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| グリコシルトランスフェラーゼファミリー 41 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | GT41 | ||||||||
| パム | PF13844 | ||||||||
| カジー | GT41 | ||||||||
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N -グリコシルトランスフェラーゼは原核生物の酵素であり、細胞質内でヌクレオチド結合媒介物を使用して、個々のヘキソースを基質タンパク質のアスパラギン側鎖に事前に組み立てられたオリゴ糖を転移するオリゴ糖転移酵素である通常のN -グリコシル化酵素とは異なります。ただし、両方の酵素ファミリーは、—プロリン以外の任意のアミノ酸—セリンまたはトレオニン(N–x–S/T) という 共通のアミノ酸配列を標的としています。
このような酵素は、細菌Actinobacillus pleuropneumoniae (そのN -グリコシルトランスフェラーゼはこの酵素ファミリーの中で最も研究が進んでいる) やHaemophilus influenzaeで発見されており、後にEscherichia coliなどの他の細菌種でも発見されています。N -グリコシルトランスフェラーゼは通常、細菌細胞が上皮に付着する (病原性細菌の場合)際に関与する接着タンパク質を標的とします。グリコシル化は接着タンパク質の安定性と機能にとって重要です。
歴史と定義
N -グリコシルトランスフェラーゼ活性は、2003年にSt. Gemeらによってインフルエンザ菌で初めて発見され[1]、2010年に新しいタイプのグリコシルトランスフェラーゼとして同定されました。 [2] Actinobacillus pleuropneumoniaeの N -グリコシルトランスフェラーゼは、このファミリーの中で最も研究が進んでいる酵素です。[3] [4]当初、タンパク質のグリコシル化は、 N -グリコシルトランスフェラーゼを含む原核生物でそのようなプロセスが発見される前は、純粋に真核生物のプロセスであると考えられていました[5]。[3]
生化学
N -グリコシルトランスフェラーゼは、単一のヘキソースを標的タンパク質に結合させる珍しいタイプのグリコシルトランスフェラーゼです。 [6] [7] [4]アスパラギンのアミド基などのアミド基の窒素原子に糖を結合するには、窒素の電子がアミドの炭素とともにπ電子系で非局在化するため、酵素が必要です。活性化にはいくつかのメカニズムが提案されています。これらの中には、アミドの脱プロトン化、基質セクオンのヒドロキシル基とアミドとの相互作用[9] [10]（グリコシル化速度はセクオンの2番目のアミノ酸の塩基性度とともに増加するという事実によって裏付けられる理論[11] ）、および酵素内の酸性アミノ酸とアミド基の各水素原子との2つの相互作用があります。このメカニズムは、グリコシル化プロセスに関するX線構造と生化学的情報によって裏付けられています。この相互作用により非局在化が破壊され、窒素の電子が糖基質に対して求核攻撃を行うことができるようになる。 [8]
Actinobacillus pleuropneumoniae [12]およびHaemophilus influenzae由来のN -グリコシルトランスフェラーゼは、プロリン以外のアスパラギン-アミノ酸 -セリンまたはスレオニン配列を標的配列として使用します。これはオリゴ糖転移酵素で使用されるのと同じ配列です。 [13] [14] Actinobacillus pleuropneumoniae N -グリコシルトランスフェラーゼおよび他のN -グリコシルトランスフェラーゼの相同体のグルタミン-469 残基は、酵素の選択性に重要です。[15]酵素活性は、セクオン周囲のアミノ酸によってさらに影響を受け、ベータループ構造が特に重要です。[16]少なくともActinobacillus pleuropneumoniaeのN -グリコシルトランスフェラーゼは、基質が存在しない場合でも糖ヌクレオチドを加水分解することができ、 [17]グリコシルトランスフェラーゼで頻繁に観察されるパターンであり、[18]一部のN -グリコシルトランスフェラーゼは、タンパク質結合ヘキソースの酸素原子に追加のヘキソースを結合することができます。 [7] Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1CによるN -グリコシル化には金属は必要ありません。 [12] これは、他のGT41ファミリーグリコシルトランスフェラーゼでの観察と一致しており[19]、オリゴ糖転移酵素とは区別されます。[12]
分類
構造的には、N -グリコシルトランスフェラーゼはGT41ファミリーのグリコシルトランスフェラーゼに属し、核、ミトコンドリア、細胞質のさまざまな標的を持つ真核生物酵素であるタンパク質O -GlcNAcトランスフェラーゼに似ています。 [8]通常のN結合オリゴ糖転移酵素は、異なるタンパク質ファミリーであるSTT3に属します。[20]インフルエンザ菌のN -グリコシルトランスフェラーゼは、グルタチオンS -トランスフェラーゼおよびグリコーゲン合成酵素と相同性のあるドメインを持っています。[21]
N-グリコシルトランスフェラーゼは2つの機能クラスに分類され、第1クラス（例えば、いくつかのエルシニア、大腸菌、ブルクホルデリア属）は三量体オートトランスポーター接着因子に結合しており、第2クラスはリボソームおよび炭水化物代謝関連タンパク質にゲノム的に結合した酵素を有する（例えば、アクチノバチルス・プルロニューモニアエ、ヘモフィルス・デュクレイ、キングエラ・キングエ）。[22]
機能
N結合型糖化は、特に真核生物では重要なプロセスであり、全タンパク質の半分以上にN結合型糖が結合しており[13]、最も一般的な糖化の形態である。[23]このプロセスは原核生物[13]や古細菌[24 ]でも重要である。例えば動物では、小胞体でのタンパク質処理や免疫系のいくつかの機能が糖化に依存している。[9] [b]
N -グリコシルトランスフェラーゼの主な基質はアドヘシンである。[8]アドヘシンは表面に定着するために使用されるタンパク質であり、病原細菌の場合は粘膜表面であることが多い。 [27 ] N -グリコシルトランスフェラーゼのホモログは、エルシニアやその他のパスツレラ科細菌などの病原性 ガンマプロテオバクテリアで発見されている。[28]これらのホモログは、アクチノバチルス・プルロニューモニアエの酵素と非常に類似しており、インフルエンザ菌HMW1Aアドヘシンを糖化することができる。[29]
N-グリコシルトランスフェラーゼは、その機能を果たすために脂質キャリアを必要としないことを考えると、新しい糖鎖工学ツールとなる可能性がある。 [30]グリコシル化は多くのタンパク質の機能にとって重要であり、グリコシル化タンパク質の生産は困難な場合がある。[26]糖鎖工学ツールの潜在的な用途には、タンパク質結合多糖類に対するワクチンの作成が含まれる。 [32]
例
- Actinobacillus pleuropneumoniae は、HMW1C と相同なグリコシルトランスフェラーゼを有し、これはHaemophilus influenzae HMW1A タンパク質をNグリコシル化することができる。 [13]天然の基質は、 Actinobacillus pleuropneumoniae [33]の AtaC [34]や他のpasteurellaceaeなど。 [35] Haemophilus influenzae HMW1C 酵素[12]やオリゴ糖転移酵素[30]と同じ標的セクオンを使用し、この配列選択は分子模倣のためであると仮定されている。 [36]さらに、ホモセリン[8]などの、アスパラギンとそれに続くプロリンに対しては不活性である。 [12]一般に、この酵素はセクオンでタンパク質を標的とすることに関しては比較的非特異的である。 [38]グルタミンを利用できるかどうか[37] [12]やヘキソース-ヘキソース結合を行うことができるかどうか[13] [39]については相反する報告があるが、 O -グリコシルトランスフェラーゼとして機能することはできる。 [36] さらに、この酵素はUDP-ガラクトースよりもUDP-グルコースを優先的に利用し[12] 、ペントース、マンノース、 GDP結合糖も利用できるが、 N -アセチルグルコサミンのような置換ヘキソースは利用できない。 [17]その構造と基質結合に関与する部位は解明されている。 [40] N-グリコシルトランスフェラーゼには、タンパク質結合グリカンにグルコースを付加する別のグリコシルトランスフェラーゼが付随しており[41]、2つのグリコシルトランスフェラーゼは、リボソームのメチルチオレーションに関与する3番目のタンパク質とともにオペロンの一部となっている。 [42]
- Aggregatibacter aphrophilusはHMW1Cホモログを発現する。 [43] Aggregatibacter aphrophilusのHMW1Cホモログの基質はEmaAと呼ばれ、オートトランスポータータンパク質である。 [43] Aggregatibacter aphrophilusのグリコシルトランスフェラーゼは細菌が上皮に接着するために重要である。 [44]
- インフルエンザ菌（呼吸器病原体[7]）では、 N -グリコシルトランスフェラーゼHMW1Cが、ヌクレオチドキャリアから取り出したガラクトースとグルコースをHMW1Aアドヘシンに結合させます。このプロセスは、HMW1Aタンパク質の安定性にとって重要です。特に、HMW1Cは、オリゴ糖転移酵素[13]が標的とするのと同じN-X-S/Tセクオンを基質として使用し、すでにタンパク質に結合しているヘキソースにさらにヘキソースを結合させることもできます。[45]糖はUDPキャリアに結合します。[24] [8]酵素自体は細胞質にあり、47のヘキソースをその基質HMW1Aに転移します。[24] [23]ただし、候補となるセクオンがすべて標的になるわけではありません。[31]いくつかの側面では、 N -グリコシル化酵素よりもO -グリコシルトランスフェラーゼに似ており、 [46] Actinobacillus pleuropneumoniae酵素と非常によく似ています。[31]構造的には、ロスマンフォールドに似た2つのサブドメインとAADドメインを持つGT-Bフォールドを特徴としています。 [45]セクオンを含むアミノ酸配列は、インフルエンザ菌のタンパク質では選択されないという証拠がありますが、これはおそらく、N -グリコシルトランスフェラーゼが標的特異的ではなく、セクオンの存在が標的外のタンパク質の有害なグリコシル化をもたらすためです。[47]インフルエンザ菌には、追加のHMW1CホモログHMW2Cがあり、[48]これは、接着因子HMW2とともに同様の基質酵素システムを形成します。[45] HMW1Cのゲノム遺伝子座は、HMW1Aの遺伝子座のすぐ隣にあります。[49]
- 毒素原性 大腸菌は、インフルエンザ菌のHMW1Aと相同性を持つEtpAタンパク質を修飾するためにEtpCと呼ばれるN-グリコシルトランスフェラーゼを使用する。[50] EtpAは腸管上皮への結合を媒介する接着因子として機能し[6]、グリコシル化の失敗は細菌の付着挙動を変化させる。 [22]
- キングエラ・キングエはHMW1Cホモログを発現する。 [43]オートトランスポータータンパク質Knhは、キングエラ・キングエのHMW1Cホモログの基質である。グリコシル化プロセスは、キングエラ・キングエが細菌凝集体を形成し、上皮に結合する能力にとって重要である。 [51]これがないと、接着とKnhタンパク質の発現が損なわれる。 [44]キングエラ・キングエのグリコシル化プロセスは、コンセンサスセクオンに厳密に結合しているわけではない。 [52]
- エルシニア・エンテロコリチカは機能的なN-グリコシルトランスフェラーゼを有する。 [20] [8]また、HMW1Cに類似したタンパク質も有するが、同じ活性を有するかどうかは不明である。 [50]
- 他の相同体は、 Bibersteinia trehalosi、[14] Burkholderia種、Escherichia coli、Haemophilus ducreyi、Mannheimia種、Xanthomonas種、Yersinia pestisおよびYersinia pseudotuberculosisで見つかっています。[6] [1]
注記
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