ミリストイル化

ミリストイル化は、ミリスチン酸に由来するミリストイル基が、アミド結合によってN末端グリシン残基のα-アミノ基に共有結合する脂質修飾である。^{[1]ミリスチン酸は、} n-テトラデカン酸 という系統名を持つ14炭素飽和脂肪酸（14:0）である。この修飾は、翻訳時または翻訳後に追加される可能性がある。N- ミリストイルトランスフェラーゼ（NMT）は、細胞の細胞質内でミリスチン酸付加反応を触媒する。^[2]この脂質化イベントは、最も一般的なタイプの脂肪酸​​アシル化であり^{[3] 、}動物、植物、真菌、原生動物^[4]、ウイルスなど、多くの生物に存在している。ミリストイル化は弱いタンパク質間相互作用およびタンパク質-脂質相互作用を可能にし^{[5] 、膜標的化、}タンパク質間相互作用において重要な役割を果たし、さまざまなシグナル伝達経路で広く機能します。

1982年、コイティ・ティタニの研究室は、牛の環状AMP依存性タンパク質キナーゼの触媒サブユニット上の「 N末端ブロッキング基」をn-テトラデカノイルと特定した。^[6]ほぼ同時に、クロード・B・クレーの研究室では、この同じN末端ブロッキング基がミリスチン酸としてさらに特徴付けられました。^{[7]両研究室は、}質量分析法とガスクロマトグラフィー という同様の技術を使用してこの発見をしました。^{[6] [7]}

N-ミリストイルトランスフェラーゼ（NMT）またはグリシルペプチドN-テトラデカノイルトランスフェラーゼは、タンパク質のN末端または内部のグリシン残基にミリストイル基を不可逆的に付加する酵素です。この修飾は翻訳時または翻訳後に起こります。脊椎動物では、この修飾はNMT1とNMT2という2つのNMTによって行われ、どちらもGCN5アセチルトランスフェラーゼスーパーファミリーのメンバーです。^[8]

NMTの結晶構造は、それぞれ独自のミリストイルCoA結合部位を持つ2つの同一のサブユニットを明らかにしている。各サブユニットは、αヘリックスに囲まれた大きな鞍型βシートで構成されています。折り畳みの対称性は擬似二重です。^{[説明が必要]ミリストイルCoAは}N末端部分に結合し、C末端はタンパク質に結合します。^[9]

ミリストイル基の付加は求核付加脱離反応によって進行する。まず、ミリストイル補酵素A（CoA）がNMTの結合ポケット内に配置され、カルボニルが2つのアミノ酸残基、フェニルアラニン170とロイシン171に面する^。[9]これによりカルボニルが分極し、炭素に正味の正電荷が生じ、修飾されるタンパク質のグリシン残基による求核攻撃を受けやすくなる。ミリストイルCoAが結合すると、NMTはペプチドの結合を可能にするために再配向する。次に、NMTのC末端が一般塩基として作用してNH ₃ ^+を脱プロトン化し、アミノ基を活性化してミリストイルCoAのカルボニル基を攻撃する。結果として生じる四面体中間体は、正に帯電したオキシアニオンホールと負に帯電したアルコキシドアニオンとの相互作用によって安定化される。その後、遊離CoAが放出され、酵素の構造変化を引き起こし、ミリストイル化ペプチドの放出を可能にします。^[2]

翻訳時および翻訳後の共有結合修飾により、タンパク質は細胞機能においてより複雑なレベルにまで発達し、プロテオームにさらなる多様性を加えることができる。^[10]タンパク質へのミリストイルCoAの付加は、タンパク質の翻訳中または翻訳後に起こり得る。ミリストイル基の翻訳時付加中、N末端グリシンは、新たに形成され成長するポリペプチドのN末端メチオニン残基の切断後に修飾される。^[1]翻訳後ミリストイル化は通常、カスパーゼ切断イベント後に起こり、その結果、内部のグリシン残基が露出し、ミリスチン酸の付加に利用できるようになる。^[8]

ミリストイル化はタンパク質の機能を多様化するだけでなく、タンパク質に制御層を追加します。ミリストイル基の最も一般的な機能の 1 つは、修飾されたタンパク質の膜結合と細胞局在です。ミリストイル基はタンパク質の末端に付加されますが、溶媒にさらされるのではなく、タンパク質の疎水性領域内に隔離されている場合もあります。 ^{[5]ミリストイル基の配向を調節することで、これらのプロセスを高度に調整し、厳密に制御できます。したがって、ミリストイル化は「}分子スイッチ」の一種です。^[13]

疎水性ミリストイル基と「塩基性パッチ」（タンパク質上の高陽性領域）の両方が、ミリストイル静電スイッチの特徴です。塩基性パッチにより、膜の負に帯電したリン脂質ヘッドと結合タンパク質の陽性表面との間で好ましい静電相互作用が発生します。これにより、タンパク質のより緊密な結合と方向付けられた局在が可能になります。^[5]

ミリストイル構造スイッチにはいくつかの形態がある。ミリストイル基が隔離されたミリストイル化タンパク質にリガンドが結合すると、タンパク質の構造変化が起こり、ミリストイル基が露出する。同様に、一部のミリストイル化タンパク質は、指定されたリガンドではなく、細胞内のグアニンヌクレオチド交換因子によるGDPとGTPの交換によって活性化される。ミリストイル化タンパク質に GTP が結合すると、タンパク質は活性化され、ミリストイル基が露出する。これらの構造スイッチは、細胞内局在、膜タンパク質、タンパク質間相互作用のシグナルとして利用できる。^{[5] [13] [14]}

N-ミリストイル化タンパク質をさらに修飾すると、ミリストイル化タンパク質の別のレベルの制御を追加できます。二重アシル化により、より厳密に制御されたタンパク質の局在が促進され、具体的にはタンパク質を膜の脂質ラフトに標的化したり^[15]、ミリストイル化タンパク質を膜から解離させたりすることができます。

ミリストイル化とパルミトイル化は、一般的に共役した修飾です。ミリストイル化のみでも、一時的な膜相互作用を促進することができます^[5]。これにより、タンパク質は膜に固定されますが、簡単に解離します。さらにパルミトイル化を行うと、細胞が必要とするときに、より強固に固定され、膜からよりゆっくりと解離します。この特定の二重修飾は、Gタンパク質共役受容体経路にとって重要であり、二重脂肪酸アシル化スイッチと呼ばれています。^{[5] [8]}

ミリストイル化の後には、しばしば近くの残基のリン酸化が起こります。同じタンパク質のさらなるリン酸化は、ミリストイル化されたタンパク質の膜に対する静電親和性を低下させ、膜から解離した後にそのタンパク質を細胞質へ転座させます。 ^[5]

ミリストイル化は、植物の環境ストレスへの応答において、膜標的化とシグナル伝達において重要な役割を果たしている^[16] 。さらに、Gタンパク質を介したシグナル伝達では、αサブユニットのパルミトイル化、γサブユニットのプレニル化、およびミリストイル化が、Gタンパク質が受容体と相互作用できるように、Gタンパク質を細胞膜の内側表面に固定するのに関与している。^[17]

ミリストイル化は、アポトーシス、つまりプログラム細胞死の不可欠な部分です。アポトーシスは細胞の恒常性維持に必要であり、細胞が低酸素症やDNA 損傷などのストレスを受けているときに発生します。アポトーシスは、ミトコンドリアまたは受容体を介した活性化によって進行します。受容体を介したアポトーシスでは、細胞がデスレセプターに結合するとアポトーシス経路がトリガーされます。そのような場合の 1 つとして、デスレセプターの結合により、死を誘導するシグナル伝達複合体の形成が開始されます。この複合体は、カスパーゼ 3などの複数のカスパーゼを含む多数のタンパク質で構成されています。カスパーゼ 3 は、その後 NMT によってミリストイル化される多数のタンパク質を切断します。プロアポトーシス BH3 相互作用ドメインデスアゴニスト (Bid)は、ミリストイル化されるとミトコンドリアに移行し、そこでシトクロム cの放出を促して細胞死を引き起こす、そのようなタンパク質の 1 つです。^[8] アクチン、ゲルゾリン、p21活性化キナーゼ2PAK2は、カスパーゼ3による切断後にミリストイル化される他の3つのタンパク質であり、アポトーシスのアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションにつながります。^[8]

c-Src は、正常な有糸分裂周期に重要なタンパク質であるプロトオンコゲンチロシンタンパク質キナーゼ Src をコードする遺伝子です。このタンパク質はリン酸化および脱リン酸化されてシグナル伝達をオン/オフにします。プロトオンコゲンチロシンタンパク質キナーゼ Src は、下流の他の標的をリン酸化するために細胞膜に局在する必要があります。この膜標的化イベントはミリストイル化によって行われます。c -Srcのミリストイル化の増加は細胞増殖の促進につながり、正常細胞をがん細胞に変える原因となります。 ^{[5] [14] [18]} c-Srcの活性化は、血管新生、増殖、浸潤の上方制御など、いわゆる「がんの特徴」。 ^[19]

HIV-1はレトロウイルスであり、その構造タンパク質の1つをミリストイル化することでゲノムをうまくパッケージ化し、新しい感染性粒子に組み立てて成熟します。ウイルスマトリックスタンパク質、つまりgagポリタンパク質のN末端側のドメインはミリストイル化されています。^[20]このミリストイル化修飾はgagを宿主細胞の膜に標的とします。ミリストイル静電スイッチ^[13]を利用して、マトリックスタンパク質上の基本的なパッチを含め、gagはウイルスの組み立て、出芽、さらなる成熟のために細胞膜の脂質ラフトに組み立てることができます。^[18] ウイルスの感染性を防ぐために、マトリックスタンパク質のミリストイル化は優れた薬剤ターゲットになる可能性があります。

特定のNMTは、細菌感染症に対する薬の開発における治療ターゲットです。ミリストイル化は、C. albicansやC. neoformansなど、多くの病原性真菌の生存に必要であることが示されている。原核細菌に加えて、多くの病原性真核生物のNMTも薬のターゲットとして特定されている。原生動物のLeishmania majorおよびLeishmania donovani（リーシュマニア症）、Trypanosoma brucei（アフリカ睡眠病）、およびP. falciparum（マラリア）における適切なNMT機能は、寄生虫の生存に必要である。これらの生物の阻害剤が現在調査中である。T . bruceiに選択的に結合し、ペプチド結合部位を競合することで酵素活性を阻害し、アフリカ睡眠病のマウスの血流から寄生虫を排除するピラゾールスルホンアミド阻害剤が特定されている。^[8]

• アシル化
• プレニル化
• パルミトイル化
• パルミトレオイル化
• グリコホスファチジルイノシトール

• MYR 予測子
• PlantsP: 植物特有のミリストイル化予測ツール
• ExPASy ミリストイル化ツール