遠位ヒスチジン残基であると思われる。MPO、シアン化物、臭化物の三元複合体の構造は、その形状が類似しているため、化合物 I-ハロゲン化物複合体の優れたモデルであると考えられている (1D7W を参照)。亜硝酸イオンも強く結合し、低スピンヘムを形成する。[9]
ミュータント
EPXの最初のよく特徴付けられた変異体の1つは、タンパク質レベルで非保存的変異をもたらすG→A遷移であった。[16]
細胞学
大型多細胞生物は、感染細菌や侵入寄生虫に対する防御策として複数のシステムを活用します。細胞免疫の領域に属する戦略の 1 つは、ペルオキシダーゼ反応を触媒する酵素の作用に依存します。好酸球ペルオキシダーゼは、ヒトおよび哺乳類の白血球の一次（アズール性）顆粒に存在します。白血球におけるペルオキシダーゼの局在は、20 世紀を通じてベンジジン塩酸塩などの染色剤を使用して研究されてきました。[17]特異的免疫反応染色が導入される前は、酵素活性のこのような化学的指標は一般的でした。電子顕微鏡の出現後、多くの細胞タイプの超微細構造が精力的に研究されました。その後、好酸球ペルオキシダーゼは好酸球の一次顆粒と二次顆粒に局在することがわかりました。[18]
好酸球は骨髄球系譜の一部を形成し、リンパ球とともに骨髄由来の細胞型の2つの主要なクラスの1つであり、血液とリンパ中を循環し、免疫反応において重要な役割を果たします。好酸球ペルオキシダーゼは、好酸球細胞によって感染部位の組織に分泌されます。感染に直面して細胞が活性化すると、顆粒内容物が放出され、タンパク質と化学物質が細胞から外部に放出されます。
ミエロペルオキシダーゼとラクトペルオキシダーゼから分岐したこれらの 3 つの酵素は、現在ではそれぞれ異なるが重複しない役割を果たしています。ラクトペルオキシダーゼは哺乳類の乳の無菌性を維持するのに役立ち、ミエロペルオキシダーゼと好酸球ペルオキシダーゼは顆粒に存在し、宿主防御の役割を果たします。これは、単一の化学機能の概念が自然界でさまざまな方法で活用されている例です。
欠乏と病気
好酸球ペルオキシダーゼの特異的欠損があり、同時にミエロペルオキシダーゼの欠損がないことはまれである。[19]臨床の場では、白血球酵素の欠損は光学フローサイトメトリーによって簡便に研究される。[19]ミエロペルオキシダーゼの特異的欠損は1970年代から知られていた。ミエロペルオキシダーゼ欠損は好中球ではペルオキシダーゼ染色が欠如するが、好酸球では欠如する。[20]ミエロペルオキシダーゼ欠損に関する初期の研究では、最も一般的な疾患変異はヘム結合メチオニン残基のミスセンス変異を含むミスセンス変異であることが明らかになった。[21]この欠損は単純な常染色体劣性形質としてではなく、複合ヘテロ接合性変異として遺伝することが多かった。[22]ミエロペルオキシダーゼ欠損患者は悪性腫瘍の発症率が高いと考えられている。しかし、ペルオキシダーゼを介した免疫機構の冗長性により、感染率は大幅に上昇しない。[23]
参照
注記
- ^ 次亜塩素酸ナトリウム塩は、プールの漂白剤としてよく使用されます。
参考文献
- ^ abc GRCh38: Ensembl リリース 89: ENSG00000121053 – Ensembl、2017 年 5 月
- ^ abc GRCm38: Ensembl リリース 89: ENSMUSG00000052234 – Ensembl、2017 年 5 月
- ^ 「Human PubMed Reference:」。国立生物工学情報センター、米国国立医学図書館。
- ^ 「マウス PubMed リファレンス:」。国立生物工学情報センター、米国国立医学図書館。
- ^ abc Ten RM、Pease LR、McKean DJ、Bell MP、Gleich GJ (1989年5月)。「ヒト好酸球ペルオキシダーゼの分子クローニング。ペルオキシダーゼ多重遺伝子ファミリーの存在の証拠」。実験医学ジャーナル。169 (5): 1757–69。doi : 10.1084 / jem.169.5.1757。PMC 2189302。PMID 2541222 。
- ^ Yamaguchi Y, Zhang DE, Sun Z, Albee EA, Nagata S, Tenen DG, Ackerman SJ (1994年7月). 「ヒト好酸球ペルオキシダーゼをコードする遺伝子のプロモーターの機能的特徴」. The Journal of Biological Chemistry . 269 (30): 19410–9. doi : 10.1016/S0021-9258(17)32184-1 . PMID 8034708.
- ^ Carlson MG、Peterson CG、Venge P (1985年3 月)。「ヒト好酸球ペルオキシダーゼ：精製と特性評価」。Journal of Immunology。134 (3): 1875–9。doi ：10.4049 / jimmunol.134.3.1875。PMID 3918110。S2CID 34660087 。
- ^ Straub C、Pazdrak K、Young TW、Stafford SJ、Wu Z、Wiktorowicz JE、Haag AM、English RD、Soman KV、Kurosky A (2009)。「ヒト末梢血好酸球のプロテオームに向けて」。プロテオミクス。臨床 応用。3 ( 10): 1151–1173。doi :10.1002/prca.200900043。PMC 2967046。PMID 21048890。
- ^ abcdefghijklmnopq Zederbauer M、Furtmüller PG、Brogioni S、Jakopitsch C、Smulevich G、Obinger C (2007 年 6 月)。「哺乳類ペルオキシダーゼにおけるヘムとタンパク質の結合: 分光学的、酸化還元的、触媒的特性への影響」。Natural Product Reports。24 ( 3 ): 571–84。doi :10.1039/b604178g。PMID 17534531 。
- ^ abc Gioia, De; Ghibaudi, Elena M.; Laurenti, Enzo; Salmona, Mario; Ferrari, RP (1996 年 10 月 14 日)。「ミエロペルオキシダーゼ X 線構造の足場上に構築された、ラクトペルオキシダーゼと好酸球ペルオキシダーゼの理論的 3 次元モデル」。Journal of Biological Inorganic Chemistry。1 ( 5) : 476–485。doi :10.1007 / s007750050081。S2CID 24903600。
- ^ abc Furtmüller PG、Zederbauer M、Jantschko W、Helm J、Bogner M、Jakopitsch C、Obinger C (2006 年 1 月)。「ヒトペルオキシダーゼの活性部位構造と触媒メカニズム」。生化学および生物物理学のアーカイブ。445 (2): 199–213。doi :10.1016/ j.abb.2005.09.017。PMID 16288970 。
- ^ Ulrich M, Petre A, Youhnovski N, Prömm F, Schirle M, Schumm M, Pero RS, Doyle A, Checkel J, Kita H, Thiyagarajan N, Acharya KR, Schmid-Grendelmeier P, Simon HU, Schwarz H, Tsutsui M, Shimokawa H, Bellon G, Lee JJ, Przybylski M, Döring G (2008 年 10 月). 「好酸球ペルオキシダーゼによる好酸球顆粒毒素の翻訳後チロシンニトロ化」. The Journal of Biological Chemistry . 283 (42): 28629–40. doi : 10.1074/jbc.m801196200 . PMC 2661412. PMID 18694936 .
- ^ van Dalen CJ、 Kettle AJ (2001 年 8 月) 。 「好酸球ペルオキシダーゼの 基質と生成物」。The Biochemical Journal。358 ( Pt 1): 233–9。doi :10.1042/bj3580233。PMC 1222052。PMID 11485572。
- ^ Mayeno AN、Curran AJ、Roberts RL 、 Foote CS（1989年4月）。「好酸球は臭化物を優先的に使用してハロゲン化剤を生成する」。The Journal of Biological Chemistry。264 （ 10 ）：5660–8。doi ：10.1016/S0021-9258（18）83599-2。PMID 2538427 。
- ^ Slungaard A、Mahoney JR (1991 年 3 月)。「チオシアン酸は生理液中の好酸球ペルオキシダーゼの主要基質です。細胞毒性への影響」。The Journal of Biological Chemistry。266 ( 8): 4903–10。doi : 10.1016 / S0021-9258 (19)67734-3。PMID 2002037。
- ^ Romano M、Patriarca P、Melo C、Baralle FE、Dri P (1994 年 12 月)。「遺伝性好酸球ペルオキシダーゼ欠損症: 免疫化学的および分光学的研究と欠損の複合ヘテロ接合性の証拠」。 米国科学アカデミー紀要。91 (26): 12496–500。Bibcode : 1994PNAS ...9112496R。doi : 10.1073 / pnas.91.26.12496。PMC 45465。PMID 7809065。
- ^ Kaplow LS (1965 年 8 月). 「簡潔な報告: ベンジジン二塩酸塩を使用した簡略化されたミエロペルオキシダーゼ染色」. Blood . 26 (2): 215–9. doi : 10.1182/blood.v26.2.215.215 . PMID 14332483.
- ^ Dunn WB、Hardin JH 、 Spicer SS（1968年12月）。 「ヒト好中球およびウサギ異好性および好酸球白血球におけるミエロペルオキシダーゼの超微細構造局在」。Blood。32 （ 6）：935–44。doi ：10.1182/blood.v32.6.935.935。PMID 5749754 。
- ^ ab Valdés MD、Calero MA (1987)。 「自動細胞化学検査で検出された 好酸球ペルオキシダーゼ欠損症」。Acta Haematologica。78 ( 4): 265。doi : 10.1159/ 000205890。PMID 3122494。
- ^ Breton-Gorius J、Coquin Y、Guichard J (1978 年 1 月)。「白血球中のアズール球とカタラーゼ含有顆粒の細胞化学的区別。I. ミエロペルオキシダーゼ欠損症患者の好中球および単球の発達に関する研究:ペルオキシダーゼ欠損鶏異好球との比較」。実験室調査; 技術的方法と病理学のジャーナル。38 (1): 21–31。PMID 202802。
- ^ Petrides PE (1998年9月). 「ペルオキシダーゼ欠損の分子遺伝学」. Journal of Molecular Medicine . 76 (10): 688–98. doi :10.1007/s001090050269. PMID 9766847. S2CID 7789099.
- ^ Nauseef WM、Cogley M、Bock S 、Petrides PE（1998年2月）。「R569Wミスセンス変異に関連する遺伝性ミエロペルオキシダーゼ欠損症の遺伝パターン」。Journal of Leukocyte Biology。63（2）：264–9。doi ：10.1002/ jlb.63.2.264。PMID 9468285。S2CID 598367 。
- ^ Lanza F (1998年9月). 「ミエロペルオキシダーゼ欠損症の臨床症状」.分子医学ジャーナル. 76 (10): 676–81. doi :10.1007/s001090050267. PMID 9766845. S2CID 8847256.
外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)における好酸球+ペルオキシダーゼ
- InterProの好酸球ペルオキシダーゼ
- SCOP (タンパク質の構造分類) のヒトミエロペルオキシダーゼは、Wayback Machineで 2016-03-03 にアーカイブされています。
- 出典: JC Segen 現代医学辞典データベース。
