膵臓エラスターゼ

膵臓エラスターゼは、膵臓の腺房細胞で生成されるエラスターゼの一種で、最初は不活性な酵素前駆体として生成され、後に十二指腸でトリプシンによって活性化されます。エラスターゼはセリンプロテアーゼのサブファミリーを形成し、臓器をまとめる結合組織の一種であるエラスチンに加えて、多くのタンパク質間でアミドとエステルを加水分解する活性部位で収束する2つのベータバレルドメインからなる独特の構造を特徴とします。膵臓エラスターゼ1はセリンエンドペプチダーゼであり、活性部位にアミノ酸セリンを持つ特定のタイプのプロテアーゼです。推奨される名前は膵臓エラスターゼですが、エラスターゼ-1、パンクレアトペプチダーゼ、PE、またはセリンエラスターゼと呼ばれることもあります。

最初のアイソザイムである膵エラスターゼ 1 は、当初は膵臓で発現していると考えられていました。しかし、後に膵臓で発現していない唯一のキモトリプシン様エラスターゼであることが判明しました。実際、膵エラスターゼは表皮の基底層で発現しています (タンパク質レベル)。そのため、膵エラスターゼ 1 はエラスターゼ 1 (ELA1) またはキモトリプシン様エラスターゼ ファミリー メンバー 1 ( CELA1 )と改名されました。 ^[1]一時期、ELA1 / CELA1 はタンパク質に転写されないと考えられていました。 ^{[2]しかし、後に皮膚}ケラチノサイト で発現していることが発見されました。^[3]

膵臓や糞便中のヒトエラスターゼ1活性を記述する臨床文献は、実際にはキモトリプシン様エラスターゼファミリーのメンバー3B（CELA3B）に言及している。^[1]

膵エラスターゼは疎水性コアを持つコンパクトな球状タンパク質である。この酵素は3つのサブユニットから構成され、各サブユニットは1つのカルシウムイオン（補因子）に結合します。アミノ酸77、82、87には3つの重要な金属結合部位があります。 ^[4]活性部位にある触媒トライアドは、3つの水素結合アミノ酸残基（H71、D119、S214）から構成され、すべてのプロテアーゼの切断能力に重要な役割を果たしています。240アミノ酸の単一ペプチド鎖で構成され、4つのジスルフィド結合を含みます。ラットなどの他の種に対応する膵エラスターゼと高い配列同一性を持ち、その配列の86％を共有しています。^[5]その酵素活性は、その単一のポリペプチド鎖が採用する特定の三次元構造の結果であり、したがって、変性および/または構造変化によって活性が失われます。^[要出典]

皮膚由来エラスターゼ阻害剤であるエラフィンは、ELA1 のブタ相同体とヒト白血球エラスターゼの両方に対して、in vitro で強力かつ特異的な阻害剤であることが示されています。エラフィンは、乾癬や創傷治癒などの過剰増殖状態にある表皮ケラチノサイトで発現します。また、舌、舌板、舌扁桃、歯肉、咽頭、喉頭蓋、声帯、食道、子宮頸部、膣、毛包など、環境刺激にさらされる他の多くの成人上皮に存在することも報告されています。これらすべての組織では、炎症細胞の存在は生理的であり、エラフィンの発現は白血球プロテアーゼから保護し、上皮の完全性を維持するのに役立つと考えられています。^{[引用が必要]}

対照的に、エラフィンはいかなる種類の上皮組織の基底層にも発見されたことはありません。実際、エラフィンは正常なヒトの表皮にはほとんど存在しません。しかし、もう 1 つの既知のエラスターゼ阻害剤であるSLPI は、基底ケラチノサイトで発現することが報告されており、これが正常な表皮における主要なエラスターゼ阻害剤である可能性を示唆しています。^{[引用が必要]}

アルファ 1 アンチトリプシンとアルファ 2 マクログロブリンは、膵臓エラスターゼ 1 と 2 の一般的なタンパク質分解活性を完全に阻害するヒト血清プロテアーゼ阻害剤です。プロテアーゼは、これら 2 つの阻害剤に結合するために活性でなければならないことが観察されています。研究により、エラスターゼ 2 の活性は 25～250 mM NaCl で強化されることが証明されました。NaCl 中のエラスターゼ 2 の活性は、NaCl なしの活性の約 2 倍に近づきました。エラスターゼ 1 は、150 mM NaCl を超えるとわずかに阻害されます^[6]

CELA1遺伝子の変異は、びまん性非表皮剥離性掌蹠角化症（びまん性NEPPK）と関連しているのではないかと疑われていた。 ^{[3]しかし、疑われた配列変異は完全に機能しており、この疾患と強く関連しているわけではなかった。最近では、} KRT6C遺伝子の特定の変異がびまん性NEPPKのいくつかの症例と関連していることがわかった。^[7]

このタンパク質をコードする CELA1 遺伝子の多型性が発見されました。二次構造レベルでは、この多型性は CELA1 の短い配列の切除として現れます。消失した配列には、エラスターゼ I の基質特異性に寄与する重要なアミノ酸残基 Val-227 と Thr-239 (図 3 で強調表示) のほか、エラフィン(阻害剤)/エラスターゼ複合体形成の一次接触に関与する 8 つのアミノ酸のうち 5 つが含まれています。これらの観察結果は、配列変異が酵素の基質特異性を変更し、阻害剤結合能力を消失させる可能性があることを示唆しています。短縮された ELA1 変異体に関連する明らかな病原性表皮異常はありませんでしたが、多型のキャリアは乾癬や湿疹などの一般的な皮膚疾患を発症するリスクが高い可能性があります (これらの一般的な表皮疾患における ELA1 の役割を調査するには、遺伝学的および組織学的研究が必要です)。^[3]

膵臓エラスターゼは、哺乳類の膵臓由来のプロエラスターゼがトリプシンによって活性化されて生成されます。プロエラスターゼに処理された後、酵素前駆体顆粒に蓄えられ、その後、不活性型の前駆体分子のペプチド結合がトリプシンによって切断され、十二指腸でエラスターゼに活性化されます。 ^[8]このプロセスにより、N末端から活性化ペプチドが除去され、酵素が本来の立体構造をとることができるようになります。^[要出典]

人間には、構造的に類似したタンパク質をコードする 5 つのキモトリプシン様エラスターゼ遺伝子があります。

Asn79とAsn233でのグリコシル化。 ^[9]

膵エラスターゼ1をコードする遺伝子はCELA1（同義語：ELA1）です。膵エラスターゼ1は、12番染色体上の単一の遺伝子座によってコードされています。ヒト膵エラスターゼ1の研究では、このセリンプロテアーゼが染色体領域12q13にマッピングされ^{[10] 、常染色体優性皮膚疾患である}びまん性非表皮剥離性掌蹠角化症の遺伝子座に近いことが示されています。^[3]

エラスターゼが引き起こす加水分解は、いくつかの段階で起こります。まず、エラスターゼとその基質との間で複合体が形成され、カルボニル炭素が求核性セリンの近くに位置し、続いて求核攻撃によりアシル酵素中間体が形成され（カルボニル酸素の二重結合から電子対が酸素に移動する）、最初の生成物が放出されます。次に、中間体は脱アシル化段階で加水分解され、活性酵素が再生され、2番目の生成物（電子不足のカルボニル炭素が酸素と二重結合を再形成し、ペプチドのC末端が放出される）が放出されます。グリシン、バリン、ロイシン、イソロイシン、アラニンなどの小さな疎水性側鎖を持つアミノ酸残基のカルボニル末端のペプチド結合を優先的に切断します。エラスターゼの非芳香族非荷電側鎖に対する幅広い特異性は、天然エラスチンを分解する能力を説明できます。^[11]

ヒト膵エラスターゼ1（E1）は腸管通過中に分解されないため、糞便中の濃度は膵外分泌機能を反映します。膵臓の炎症では、E1が血流中に放出されます。したがって、血清中の膵エラスターゼ1を定量化することで、急性膵炎の診断または除外が可能になります。^[12]

主な適応症：

• 慢性膵炎、嚢胞性線維症、糖尿病、胆石症、発育不全、膵臓癌、乳頭狭窄などによる外分泌膵機能不全の診断と除外
• 軽度または中等度の膵機能不全患者のフォローアップモニタリング
• 胃腸症状、腹痛、骨粗鬆症などの膵臓疾患の診断と除外。^[13]

検出方法:

• ヒト膵臓エラスターゼ1に非常に特異的な2つのモノクローナル抗体を用いたサンドイッチELISA
• ELISAキットは、12個の壊れやすいシングルストリップ×8個のウェルを備えたマイクロタイタープレート（96ウェル形式）に基づいており、最大42個のサンプルを2重に測定できます。

膵臓エラスターゼの結果を解釈するための基準濃度：成人および生後1ヶ月以降の小児の場合

• エラスターゼ値が200μg/g便を超える場合、膵外分泌機能は正常であることを示す。
• 100～200μgエラスターゼ/g便の値は軽度から中等度の膵機能不全を示唆する。
• 100μgエラスターゼ/g便未満の値は外分泌膵機能不全を示唆する。^[14]

• 米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)における膵臓 + エラスターゼ
• PDBe-KBのUniProt : P00772 (膵臓エラスターゼ)のPDBで入手可能なすべての構造情報の概要。

この記事には、パブリック ドメインである米国国立医学図書館のテキストが組み込まれています。