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分子生物学において、パルミトイル化とは、パルミチン酸などの脂肪酸が、タンパク質のシステイン残基（S-パルミトイル化）および、頻度は低いもののセリンおよびトレオニン残基（O-パルミトイル化）に共有結合することであり、これらのタンパク質は通常、膜タンパク質である。[ 2 ]パルミトイル化の正確な機能は、対象となる特定のタンパク質によって異なる。パルミトイル化はタンパク質の疎水性を高め、膜への結合に寄与する。パルミトイル化は、膜コンパートメント間のタンパク質の細胞内輸送[ 3 ]や、タンパク質間相互作用の調節[ 4 ]においても重要な役割を果たしているようである。
プレニル化やミリストイル化とは対照的に、パルミトイル化は通常可逆的である（パルミチン酸とタンパク質の結合はチオエステル結合であることが多いため）。哺乳類細胞における逆反応は、細胞質内のアシルタンパク質チオエステラーゼ（APT）とリソソーム内のパルミトイルタンパク質チオエステラーゼによって触媒される。パルミトイル化は動的な翻訳後修飾であるため、細胞はタンパク質の細胞内局在、タンパク質間相互作用、または結合能を変化させるためにこの修飾を利用していると考えられている。
パルミトイル化を受けるタンパク質の例としては、インフルエンザウイルスが宿主細胞受容体に結合するために使用する膜糖タンパク質であるヘマグルチニンが挙げられる。 [ 5 ]過去数年間で、H-Ras、Gsα、β2アドレナリン受容体、内皮型一酸化窒素合成酵素（eNOS）など、さまざまな酵素のパルミトイル化サイクルが解明されている。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、ミリストイル化が、Gタンパク質を細胞膜の内表面に繋ぎ止め、Gタンパク質が受容体と相互作用できるようにするために関与している。[ 6 ]
S-パルミトイル化は一般的にDHHCドメインを持つタンパク質によって行われます。非酵素反応には例外があります。アシルタンパク質チオエステラーゼ（APT）は逆反応を触媒します。[ 7 ]ステアリン酸（C18:0）やオレイン酸（C18:1）などの他のアシル基も頻繁に受け入れられ、特に植物タンパク質やウイルスタンパク質で多く見られるため、S-アシル化という名称の方がより有用です。[ 8 ] [ 9 ]
DHHCドメインのいくつかの構造は、X線結晶構造解析によって決定されている。このドメインは、直線状に配置されたAsp153、His154、およびCys156の触媒三残基を含んでいる。このドメインはピンポン機構で動作し、システインがアシルCoAを攻撃してS-アシル化DHHCを形成し、その後アシル基が基質に転移される。DHHR酵素も存在し、DHHR（および一部のDHHC酵素）は代わりに三元複合体機構を使用する可能性がある。[ 10 ]
DHHCによるS-パルミトイル化の阻害剤は2-ブロモパルミテート（2-BP）である。2-BPは非特異的阻害剤であり、他の多くの脂質処理酵素も阻害する。[ 7 ]
15件の研究のメタ分析により、パルミトイル化された哺乳類タンパク質約2,000種がまとめられました。パルミトイル化タンパク質群は、がんや神経系の疾患との関連性が最も高いことが示されています。シナプスタンパク質の約40%がパルミトイル化タンパク質群に含まれていることが分かりました。[ 11 ]
パルミトイル化は、タンパク質の脂質ラフトへの親和性を媒介し、タンパク質のクラスター形成を促進する。[ 12 ]クラスター形成は、2つの分子の近接性を高めることができる。あるいは、クラスター形成は、タンパク質を基質から隔離することができる。例えば、ホスホリパーゼD（PLD）のパルミトイル化は、酵素を基質であるホスファチジルコリンから隔離する。コレステロールレベルが低下したり、PIP2レベルが増加したりすると、パルミチン酸を介した局在化が阻害され、酵素はPIP2に輸送され、そこで基質と遭遇し、基質提示によって活性化される。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
パルミトイル化は、麻酔の不活性化、カリウムチャネルの誘導、シナプスにおけるGABA A Rの局在化に必要である。麻酔薬は秩序だった脂質中でパルミチン酸と競合し、この放出により膜を介した麻酔の一要素が生じる 。例えば、麻酔チャネルTREK-1は、GM1脂質からの麻酔薬の置換によって活性化される。[ 16 ]パルミトイル化部位は、プレニル化よりもパルミチン酸に特異的である。しかし、麻酔薬は非特異的に競合しているように見える。麻酔薬とパルミチン酸のこの非選択的な競合が、マイヤー・オーバートン相関を生じさせていると考えられる。
科学者たちは、細胞シグナル伝達経路において特定のタンパク質に長い疎水性鎖を付加することの重要性を認識してきた。その重要性を示す良い例は、シナプスにおけるタンパク質のクラスター形成である。シナプスにおけるタンパク質クラスター形成の主要なメディエーターは、シナプス後密度（95kD）タンパク質PSD-95である。このタンパク質がパルミトイル化されると、膜に局在するようになる。この膜への局在化により、シナプス後膜のイオンチャネルに結合してクラスターを形成できる。また、シナプス前ニューロンでは、SNAP-25のパルミトイル化により、SNAP-25が細胞膜に分配され[ 17 ]、小胞融合中にSNARE複合体が解離する。これにより、神経伝達物質放出の調節においてパルミトイル化が役割を果たしていることがわかる[ 18 ]。
デルタカテニンのパルミトイル化は、記憶形成に関与するシナプス接着分子、シナプス構造、および受容体局在の活動依存的な変化を調整するようである。[ 19 ]
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