ホスホリパーゼC

ホスホリパーゼ C ( PLC ) は、膜関連酵素の一種で、リン酸基の直前でリン脂質を切断する(図を参照)。この酵素は、真核細胞生理学、特にシグナル伝達経路で重要な役割を果たすこの酵素のヒト型と同義であると最も一般的に考えられている。シグナル伝達におけるホスホリパーゼ C の役割は、ホスファチジルイノシトール 4,5-ビスリン酸(PIP ₂ )をジアシルグリセロール(DAG) とイノシトール 1,4,5-トリスリン酸(IP _{3 ) に切断することであり、これらは}セカンドメッセンジャーとして機能する。各 PLC の活性化因子はさまざまであるが、典型的にはヘテロ三量体 G タンパク質サブユニット、タンパク質チロシンキナーゼ、小型 G タンパク質、Ca ²⁺、およびリン脂質が含まれる。^[1]

哺乳類のホスホリパーゼ C には 13 種類あり、構造によって 6 つのアイソタイプ (β、γ、δ、ε、ζ、η) に分類されます。各 PLC は、発現と細胞内分布に関して独自の重複した制御を持っています。ただし、PLC は哺乳類に限定されず、細菌や Chromadorea にも存在します。

PLC反応によって発揮される機能の多さから、PLC反応は厳密に制御され、適切な速度で複数の細胞外および細胞内の入力に応答できることが求められます。この必要性から、動物ではそれぞれ異なる制御モードを持つ6つのPLCアイソタイプが進化しました。PLCのプレmRNAは差別的スプライシングを受けることもあり、哺乳類は最大30のPLC酵素を持つ可能性があります。^[2]

• ベータ: PLCB1、PLCB2、PLCB3、PLCB4
• ガンマ: PLCG1、PLCG2
• デルタ: PLCD1、PLCD3、PLCD4
• イプシロン: PLCE1
• η: PLCH1、PLCH2
• ゼータ: PLCZ1
• ホスホリパーゼC様: PLCL1、PLCL2

ホスホリパーゼCの細菌変異体のほとんどは、構造的に関連するタンパク質の4つのグループのいずれかに分類されます。毒性のあるホスホリパーゼCは、真核生物の細胞膜と相互作用し、ホスファチジルコリンとスフィンゴミエリンを加水分解して細胞溶解を引き起こすことができます。^[3]

• 亜鉛メタロホスホリパーゼ C:クロストリジウム パーフリンゲンス α 毒素、バチルス セレウス PLC (BC-PLC)
• スフィンゴミエリナーゼ：B. cereus、Staphylococcus aureus
• ホスファチジルイノシトール加水分解酵素：B. cereus、B. thuringiensis、L. monocytogenes（PLC-A）
• シュードモナスホスホリパーゼC：緑膿菌（PLC-HおよびPLC-N）

クロマドーレア綱は、カルシウムの放出を制御するためにホスホリパーゼC酵素も利用しています。この酵素は、排卵を活性化し、卵母細胞を精巣嚢に送り込むシグナル伝達経路を示すイノシトール1,4,5-トリスリン酸（IP3）を放出します。この遺伝子は、GTPaseの制御、特定の分子の分解、小さなGTPaseへの結合など、さまざまな活動に関与しています。細菌との戦いや細胞内のタンパク質の動きの調節に役立ちます。排泄システム、腸、神経、生殖器官に存在します。精巣嚢での酵素の発現は、転写因子FOS-1とJUN-1によって制御されます。^[4]

哺乳類では、PLCは保存されたコア構造を共有し、各ファミリーに固有の他のドメインが異なります。コア酵素には、分割されたトリオースリン酸イソメラーゼ（TIM）バレル、プレクストリン相同（PH）ドメイン、4つのタンデムEFハンドドメイン、およびC2ドメインが含まれます。^[1] TIMバレルには、活性部位、すべての触媒残基、およびCa ²⁺結合部位が含まれています。これには、XYリンカーと呼ばれる活性を中断する自己阻害インサートがあります。XYリンカーは活性部位を閉塞することが示されており、XYリンカーが除去されるとPLCが活性化されます。^[5]

アルファ毒素 ( Clostridium perfringens )、Bacillus cereus PLC (BC-PLC)、およびClostridium bifermentansとListeria monocytogenes由来の PLC をコードする遺伝子が単離され、ヌクレオチド配列が決定されました。配列は N 末端から約 250 残基の有意な相同性があります。アルファ毒素は C 末端にさらに 120 残基あります。アルファ毒素の C 末端は「C2 様」ドメインとして報告されており、シグナル伝達に関与し、哺乳類のホスホイノシチドホスホリパーゼ Cに存在する真核生物の C2 ドメインを参照しています。^[6]

PLC の主な触媒反応は、脂質と水の界面にある不溶性基質上で起こる。活性部位の残基は、すべての PLC アイソタイプで保存されている。動物では、PLC は、ホスホジエステル結合のグリセロール側でリン脂質ホスファチジルイノシトール 4,5-ビスリン酸 (PIP ₂ )の加水分解を選択的に触媒する。弱く酵素に結合した中間体であるイノシトール 1,2-環状ホスホジエステルが形成され、ジアシルグリセロール (DAG)が放出される。中間体は次にイノシトール 1,4,5-トリスリン酸 (IP ₃ )に加水分解される。^[7]したがって、2 つの最終生成物は DAG と IP _{3である。酸/塩基触媒には 2 つの保存されたヒスチジン残基が必要であり、PIP 2}加水分解にはCa ²⁺イオンが必要である。活性部位のCa2 ^+は4つの酸性残基と配位しており、残基のいずれかが変異すると触媒作用により高いCa2 ⁺濃度が必要になることが観察されている。^[8]

ホスホイノシチド特異的ホスホリパーゼ C (PLC) は、細胞シグナル伝達プロセスにおいて重要な役割を果たします。細胞がホルモンや成長因子などのシグナルに遭遇すると、PLC は PIP2 と呼ばれる分子を分解して新しいシグナル伝達分子を生成します。PIP2 は細胞膜に存在する分子の一種です。細胞が外部から特定のシグナルを受け取ると、PLC と呼ばれる酵素が PIP2 をより小さな分子に分解し、細胞内にメッセージを送信します。さまざまな種類の PLC がそれぞれ異なる方法で活性化され、細胞が周囲に反応する能力に貢献します。

この経路を活性化する受容体は主に、G _αqサブユニットに結合したG タンパク質共役受容体であり、以下が含まれます。

• 5-HT ₂ セロトニン受容体
• α1 （アルファ1） アドレナリン受容体_[ ^9]
• カルシトニン受容体
• H ₁ ヒスタミン受容体
• 代謝型グルタミン酸受容体、グループI
• M ₁、M ₃、およびM ₅ ムスカリン受容体
• 下垂体前葉の甲状腺放出ホルモン受容体

_{G αq}以外のマイナーな活性化因子は次のとおりです。

• MAPキナーゼ。この経路の活性化因子にはPDGFとFGFが含まれる。^[9]
• 成長ホルモン放出ホルモンによる成長ホルモン放出のマイナー経路におけるヘテロ三量体Gタンパク質のβγ複合体。^[10]
• カンナビノイド受容体

• 小分子U73122：アミノステロイド、推定PLC阻害剤。^{[11] [12]}しかし、U73122の特異性は疑問視されている。^[13] U73122は精製されたPLCのホスホリパーゼ活性を活性化することが報告されている。^[14]
• エデルホシン：脂質様抗腫瘍剤（ET-18-OCH3）^[15]
• 哺乳類細胞における XY リンカーの自己阻害: XY リンカーは、負に帯電した密集した領域を形成する長い酸性アミノ酸の配列で構成されていると考えられています。これらの領域は、PLC が膜脂質に結合すると、負に帯電した膜によって反発される可能性があります。反発と立体的制約の組み合わせにより、XY リンカーが活性部位の近くから除去され、自己阻害が緩和されると考えられています。^[1]
• モルホリノ安息香酸骨格を含む化合物は、薬物様ホスファチジルコリン特異的PLC阻害剤のクラスに属する。^{[16] [17] [18]}
• o-フェナントロリン：複素環式有機化合物。亜鉛金属酵素を阻害することが知られている^[19]
• ^{EDTA：Zn2 +}イオンをキレートし、PLCを効果的に不活性化する分子。亜鉛金属酵素を阻害することが知られている^[20]

PLCはリン脂質 ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸（PIP ₂）をジアシルグリセロール（DAG）とイノシトール1,4,5-トリスリン酸（IP ₃ ）に切断する。したがって、PLCは、膜アンカーまたはアロステリック調節因子として、および多くの脂質依存性イオンチャネルの作動薬として機能するPIP ₂の枯渇に大きな影響を与える。^{[21] [22]} PIP _{2 は、複数の反応でシグナル伝達を担う、より希少な脂質}ホスファチジルイノシトール3,4,5-トリスリン酸（PIP ₃）の合成基質としても機能する。^[23]したがって、PLC反応によるPIP _{2 の}枯渇は、細胞膜と核膜の両方における 局所的なPIP ₃濃度の調節に重要である。

PLC触媒反応の2つの生成物、DAGとIP _3は、多様な細胞プロセスを制御する重要なセカンドメッセンジャーであり、他の重要なシグナル伝達分子の合成の基質でもあります。PIP ₂が切断されると、DAGは膜に結合したままになり、IP _3は可溶性構造として細胞質に放出されます。その後、IP _3は細胞質を拡散してIP ₃受容体、特に滑面小胞体（ER）のカルシウムチャネルに結合します。これにより、細胞質のカルシウム濃度が上昇し、細胞内の変化と活動の連鎖が引き起こされます。^[24] さらに、カルシウムとDAGは一緒に働いてタンパク質キナーゼCを活性化し、これが他の分子をリン酸化して細胞活動の変化につながります。^[24]最終効果には、味覚、腫瘍促進、小胞のエキソサイトーシス、NADPHオキシダーゼからのスーパーオキシド生成、JNK活性化などがあります。^{[24] [25]}

DAGとIP _3はどちらも調節分子の合成の基質です。DAGは調節分子であるホスファチジン酸の合成の基質です。IP ₃はイノシトールポリリン酸の合成の律速基質であり、複数のタンパク質キナーゼ、転写、mRNA処理を刺激します。^[26] PLC活性の調節は、細胞生理学の制御の中心となる経路の他の酵素の調整と調節に不可欠です。

さらに、ホスホリパーゼCは炎症経路において重要な役割を果たしている。トロンビン、エピネフリン、コラーゲンなどのアゴニストが血小板表面受容体に結合すると、ホスホリパーゼCが活性化され、2つの主要な膜リン脂質であるホスファチジルイノシトールとホスファチジルコリンからのアラキドン酸の放出が触媒される。アラキドン酸はその後、シクロオキシゲナーゼ経路（プロストグランジン（PGE1、PGE2、PGF2）、プロスタサイクリン（PGI2）、またはトロンボキサン（TXA2）を生成）およびリポキシゲナーゼ経路（ロイコトリエン（LTB4、LTC4、LTD4、LTE4）を生成）に進むことができる。^[27]

細菌変異体であるClostridium perfringens A型はα毒素を産生する。この毒素はホスホリパーゼC活性を持ち、溶血、致死、皮膚壊死を引き起こす。高濃度では、α毒素はホスファチジルコリンとスフィンゴミエリンの大規模な分解を誘導し、それぞれジアシルグリセロールとセラミドを生成する。その後、これらの分子はシグナル伝達経路に関与する。^[6]この毒素はラットの単離大動脈でアラキドン酸カスケードを活性化すると報告されている。^{[28]毒素誘発性収縮はアラキドン酸からのトロンボキサンA} ₂の生成に関連していた。したがって、細菌性PLCは真核生物の細胞膜における内因性PLCの作用を模倣している可能性が高い。

• グリコシルホスファチジルイノシトールジアシルグリセロールリアーゼ EC 4.6.1.14 トリパノソーマ酵素。
• ホスファチジルイノシトールジアシルグリセロールリアーゼ EC 4.6.1.13 関連する別の細菌酵素
• ホスホイノシチドホスホリパーゼ C EC 3.1.4.11 真核生物、特に哺乳類に見られる主な形態。
• 細菌酵素EC 3.1.4.3 の亜鉛依存性ホスホリパーゼ Cファミリーには、 C. perfringens (レシチナーゼとしても知られる)、P. aeruginosa、およびS. aureusのアルファ毒素が含まれます。