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| オロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ | |||||||||
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 S. cerevisiaeオロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼが基質に結合した状態。PDBファイル2PS1より。[1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.4.2.10 | ||||||||
| CAS番号 | 9030-25-5 | ||||||||
| 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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オロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ（OPRTase）またはオロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ は、ピリミジン生合成に関与する酵素です。オロチン酸とホスホリボシルピロリン酸からオロチジン5'-一リン酸（OMP）の形成を触媒します。[1]酵母と細菌では、オロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは、タンパク質をコードする独自の遺伝子を持つ独立した酵素ですが、哺乳類やその他の多細胞生物では、触媒機能は二機能性酵素UMP合成酵素（UMPS）のドメインによって実行されます。[2]
生物学的背景
OPRTase はヒトの二機能性複合体UMP 合成酵素の一部であるため、この酵素の機能および安定性は、必ずしも人体の障害に直接関連しているわけではありません。しかし、酵素の 1 つの機能不全が酵素全体の機能不全を引き起こすと考えるのが妥当です。[3] UMP 合成酵素 の欠陥は、低色素性貧血に関連しています。[3]哺乳類では、この二機能性酵素UMPS は、オロト酸をウリジン一リン酸(UMP)に変換します。 [4]オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは、 UMP 合成酵素の N 末端ドメインにあります。このプロセスは複数のステップで行われ、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼが、オロト酸にリボース環を付加する最初のステップを担います。[4]このステップでは、オロト酸は、補基質としてPRPP (ホスホリボシルピロリン酸)を使用してオロチジル酸に変換されます。この反応は、ピロリン酸の加水分解によって引き起こされます。[5]オロチジル酸脱炭酸酵素はUMPSのC末端ドメインに位置し、このオロチジル酸中間体を脱炭酸反応によってウリジン一リン酸（ウリジル酸またはUMPとも呼ばれる）に変換する。[4]これらの2段階は哺乳類では迅速かつ不可逆的である。この二機能性酵素を持たない他のピリミジン栄養要求性生物（通常はそれほど複雑でない生物）では、この反応を行うために2つの別々の酵素が必要となる。 [6]ウリジル酸はRNAの前駆体であるため、オロチジル酸とウリジル酸はどちらも主要なピリミジンヌクレオチドである。ウリジル酸（UMP）はその後、 UMPキナーゼとATPによるリン酸化によってUDPに変換され、次にヌクレオシド二リン酸キナーゼがUDPを可逆的にUTPにリン酸化する。その後、 UTPはシチジン三リン酸合成酵素の触媒によってアミノ化され、 CTPになる。[5]
酵素のメカニズム
オロト酸（オロチン酸）からオロチジル酸への反応は、オロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼと、ヌクレオチド合成によく使われる補 因子であるPRPPによって触媒される。これは、ピロホスホリル基を非常に有利に転移させ、ΔGは-8.3 ± 0.5kcal/molである。[6]この反応では、 2つの主な相互作用がPRPPを引き付けてオロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼを助ける。第一に、オロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは、そのPRPP結合モチーフの隣にアスパラギン酸-アスパラギン酸残基を持ち、これがリボシル2-/3-ヒドロキシル基と相互作用して、結合したリボシル基の炭素1の動きを安定化させる。[6]この安定化は、これらのヒドロキシル基とピロリン酸、水、マグネシウムとの水素結合ネットワークを介して起こる。 [6]第二に、 PRPP結合モチーフのC末端の側鎖はPRPPの5-リン酸と好ましい相互作用を示す。 [6]
B. subtilis では、PRPP はこれら 2 つの部位に K d 33 mM で結合しています。オロト酸が存在すると、ピロリン酸結合親和性が 4 倍に増加し、反応はバースト キネティクスを経て、急速なホスホリボシル転移とその後の生成物の緩やかな放出が起こります。[7]この緩やかな放出は、最初のステップで活性部位を保護するオロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼの溶媒露出ループによるものと考えられています。[7]ループの開口は 2 段階で起こり、ループが 85% の時間で閉じるため、 PRPP の解離は不利で緩やかになります。[8]
3つの重要なピリミジン ヌクレオシドには、ウリジン、シチジン、チミジンがあり、これらは核酸の生合成、炭水化物や脂質の代謝において主要な役割を果たしています。[4]オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼなどのピリミジンホスホリボシルトランスフェラーゼは、 S N 1のような遷移状態を形成することで基質を活性化し、リボシルアノマー炭素領域のMgPP iへの移動を促進します。[9]他のピリミジンホスホリボシルトランスフェラーゼと同様に、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは、触媒に理想的な位置に基を配置するために移動する柔軟なループを持っています。[4]また、反応中はすべてを所定の位置に保持するために多くの水分子を使用します。[6]
酵素の構造
OPRTaseの結晶構造は、様々な科学グループによって何度も解明されています。[1] [10] [11] [12] 細菌では、全体構造は2つのサブユニットの二量体で、それぞれが7つのαヘリックスと10のβストランドで構成され、分子量は23919.13 Daです。[13]オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは、コア部分と柔軟なループを持ち、閉じているときは反応中に溶媒が入り込むのを防ぎます。[1]哺乳類、昆虫、スライムモードなどの他の生物では、これはUMP合成酵素のドメインの1つであり、もう1つはオロチジル酸脱炭酸酵素です。[14] N末端には、結合したオロト酸と相互作用する残基と、活性部位まで伸びて閉じた形の柔軟なループと結合を形成するLys 26を持つ、一対の平行ストランドがあります。[6] オロチン酸とPRPPは、主にオロチン酸へのLys 26、Phe 34、Phe 35の安定化相互作用による水素結合によって活性部位で安定化され、 PRPPへのThr 128、Ala 129、Gly 130、Ala 132、Asp 124、Lys 26、Lys 73の安定化相互作用によって安定化されます。[14] Lys 26が変異すると、オロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは活性と特異性が低下することがよくあります。[6]
疾患の関連性
オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼの欠陥は、数多くの病状に関係していると言われています。UMPSのオロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼドメインの欠陥は、ヒトにおいてオロト酸尿症を引き起こします。これは、ピリミジン代謝の問題から生じるまれな遺伝性代謝疾患です。 [15]これは、巨赤芽球性貧血やオロト酸結晶尿症につながる可能性があり、身体的および精神的障害を伴います。 [15]オロト酸尿症は、1959年に乳児の尿中に過剰なオロト酸が検出された際に初めて報告されました。 [6]個体にオロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ活性の喪失、ひいてはUTP産生の喪失につながる変異がある場合、オロト酸が蓄積し、乳児の尿中で1.5g/日に達することがあります。[6]これは、UTPが健康な個体におけるピリミジン合成経路の正常な最終産物であり、通常は経路を制御しているためです。[6]オロチン酸の蓄積は腎臓での沈殿を引き起こし、最終的には腎不全につながる可能性があります。[6]同様に、ホルスタイン牛では、UMPS欠乏症は常染色体異常によって引き起こされ、胎児の初期の段階での死亡につながります。[16]
オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼは、ホスホリボシル化によって5-フルオロウラシルを5-F-UMPに変換する主要な酵素でもあります。いくつかの科学的研究では、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼが癌の予後に役割を果たす可能性があることが示されています。 [17]たとえば、ある研究では、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼとジヒドロピリミジンデヒドロゲナーゼの遺伝子発現の比率が、フルオロピリミジンベースの化学療法後の転移性大腸癌患者の予後に影響することがわかりました。[17] 5-F-UMPはチミジル酸合成酵素の自殺阻害剤になると考えられており、腫瘍の増殖抑制に重要な役割を果たしています。[17] [18]切除可能な大腸癌患者が経口5-フルオロウラシルで治療された場合、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼのレベルが高い患者は生存結果が有意に良好でした。[18]同様に、オロト酸ホスホリボシルトランスフェラーゼのレベルと活性に基づく予後予測は、膀胱癌と胃癌にも関係していることが示唆されている。[19] [20]
参照
参考文献
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