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| ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 1khb に基づくPDBレンダリング。 | |||||||||||
| 識別子 | |||||||||||
| シンボル | ペプック | ||||||||||
| パム | PF00821 | ||||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||||
| プロサイト | PDOC00421 | ||||||||||
| SCOP2 | 1khf / スコープ / SUPFAM | ||||||||||
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| ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ1（可溶性） | |
|---|---|
 ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ（GTP、細胞質）モノマー、ヒト | |
| 識別子 | |
| シンボル | PCK1 |
| 代替記号 | ペプシクロリン |
| NCBI遺伝子 | 5105 |
| HGNC | 8724 |
| オミム | 261680 |
| 参照シーケンス | NM_002591 |
| その他のデータ | |
| EC番号 | 4.1.1.32 |
| 軌跡 | 第20章 13.31節 |
| ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ2（ミトコンドリア） | |
|---|---|
| 識別子 | |
| シンボル | PCK2 |
| 代替記号 | PEPCK-M、PEPCK2 |
| NCBI遺伝子 | 5106 |
| HGNC | 8725 |
| オミム | 261650 |
| 参照シーケンス | NM_001018073 |
| その他のデータ | |
| EC番号 | 4.1.1.32 |
| 軌跡 | 第14章 12節 |
ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ（EC 4.1.1.32、PEPCK）は、糖新生の代謝経路で使用されるリアーゼファミリーの酵素です。オキサロ酢酸をホスホエノールピルビン酸と二酸化炭素に変換します。[1] [2] [3]
構造
ヒトには、PEPCKの2つのアイソフォーム、細胞質型（SwissProt P35558）とミトコンドリア型（SwissProt Q16822）があり、配列同一性は63.4%です。細胞質型は糖新生に重要です。しかし、特定の膜輸送タンパク質を使用して、ミトコンドリアから細胞質にPEPを移動させる輸送メカニズムが知られています。[4] [5] [6] [7] [8]ミトコンドリア内膜を介したPEP輸送には、ミトコンドリアトリカルボキシレート輸送タンパク質と、それほどではないがアデニンヌクレオチドキャリアが関与しています。PEP/ピルビン酸トランスポーターの可能性も提唱されています。[9]
PEPCKのX線構造は、PEPCK酵素活性の構造とメカニズムについての洞察を提供します。Mn 2+、Mn 2+ -ホスホエノールピルビン酸（PEP）、およびMn 2+ -GDPと複合体を形成したニワトリ肝臓PEPCKのミトコンドリアアイソフォームは、その構造とこの酵素が反応を触媒する方法に関する情報を提供します。[10] Delbaereら（2004）は、大腸菌のPEPCKを分解し、活性部位がC末端ドメインとN末端ドメインの間にあることを発見しました。活性部位は、これらのドメインの回転により閉じることが観察されました。[11]
PEPCKの作用によりリン酸基が転移するが、これはATPがPEPCKに結合した際のリン酸基の重なり合った構造によって促進されると考えられる。 [11]
重なり合った構造はエネルギーが高いため、リン酸基の移動は活性化エネルギーが低下し、基の移動がより容易になります。この移動はSN2置換に似たメカニズムを介して起こると考えられます。[11]
異なる種では
PEPCK 遺伝子の転写は多くの種で発生し、PEPCK のアミノ酸配列は種ごとに異なります。
例えば、その構造と特異性はヒト、大腸菌（E.coli）、寄生虫トリパノソーマ・クルーズでは異なります。[12]
機構
PEPCKase はオキサロ酢酸をホスホエノールピルビン酸と二酸化炭素に変換します。
PEPCKは解糖系とクレブス回路の接合部で作用し、 C 4分子の脱炭酸を引き起こし、C 3分子を生成する。糖新生の最初のステップとして、PEPCKはGTPが存在する場合、オキサロ酢酸（OAA）を脱炭酸およびリン酸化してPEPに変換する。リン酸が転移すると、反応の結果GDP分子が生じる。[10]枯草菌の変異体でピルビン酸キナーゼ（通常PEPをピルビン酸に変換する反応を触媒する酵素）がノックアウトされると、PEPCKは置換補充反応の1つに参加し、通常の機能の逆方向に作用してPEPをOAAに変換する。[13]この反応は可能だが、反応速度が非常に悪いため、変異体は非常にゆっくりと成長するか、まったく成長しない。[13]
関数
糖新生
PEPCK-Cは、グルコースが合成されるプロセスである糖新生の不可逆的な段階を触媒します。そのため、この酵素はグルコースの恒常性維持に不可欠であると考えられており、実験用マウスでPEPCK-Cの過剰発現の結果として2型糖尿病を発症したことが証明されています。 [14]
PEPCK-Cが糖新生において果たす役割はクエン酸回路によって媒介される可能性があり、その活性はPEPCK-Cの量と直接関係していることが判明している。[15]
これまでの研究で示唆されているように、マウスの肝臓における PEPCK-C レベルのみでは糖新生と高い相関関係はありませんでした。[15] マウスの肝臓はほぼ独占的に PEPCK-C を発現していますが、ヒトではミトコンドリアアイソザイム (PEPCK-M) も同様に発現しています。PEPCK-M はそれ自体が糖新生能を持っています。[2]したがって、糖新生における PEPCK-C と PEPCK-M の役割は、これまで考えられていたよりも複雑で、より多くの要因が関与している可能性があります。
動物
動物では、これは糖新生（細胞が代謝前駆物質からグルコースを合成するプロセス）の速度制御ステップです。血糖値は、PEPCK遺伝子発現の正確な制御により、明確に定義された範囲内に維持されます。グルコース恒常性におけるPEPCKの重要性を強調すると、マウスでこの酵素が過剰発現すると、ヒトで圧倒的に最も一般的な糖尿病である2型糖尿病の症状が発生します。血糖恒常性の重要性から、いくつかのホルモンが肝臓でグルコース合成速度を調節する一連の遺伝子（PEPCKを含む）を制御します。
PEPCK-C は、2 つの異なるホルモン機構によって制御されます。副腎皮質からのコルチゾールと膵臓のアルファ細胞からのグルカゴンの両方が分泌されると、PEPCK-C の活性が高まります。グルカゴンは、肝臓の cAMP レベル (アデニル酸シクラーゼの活性化による) を上昇させることで間接的に PEPCK-C の発現を高め、その結果、CREBタンパク質のベータシート上の S133 のリン酸化を引き起こします。次に、CREB は PEPCK-C 遺伝子の上流の CRE (cAMP 応答エレメント) に結合し、PEPCK-C の転写を誘導します。一方、コルチゾールは副腎皮質から放出されると、肝細胞の脂質膜を通過し (疎水性のため、細胞膜を直接通過できます)、グルココルチコイド受容体 (GR) に結合します。この受容体は二量体化し、コルチゾール/GR 複合体は核内に移行し、そこで CREB と同様の方法でグルココルチコイド応答エレメント (GRE) 領域に結合し、同様の結果 (より多くの PEPCK-C の合成) を生み出します。
コルチゾールとグルカゴンを一緒に摂取すると、大きな相乗効果が得られ、コルチゾールやグルカゴンだけでは到達できないレベルまでPEPCK-C遺伝子を活性化します。PEPCK-Cは肝臓、腎臓、脂肪組織に最も多く存在します。[3]
米国環境保護庁（EPA）とニューハンプシャー大学の共同研究では、市販のPBDE混合物であるDE-71がPEPCK酵素動態に及ぼす影響を調査し、環境汚染物質の体内での処理は、おそらくプレグナン異物受容体（PXR）の活性化によって肝臓のグルコースと脂質の代謝を低下させ、全身のインスリン感受性に影響を及ぼす可能性があると判定しました。[16]
ケース・ウェスタン・リザーブ大学の研究者らは、マウスの骨格筋における細胞質PEPCKの過剰発現により、マウスが通常のマウスよりも活動的かつ攻撃的になり、寿命が延びることを発見した。代謝スーパーマウスを参照。
植物
PEPCK ( EC 4.1.1.49) は、 C 4およびCAM植物の無機炭素濃縮機構で使用される 3 つの脱炭酸酵素のうちの 1 つです。他の 2 つは、NADP-リンゴ酸酵素とNAD-リンゴ酸酵素です。[17] [18] C 4炭素固定では、二酸化炭素は最初にホスホエノールピルビン酸と結合して固定され、葉肉でオキサロ酢酸を形成します。PEPCK 型 C 4植物では、オキサロ酢酸は次にアスパラギン酸に変換され、束鞘に運ばれます。束鞘細胞では、アスパラギン酸は再びオキサロ酢酸に変換されます。PEPCK は束鞘のオキサロ酢酸を脱炭酸して二酸化炭素を放出し、これは次に酵素Rubiscoによって固定されます。PEPCK によって生成された二酸化炭素分子ごとに、 ATP分子が消費されます。
PEPCKはC4炭素固定を受ける植物で作用し、その作用は細胞質に局在している。一方、哺乳類ではPEPCKはミトコンドリアで作用することが分かっている。[19]
植物のさまざまな部分に存在しますが、師管領域を含む特定の細胞型でのみ確認されています。[20]
また、キュウリ（Cucumis sativus L.）では、植物の細胞pHを低下させることが知られている複数の効果によってPEPCKレベルが上昇することが発見されているが、これらの効果は植物の部位に特異的である。[20]
植物に低 pH の塩化アンモニウム（高pHではない）または酪酸を散布すると、根と茎の PEPCK レベルが上昇しました。しかし、これらの条件下では葉の PEPCK レベルは上昇しませんでした。
葉では、大気中のCO2含有量が5％になるとPEPCKの存在量が増加する。 [20]
細菌
PEPCKの役割を探るべく、研究者らは組み換えDNAを介して大腸菌内でPEPCKの過剰発現を引き起こした。[21]
結核菌のPEPCKは、サイトカイン活性を増加させることでマウスの免疫系を活性化させることが示されている。[22]
その結果、PEPCKは結核に対する効果的なサブユニットワクチンの開発に適した成分である可能性があることが判明した。[22]
臨床的意義
がんにおける活動
PEPCKは最近まで癌研究で考慮されていませんでした。ヒトの腫瘍サンプルとヒト癌細胞株（乳癌、大腸癌、肺癌細胞）では、PEPCK-CではなくPEPCK-Mが、関連する代謝の役割を果たすのに十分なレベルで発現していることが示されています。[1] [23]そのため、PEPCK-Mは、特に栄養制限やその他のストレス条件下では、癌細胞で役割を果たしている可能性があります。
規制
人間の場合
PEPCK-Cは、その産生と活性化の両面において、多くの因子によって促進される。PEPCK-C遺伝子の転写は、グルカゴン、グルココルチコイド、レチノイン酸、アデノシン3',5'-一リン酸（cAMP ）によって刺激され、インスリンによって阻害される。[24]これらの因子のうち、1型糖尿病の場合に欠乏するホルモンであるインスリンは、多くの刺激要素の転写を阻害するため、優勢であると考えられている。[24] PEPCK活性は硫酸ヒドラジンによっても阻害され、そのため阻害によって糖新生の速度が低下する。[25]
長期にわたるアシドーシスでは、腎近位尿細管刷子縁細胞におけるPEPCK-Cの発現が上昇し、より多くのNH3を分泌してより多くのHCO3-を産生する。[26]
PEPCKのGTP特異的活性は、Mn 2+とMg 2+が存在する場合に最も高くなります。[21]さらに、高反応性システイン（C307）は、Mn 2+の活性部位への結合に関与しています。 [10]
植物
前述のように、植物に低pH塩化アンモニウムを散水するとPEPCKの量が増加したが、高pHではこの効果は見られなかった。[20]
分類
EC 番号4.1.1に分類されます。反応を駆動するエネルギー源によって区別される 3 つの主なタイプがあります。
参考文献
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