ゼラチナーゼ

ゼラチナーゼは、加水分解によってゼラチンを分解できる酵素であり、細胞外マトリックスの分解と組織のリモデリングに大きな役割を果たしています。ゼラチナーゼはマトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）の一種であり、亜鉛を補因子として依存し、細胞外マトリックスの一部を分解できる酵素ファミリーです。^{[1] MMPには、}ゼラチナーゼA（MMP-2）やゼラチナーゼB  （MMP-9 ）など、複数のサブグループがあります。ゼラチナーゼには、さまざまな酵素委員会番号が割り当てられています。ゼラチナーゼAは3.4.24.24を使用し、ゼラチナーゼBは3.4.24.35を使用しますが、最初の3つの数字は同じです。最初の数字3はクラスです。クラス3酵素は加水分解酵素、つまり加水分解反応を触媒する酵素です。つまり、水の存在下で結合を切断します。次の数字はサブクラス4、つまりプロテアーゼを表し、タンパク質のペプチド結合を加水分解する酵素です。次の数字は24のサブサブクラスで、活性部位に金属イオン（この場合は亜鉛）を含むメタロエンドペプチダーゼで構成されており、ペプチド結合の切断に役立ちます。EC番号の最後の部分はシリアル番号で、サブサブクラス内の特定の酵素を識別します。24はゼラチンとコラーゲンを分解するメタロプロテアーゼであるゼラチナーゼAを表し、35はペプチド結合を加水分解するゼラチナーゼBを表します。^[2]

ゼラチナーゼ酵素は、哺乳類や鳥類を含む多くの真核生物、緑膿菌やセラチア・マルセセンスなどの細菌、真菌に存在しますが、ゼラチナーゼの種類の特定や機能に基づいて種間で変異がある可能性があります。ヒトでは、発現するゼラチナーゼはマトリックスメタロプロテアーゼMMP2とMMP9です。^[3]さらに、ゼラチナーゼA（MMP2）とB（MMP9）は、角膜損傷を患っているラットやウサギの角膜で新しい血管の形成を助けることが証明されています。これらのげっ歯類の角膜創傷は、酵素の発現と活性を高めます。ゼラチナーゼは、損傷したマトリックスタンパク質（MMP-9による）を除去することで損傷した細胞外マトリックス（ECM）のリモデリングを助け、血管新生反応、つまり新しい血管の形成をもたらします。これは、ゼラチナーゼによる角膜実質修復組織のコラーゲンリモデリングが起こっていることを示しています。^[4]

これらの特定のプロテアーゼは、加水分解を利用して、2 つの連続したステップでゼラチンを分解します。最初のステップではポリペプチド生成物が生成され、その後にアミノ酸 (通常はアルファアミノ酸)が生成されます。 ^[5]この場合の基質はゼラチンで、生成物は形成されたポリペプチドです。ゼラチナーゼは、細胞表面での結合相互作用の特異性により、基質であるゼラチンに結合します。亜鉛イオンとアミノ酸残基に関連する触媒作用により、ペプチド結合が切断され、ポリペプチドになります。ポリペプチドはさらにアミノ酸に変換され、これが反応の 2 番目の連続ステップおよび生成物になります。TIMP -2やその他のTIMPなどの追加のタンパク質は、ゼラチナーゼの活性部位に結合して基質の分解を防ぎ、酵素経路を調節および制御する阻害剤として機能します。^[6]

ゼラチナーゼは細胞表面との相互作用により酵素の活性化と活性を調節することができる。表面タンパク質は局在、阻害、内部化などの機能を調節する。表面に結合した酵素は細胞周囲空間の特定の基質と密接に結合し、MMPの機能を制御する。局在化により、MMPは細胞表面との密接な結合によりEMCの特定の要素を分解することができる。^[7]

ゼラチナーゼには、酵素活性と基質分子のペプチド結合の加水分解に不可欠な触媒ドメイン（C末端領域に位置）が含まれています。このドメインには、3つのアルファヘリックスによって結合したねじれたベータシート内の5つのベータストランドが含まれています。活性部位はベータストランドとアルファヘリックスの間に位置し、ヒスチジン残基を保持し、もう1つのヘリックスがヒスチジン残基を保持してループを形成しています。これらのヒスチジンは触媒亜鉛イオンと関連しており、タンパク質のペプチド結合の加水分解を触媒する重要な役割を果たしています。また、C末端領域には、細胞膜の一部と相互作用するヘモペキシン様ドメインがあります。^[8]酵素の特異性、親和性、および局在に寄与し、反平行のベータストランドベータシートを持つ4つのブレードで構成されています。^[9]さらに、タンパク質間相互作用の関与によりゼラチン相互作用の認識、折り畳み、仲介に重要であり、基質特異性にとって極めて重要なフィブロネクチンタイプII（FNII）があります。FNIIは2つの二本鎖反平行βシートで構成されています。個々のMMPの一次構造は異なるドメイン構成を持つ場合があり、ドメインと構造の配置は酵素の折り畳みと安定性に役立ちます。折り畳みは酵素の活性を促進するものだからです。

ゼラチナーゼの中には、亜鉛依存性のプロテアーゼもあります。これらのタンパク質の既知の活性部位は触媒ドメインに位置しており、通常、既知の部位に触媒に重要な亜鉛原子が含まれています。活性部位にはヒスチジンとグルタミン酸残基も含まれており、触媒亜鉛結合活性部位領域を形成しています。^[10]これらの残基は、安定化と立体配座のために亜鉛イオンと協調しています。この活性部位は、亜鉛イオンとアミノ酸残基の協調により、ゼラチンやコラーゲンなどの基質中のペプチド結合の加水分解を助けます。また、ゼラチナーゼの触媒作用と基質の結合にも影響を与えます。^[11]