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グリコシルトランスフェラーゼ（GTF、Gtf）は、天然のグリコシド結合を確立する酵素（EC 2.4 ）です。これらは、活性化ヌクレオチド糖（「グリコシル供与体」とも呼ばれる）から求核グリコシル受容体分子への糖部分の転移を触媒します。求核剤は、酸素-炭素-、窒素-、または硫黄-ベースです。[1]
グリコシル転移の結果、炭水化物、グリコシド、オリゴ糖、または多糖類が生じる。一部のグリコシルトランスフェラーゼは、無機リン酸または水への転移を触媒する。グリコシル転移はタンパク質残基にも起こり、通常はチロシン、セリン、またはトレオニンに転移して O-結合型糖タンパク質を、アスパラギンに転移して N-結合型糖タンパク質を生じる。マンノシル基はトリプトファンに転移してC-マンノシルトリプトファンを生成することがあり、これは真核生物に比較的豊富である。転移酵素は脂質を受容体として使用して糖脂質を形成することがあり、真核生物のドリコールリン酸や細菌のウンデカプレニルリン酸などの脂質結合型糖リン酸供与体を使用することさえある。
糖ヌクレオチド供与体を使用するグリコシルトランスフェラーゼは、最初の糖ヌクレオチドを発見し、炭水化物代謝に関する研究で 1970 年のノーベル化学賞を受賞した科学者、ルイス F. ルロアにちなんで名付けられたルロア酵素です。ドリコールやポリプレノールピロリン酸などの非ヌクレオチド供与体を使用するグリコシルトランスフェラーゼは、非ルロアグリコシルトランスフェラーゼです。
哺乳類はグリコシルトランスフェラーゼに9種類の糖ヌクレオチド供与体のみを使用する：[2] UDP-グルコース、UDP-ガラクトース、UDP-GlcNAc、UDP-GalNAc、UDP-キシロース、UDP-グルクロン酸、GDP-マンノース、GDP-フコース、CMP-シアル酸。これらの供与分子のリン酸は通常、マンガンなどの2価カチオンによって配位されているが、金属非依存の酵素も存在する。
多くの糖転移酵素は一回膜貫通タンパク質であり、通常はゴルジ体の膜に固定されている[3]
機構
グリコシルトランスフェラーゼは、転移中にドナーのアノマー結合の立体化学が保持されるか (α→α)、反転されるか (α→β) によって、「保持」酵素と「反転」酵素に分けられます。反転メカニズムは単純で、立体化学を反転するには受容原子からの単一の求核攻撃が必要です。
保持メカニズムは議論の的となっているが、二重置換メカニズム（立体化学の正味の保持のためにアノマー炭素の周りで2つの反転を引き起こす）または解離メカニズム（その一般的な変種はSNiとして知られている）に反する強力な証拠が存在する。反転酵素に似た「直交会合」メカニズムが提案されており、アノマー保持を達成するために非線形角度（多くの結晶構造で観察される）からの受容体からの1回の求核攻撃のみを必要とする。[4]
反応の可逆性
反転糖転移酵素によって触媒される多くの反応の可逆性が最近発見され、この分野におけるパラダイムシフトとなり、糖ヌクレオチドを「活性化」供与体として指定することに関して疑問が生じている。[5] [6] [7] [8] [9]
配列による分類
配列に基づく分類法は、関連タンパク質との配列アラインメントに基づいてタンパク質機能の仮説を生成する強力な方法であることが証明されています。糖質活性酵素データベースは、糖転移酵素を90以上のファミリーに分類した配列ベース分類を提示しています。[10]各ファミリー内で同じ3次元フォールドが発生することが予想されます。[11]
構造
グリコシド加水分解酵素に観察される3D構造の多様性とは対照的に、グリコシルトランスフェラーゼの構造の範囲ははるかに狭い。[12] [13]実際、タンパク質構造分類データベースによると、グリコシルトランスフェラーゼには3つの異なるフォールドしか観察されていない。[14]ごく最近では、ペプチドグリカンのNAG-NAMポリマーバックボーンの生合成に関与するグリコシルトランスフェラーゼの新しいグリコシルトランスフェラーゼフォールドが特定された。[15]
阻害剤
グリコシルトランスフェラーゼの阻害剤は数多く知られています。これらの一部は天然物で、ペプチドグリカングリコシルトランスフェラーゼの阻害剤であるモエノマイシン、キチン合成酵素の阻害剤であるニッコーマイシン、真菌のβ-1,3-グルカン合成酵素の阻害剤であるエキノカンジンなどがあります。グリコシルトランスフェラーゼ阻害剤の中には、医薬品や抗生物質として使用されるものもあります。モエノマイシンは成長促進剤として動物飼料に使用されています。カスポファンギンはエキノカンジンから開発され、抗真菌剤として使用されています。エタンブトールは結核菌のアラビノトランスフェラーゼの阻害剤で、結核の治療に使用されます。ルフェヌロンは昆虫のキチン合成の阻害剤で、動物のノミ駆除に使用されます。イミダゾリウムをベースとした合成グリコシルトランスフェラーゼ阻害剤は、抗菌剤や防腐剤として使用するために設計されている。[16]
血液型の決定要因
| グリコシルトランスフェラーゼファミリー6 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | GT6 | ||||||||
| パム | PF03414 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| OPMスーパーファミリー | 199 | ||||||||
| OPMタンパク質 | 2rj6 | ||||||||
| メンブラノーム | 468 | ||||||||
| |||||||||
ABO血液型システムは、体内で発現される糖転移酵素の種類によって決まります。
グリコシルトランスフェラーゼを発現するABO遺伝子座には、A、B、O の 3 つの主な対立遺伝子形式があります。A 対立遺伝子は、α- N-アセチルガラクトサミンをH 抗原の D-ガラクトース末端に結合させて A 抗原を生成する 1-3-N-アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼをコードします。B 対立遺伝子は、α-D-ガラクトースを H 抗原の D-ガラクトース末端に結合させて B 抗原を生成する 1-3-ガラクトシルトランスフェラーゼをコードします。O 対立遺伝子の場合、エクソン 6 に欠失があり、酵素活性が失われます。O 対立遺伝子は、位置 261 のグアニンという 1 つのヌクレオチドが欠失している点で A 対立遺伝子とわずかに異なります。欠失によってフレームシフトが発生し、酵素活性のないほぼ完全に異なるタンパク質が翻訳されます。この結果、O グループの場合、H 抗原は変化しません。
各人に存在する両方の対立遺伝子によるグリコシルトランスフェラーゼの組み合わせによって、血液型が AB 型、A 型、B 型、または O 型になるかどうかが決まります。
用途
グリコシルトランスフェラーゼは、特定の複合糖質の標的合成だけでなく、創薬および医薬品開発の文脈における薬物、生物学的プローブまたは天然物の異なるグリコシル化ライブラリーの合成（グリコランダム化と呼ばれるプロセス）の両方に広く使用されています。[17]適切な酵素は、天然源から単離することも、組み換えによって生成することもできます。代替として、内因性グリコシル供与体を使用する全細胞ベースのシステム、またはグリコシル供与体の合成のためのクローン化および発現システムを含む細胞ベースのシステムが開発されています。無細胞アプローチでは、複合糖質合成のためのグリコシルトランスフェラーゼの大規模な適用には、大量のグリコシル供与体へのアクセスが必要でした。反対に、放出されたヌクレオチドからグリコシル供与体を再合成できるヌクレオチドリサイクルシステムが開発されました。ヌクレオチドのリサイクル手法には、副産物として形成されるヌクレオチドの量を減らすというさらなる利点があり、それによって、ヌクレオチド副産物によく見られる特徴である、対象のグリコシルトランスフェラーゼに対する阻害の量を減らすことができます。
参照
参考文献
- ^ Williams, GJ; Thorson, JS (2009). 「天然物グリコシルトランスフェラーゼ：特性と応用」。酵素学の進歩。酵素学および分子生物学の関連分野の進歩。第 76 巻。pp. 55–119。doi : 10.1002/ 9780470392881.ch2。ISBN 9780470392881. PMID 18990828。
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- ^ Zhang, C; Albermann, C; Fu , X; Thorson, JS (2006 年 12 月 27 日)。「反復アベルメクチングリコシルトランスフェラーゼ AveBI の in vitro 特性評価により、反応の可逆性と糖ヌクレオチドの柔軟性が明らかになった」。Journal of the American Chemical Society。128 (51): 16420–1。doi :10.1021/ja065950k。PMID 17177349 。
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