Nエンドルール

N末端ルールは、タンパク質のN末端残基を認識することでタンパク質分解の速度を規定するルールである。このルールは、タンパク質のN末端アミノ酸が半減期（特定のポリペプチドの総量の半分が分解されるまでの時間）を決定するとしている。このルールは真核生物と原核生物の両方に適用されるが、強度、ルール、および結果が異なっている。[ ^1]真核細胞では、これらのN末端残基はユビキチンリガーゼによって認識および標的化され、ユビキチン化を媒介してタンパク質を分解対象としてマークする。^{[2]このルールは、1986年に}Alexander Varshavskyと同僚によって最初に発見された。 ^[3] ただし、N末端アミノ酸の修飾は変動性や異常性につながる可能性があり、アミノ酸の影響も生物ごとに異なるため、この「ルール」から推測できるのはタンパク質の半減期の大まかな推定値のみである。デグロンと呼ばれる他の分解シグナルも、シーケンス内に見つかります。

この規則は生物によって動作が異なる場合があります。

N末端残基 - S. cerevisiaeのタンパク質のおおよその半減期^[3]

• Met、Gly、Ala、Ser、Thr、Val、Pro - > 20 時間 (安定化)
• イル、グルタミン酸 - 約30分（安定化）
• Tyr、Gln - 約10分（不安定化）
• Leu、Phe、Asp、Lys - 約3分（不安定化）
• Arg - 約2分（不安定化）

N末端残基 - 哺乳類システムにおけるタンパク質のおおよその半減期^[4]

大腸菌では、N末端の正に帯電した残基や、アルギニン、リジン、ロイシン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンなどの一部の脂肪族および芳香族残基は、半減期が約2分と短く、急速に分解されます。^[5]これらの残基（タンパク質のN末端にある場合）は不安定化残基と呼ばれます。細菌では、不安定化残基はさらに、一次不安定化残基（ロイシン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン）または二次不安定化残基（アルギニン、リジン、特殊な場合にはメチオニン^{[6] ）として定義できます。二次不安定化残基は、ロイシル/フェニルアラニルtRNAタンパク質転移}酵素によって一次不安定化残基が付加されることによって修飾されます。^{[5] [6]タンパク質のN末端に位置する他のすべてのアミノ酸は}安定化残基と呼ばれ、半減期は10時間以上です。^[5] N末端の主要な不安定化残基を持つタンパク質は、細菌のN認識（認識成分）ClpSによって特異的に認識されます。^{[7] [8]} ClpSはATP依存性AAA +プロテアーゼClpAPの特異的アダプタータンパク質であるため、ClpSはNデグロン基質をClpAPに渡して分解します。

問題を複雑にしているのは、細菌タンパク質の最初の残基が通常 N 末端ホルミルメチオニン(f-Met) で発現されることです。このメチオニンのホルミル基はすぐに除去され、その後メチオニン自体がメチオニルアミノペプチダーゼによって除去されます。メチオニンの除去は、2 番目の残基が小さく電荷を帯びていない場合 (アラニンなど) はより効率的ですが、アルギニンのようにかさばって電荷を帯びている場合は非効率的です。f-Met が除去されると、2 番目の残基は N 末端残基になり、N 末端ルールの対象となります。そのため、2 番目の残基がロイシンなどの中程度の側鎖を持つ残基は、半減期が短くなる可能性があります。^[9]

N末端ルールが植物細胞の葉緑体細胞小器官でも機能する可能性がある理由はいくつかある。^[10]最初の証拠は、葉緑体が光をエネルギーに変換できる光合成生物であるシアノバクテリアに由来するという考えを含む細胞内共生理論である。 ^{[11] [12]葉緑体は、光合成能力など、細菌といくつかの特徴を共有しているため、}真核細胞とシアノバクテリアの細胞内共生から葉緑体が発達したと考えられている。^{[11] [12]}細菌のN末端ルールはすでに十分に文書化されており、アダプタータンパク質ClpSとClpA/Pシャペロンおよびプロテアーゼコアで構成されるClpプロテアーゼシステムが関与している。^{[5] [7] [13]}同様のClpシステムが葉緑体ストローマにも存在し、N末端ルールが葉緑体と細菌で同様に機能する可能性があることを示唆している。^{[10] [14]}

さらに、2013 年にシロイヌナズナで行われた研究では、細菌のClpS 認識タンパク質のプラスチド相同タンパク質である可能性のある ClpS1 が明らかになりました。^[15] ClpS は細菌のアダプタータンパク質で、タンパク質基質をその N 末端残基を介して認識し、プロテアーゼ コアに運んで分解します。^{[7]この研究では、ClpS1 は ClpS と機能的に類似しており、細菌の ClpS1 と同様に特定の N 末端残基 (}デグロン)を介して基質認識の役割を果たしていることが示唆されています。 ^{[15]認識されると、ClpS1 はこれらの基質タンパク質に結合し、プロテアーゼ コア機構の ClpC}シャペロンに運んで分解を開始すると想定されています。 ^[15]

別の研究では、シロイヌナズナの ストロマタンパク質を分析し、特定のN末端残基の相対的存在量を決定しました。^[16]この研究では、アラニン、セリン、スレオニン、バリンが最も豊富なN末端残基である一方、ロイシン、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシン（すべて細菌の分解の引き金となる）はほとんど検出されない残基であることが明らかになりました。^[16]

さらに、ClpS1とN末端残基を用いた親和性アッセイを実施し、ClpS1が実際に特異的結合パートナーを持つかどうかを調べた。^[17]この研究により、フェニルアラニンとトリプトファンがClpS1に特異的に結合し、葉緑体中のN-デグロンの主な候補となることが明らかになった。^[17]

N末端ルールが葉緑体でも機能するかどうかを確認するためのさらなる研究が現在行われている。^{[10] [17]}

アピコプラストは、トキソプラズマ・ゴンディ、熱帯熱マラリア原虫、その他のマラリア原虫（マラリアを引き起こす寄生虫）を含むほとんどのアピコンプレックス亜綱に見られる派生した非光合成性 プラスチドです。植物と同様に、熱帯熱マラリア原虫を含むいくつかのアピコンプレックス亜綱には、細菌のClpS N認識の潜在的な相同体を含む、アピコプラスト局在Clpプロテアーゼに必要なすべての必須成分^{[18] [19]}が含まれています。^{[20] [21]}試験管内データでは、Plasmodium falciparum ClpSは、細菌の典型的な一次不安定化残基（ロイシン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン） だけでなく、N末端イソロイシンも認識し、細菌の対応物と比較して幅広い特異性を示すことが実証されている。^[21]