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| イソクエン酸リアーゼ | |||||||||
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 大腸菌由来イソクエン酸リアーゼのホモ四量体構造。PDB 1IGWに基づく。[1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.3.1 | ||||||||
| CAS番号 | 9045-78-7 | ||||||||
| 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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| イソクエン酸リアーゼファミリー | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | 国際クリケット連盟 | ||||||||
| パム | PF00463 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00145 | ||||||||
| SCOP2 | 1f8m / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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イソクエン酸リアーゼ（EC 4.1.3.1）、またはICLは、グリオキシル酸回路の酵素であり、イソクエン酸をコハク酸とグリオキシル酸に分解する反応を触媒します。[2] [3]リンゴ酸シンターゼとともに、トリカルボン酸回路（TCA回路）の2つの脱炭酸段階を回避し、細菌、真菌、植物によって使用されます。[4]
この酵素クラスの体系名はイソクエン酸グリオキシル酸リアーゼ（コハク酸形成）です。 一般的に使用される他の名称には、イソシトラーゼ、イソシトリターゼ、イソシトラターゼ、トレオ-Ds-イソクエン酸グリオキシル酸リアーゼ、イソクエン酸グリオキシル酸リアーゼなどがあります。 この酵素は、グリオキシル酸およびジカルボキシレートの代謝に関与します。
機構
この酵素はリアーゼファミリーに属し、特に炭素-炭素結合を切断するオキソ酸リアーゼに属します。このファミリーに属する他の酵素には、 1-カルボキシビニルカルボキシホスホネートから3-(ヒドロヒドロキシホスホリル)ピルビン酸二酸化炭素への変換を触媒するカルボキシビニルカルボキシホスホネートホスホリルムターゼ( EC 2.7.8.23)や、ホスフィノトリシントリペプチド抗生物質の生合成に関与するホスホエノールピルビン酸ムターゼ( EC 5.4.2.9)などがあります。
触媒作用の間、イソクエン酸は脱プロトン化され、アルドール分解によりコハク酸とグリオキシル酸が放出される。この反応機構は、炭素-炭素結合が切断されアルデヒドが放出される解糖系におけるアルドラーゼの機構とよく似ている。 [5]
グリオキシル酸回路では、リンゴ酸シンターゼがグリオキシル酸とアセチルCoAの縮合を触媒してリンゴ酸を形成し、回路が継続されます。
ICLは、TCA回路に含まれる酵素であるイソクエン酸脱水素酵素とイソクエン酸の処理を競合します。これらの酵素を通過する流量は、ICLと比較してイソクエン酸に対する親和性がはるかに高いイソクエン酸脱水素酵素のリン酸化によって制御されます。 [ 6]リン酸化によるイソクエン酸脱水素酵素の不活性化は、細菌が2炭素化合物である酢酸 で増殖したときに見られるように、ICLを通過するイソクエン酸のチャネリングの増加につながります。 [6]
酵素の構造
2023年現在、ICLの複数の構造が解明されています。これらには、Pseudomonas aeruginosaの構造 1 つ( PDBアクセッションコード 6G1O)、Fusarium graminearumの構造 1 つ(5E9H)、真菌Aspergillus nidulansの構造 1 つ(1DQU)、Yersinia pestisの構造 1 つ (3LG3)、 Burkholderia pseudomalleiの構造 1 つ(3I4E)、Escherichia coliの構造 1 つ(1IGW)、Magnaporthe oryzaeの構造 2 つ(5E9F および 5E9G)、Brucella melitensisの構造 4 つ(3P0X、3OQ8、3EOL、および 3E5B)、Mycobacterium tuberculosisの構造 11 つ(1F61、1F8I、1F8M、6C4A、6C4C、5DQL、6EDW、6EDZ、6EE1、6XPP、および 8G8K) が含まれます。
ICLは4つの同一鎖から構成されており、活性にはMg 2+またはMn 2+とチオールが必要である。 [4]大腸菌では、Lys-193、Lys-194、Cys-195、His-197、およびHis-356が触媒残基であると考えられており、His-184は四量体酵素の組み立てに関与していると考えられている。[7]
原核生物と真核生物のICL構造の違いは、真核酵素の中心近くに約100個のアミノ酸が追加されていることです。真核生物では、追加されたアミノ酸は、グリオキシソームと呼ばれる単一膜結合型細胞小器官へのICLの局在化に機能すると考えられています。[4] [8] これらの追加アミノ酸が分子量の違いの原因であり、原核生物のICLは48kDaであるのに対し、真核生物のICLは67kDaです。[4]真菌、植物、細菌の酵素の配列間で保存されているシステイン残基は1つだけで、保存されたヘキサペプチドの中央に位置しています。
これまでに特徴づけられたICLのほとんどは、1つのドメイン（触媒ドメイン）のみを含んでいます。しかし、M.tuberculosis ICLのアイソフォーム2では、2つのドメインが見つかりました。[9]構造および速度論的研究を通じて、C末端ドメインは調節ドメインであることがわかりました。これは、アセチルコエンザイムAが結合すると、別のサブユニット（ICL2テトラマーの）の対応するC末端ドメインと二量体を形成し、酵素の触媒活性を活性化します。[9]
M. tuberculosis H37Rv（一般的に使用されている実験室株）では、ICL2をコードする遺伝子が2つのオープンリーディングフレーム（rv1915とrv1916）に分割され、それぞれRv1915（ICL2a）とRv1916（ICL2b）をコードしています。Rv1915（ICL2a）とRv1916（ICL2b）の生物学的機能はほとんど解明されていません。Rv1915とrv1916は当初、疑似遺伝子として特徴付けられました。[10] 2019年のin silico研究では、 Rv1916（ICL2b）が二次代謝物の合成に関与している可能性があると予測されました。[11] in vitro研究では、Rv1915（ICL2a）とRv1916（ICL2b）の両方がイソクエン酸からコハク酸とグリオキシル酸への変換を触媒できる可能性があることが示されました。[11] [12]しかし、最近の構造および生化学的研究では、Rv1916（ICL2b）にはICL活性がないことが示されました。[13]代わりに、この研究では、Rv1916（ICL2b）は、生物学的機能が不明なアセチルCoA結合タンパク質であることが示されました。[13]
アッセイ
ICLの酵素動態と阻害を研究するために、いくつかのアッセイが開発されました。最も頻繁に使用されたアッセイは、化学的または酵素結合紫外可視（UV/vis）分光法を使用して、形成されるグリオキシル酸の量を測定するものでした。たとえば、グリオキシル酸はフェニルヒドラジンと反応してヒドラゾンを形成し、UV/vis分光法で分析できます。[14] あるいは、乳酸脱水素酵素を使用して、乳酸脱水素酵素の補基質であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）の存在下でグリオキシル酸をグリコール酸に還元する触媒として使用できます。反応中、NADHはNAD +に酸化されます。その後、NADH濃度の減少は、染料を使用したUV/vis分光法で測定できます。[10]分光法に加えて、非変性質量分析法や核磁気共鳴（NMR）分光法などの生物物理学的手法もICLの研究に応用されている。[15] [16]
生物学的機能
ICL酵素は、様々な古細菌、細菌、原生生物、植物、真菌、線虫で機能することがわかっています。[17] この遺伝子は線虫と刺胞動物のゲノムで発見されていますが、胎盤哺乳類のゲノムでは発見されていません。[17]
TCA回路からイソクエン酸を転用することで、グリオキシル酸回路のICLとリンゴ酸シンターゼの作用により、2炭素化合物からの炭素の純同化が起こります。[18] したがって、TCA回路では純炭素同化は得られませんが、グリオキシル酸回路では、グルコース（糖新生経由）やその他の生合成産物の合成に使用できる中間体が生成されます。その結果、ICLとリンゴ酸シンターゼを使用する生物は、酢酸由来のアセチルCoA、またはエタノール、脂肪酸、ポリβ-ヒドロキシ酪酸の分解から得られるアセチルCoAから、グルコースとその代謝中間体を合成することができます。[4]この機能は、高等植物が種子油を使用する場合に特に重要です。種子の発芽では、油の分解によりアセチルCoAが生成されます。これはグリオキシル酸回路の基質として機能し、光合成による糖の生産が始まる前の主要な栄養源として機能する中間体を生成します。[8]
M.tuberculosisでは、ICLアイソフォーム1と2はメチルイソクエン酸リアーゼの役割も果たし、メチルイソクエン酸をコハク酸とピルビン酸に変換します。[9] [19]これは、メチルクエン酸回路が奇数鎖脂肪酸上での細菌の生存に重要であるため重要です。[20]
疾患の関連性
ICLはヒト、動物、植物の病原性において重要であることが分かっています。[4] 穀類、キュウリ、メロンなどのいくつかの農作物では、ICLをコードする遺伝子の発現増加が真菌の毒性にとって重要です。[4]たとえば、キャノーラに感染した真菌Leptosphaeria maculansでは、 icl1の遺伝子発現の増加が見られました。icl1遺伝子の不活性化は真菌の病原性の低下につながり、これは真菌が植物から供給される炭素源を利用できない結果であると考えられています。[21]
さらに、グリオキシル酸回路の上方制御は、ヒトを攻撃する病原体でも確認されている。これは、哺乳類の皮膚、口、消化管、腸、膣に生息し、免疫不全患者の全身感染を引き起こす可能性のあるカンジダ・アルビカンスなどの真菌や、結核の主な原因物質である結核菌の場合である。 [ 22 ] [ 23] 後者の場合、ICLは宿主の生存に不可欠であることが判明している。[24]したがって、ICLは現在、結核の治療における阻害ターゲットとなっている。[25]
病原性の真菌や細菌によって利用されるため、ICLとリンゴ酸合成酵素に対する特異的阻害剤が求められている。 [4]イタコン酸、無水イタコン酸、臭化ピルビン酸、ニトロプロピオン酸、シュウ酸、リンゴ酸など の阻害剤がすでに特定されているが、これらは非特異的であり、宿主機能に不可欠な他の酵素も阻害する可能性がある。[4] [26] [27] グリオキシル酸回路の酵素を選択的に標的とする阻害剤を特定するには、さらなる研究が必要である。
参照
参考文献
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さらに読む
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