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| ＲＰＥ６５ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| エイリアス | RPE65、BCO3、LCA2、RP20、mrd12、網膜色素上皮特異的タンパク質 65kDa、網膜色素上皮特異的タンパク質 65、レチノイドイソメロヒドロラーゼ、p63、レチノイドイソメロヒドロラーゼ RPE65 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外部ID | オミム：180069; MGI : 98001;ホモロジーン: 20108;ジーンカード：RPE65; OMA :RPE65 - オルソログ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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網膜色素上皮特異的65 kDaタンパク質（ RPE65とも呼ばれる）は、脊椎動物の視覚サイクルのレチノイドイソメロヒドロラーゼ酵素です。[5] [6] RPE65は網膜色素上皮（RPE、光受容細胞に栄養を与える上皮細胞の層）で発現し、光変換中にオールトランスレチニルエステルを11-シス-レチノールに変換する役割を担っています。[7] 11-シス-レチノールはその後、光受容細胞における視覚色素の再生に使用されます。[8] [9] RPE65はカロテノイドオキシゲナーゼファミリーの酵素に属します。 [8]
関数
RPE65は、網膜色素上皮に存在する脊椎動物の視覚サイクル において重要な酵素です。また、桿体と錐体にも存在します。[10] 11-シス-レチナールからオールトランス-レチナールへの光異性化は、脳が光を検出する光変換経路を開始します。オールトランス-レチノールは光活性ではないため、オプシンと再結合して活性視覚色素を形成する前に、11-シス-レチナールに再変換する必要があります。 [8] [11] RPE65は、オールトランス-レチニルエステルを11-シス-レチノールに変換することで光異性化を逆転させます。最も一般的なエステル基質はレチニルパルミテートです。視覚サイクルの他の酵素は、オールトランスレチノールをレチニルエステル（RPE65の基質）に酸化・エステル化し、11-シスレチノールを11-シスレチナール（必要な光活性視覚色素成分）に酸化するために必要な反応を完了します。[8] [9]
RPE65は、酵素の基質とエステル加水分解に関与しているかどうかについての過去の議論から、レチノールイソメラーゼまたはレチノイドイソメラーゼとも呼ばれています。[9]
構造
RPE65は、対称的で酵素的に独立した2つのサブユニットの二量体です。各サブユニットの活性部位は、鉄(II)補因子を保持する4つのヒスチジンを含む7枚羽根のベータプロペラ構造です。[9] [12]この構造モチーフは、研究されたカロテノイドオキシゲナーゼファミリー酵素のメンバーに共通しています。RPE65は、RPE細胞の滑面小胞体の膜と強く関連しています。[8]
アクティブサイトの構造
RPE65の各活性部位には、4つのヒスチジン（His 180、His 241、His 313、およびHis 527）に結合したFe(II)補因子が含まれており、それぞれがβプロペラ構造上の別のブレードによって寄与されています。4つのヒスチジンのうち3つは近くのグルタミン酸残基（Glu 148、Glu 417、およびGlu 469 ）に配位しており、これがヒスチジンを配置して鉄補因子を八面体形状に結合するのに役立つと考えられています。[13] Phe 103、Thr 147、およびGlu 148 は活性部位を取り囲み、カルボカチオン中間体を安定化させ、RPE65の13-cis-レチノールよりも11-cis-レチノールに対する立体選択性を高めます。[9]
反応物と生成物は、脂質基質を直接吸収するために脂質膜に通じていると考えられる疎水性トンネルを通って活性部位に出入りすると考えられる。2つ目のより小さなトンネルも活性部位に到達し、水の通路として機能する可能性があるが、レチノイド反応物と生成物を輸送するには狭すぎる。[9] [13]
膜相互作用
RPE65 は sER の膜と強く関連している。sER は脂質レチノイドの処理に関与しているため、RPE 細胞に異常に多く存在する。構造研究によると、RPE65 は疎水性面と脂質膜内部との相互作用により sER 膜に部分的に埋め込まれている。これは、RPE65 を可溶化するために洗剤が必要であることから裏付けられる。RPE65 の疎水性面の主要部分である残基 109～126 は両親媒性 アルファヘリックスを形成し、これがタンパク質の膜親和性に寄与していると考えられる。さらに、天然の RPE65 では Cys 112がパルミトイル化されており、RPE65 の疎水性面が膜に埋め込まれているという理論をさらに裏付けている。[13]
疎水性面には酵素の活性部位につながる大きなトンネルの入り口があります。疎水性面のこのチャネルの存在と、脂質二重層から基質の方向を吸収するRPE65の実証された能力を組み合わせると、RPE65が膜に部分的に埋め込まれていることと一致します。[8]
保全
RPE65は、ゼブラフィッシュ、ニワトリ、マウス、カエル、ヒトなど、幅広い脊椎動物から単離されています。[8] [14] [15]その構造は種間で高度に保存されており、特にβプロペラと膜結合領域で顕著です。ヒトとウシのRPE65のアミノ酸配列の違いは1％未満です。[13] βプロペラ構造のヒスチジン残基と結合した鉄（II）補因子は、研究されたRPE65オルソログとカロテノイドオキシゲナーゼファミリーの他のメンバー全体で100％保存されています。[9]
可溶性RPE65（sRPE65）
これまで、RPE65は膜結合型mRPE65と可溶性sRPE65という2つの相互変換型で存在すると提唱されていた。この理論は、Cys 231、Cys 329、Cys 330でのパルミトイル化によるsRPE65からmRPE65への可逆的変換が、レチノイドサイクルの調節とmRPE65に膜親和性を付与する役割を果たしていると示唆していた。 [16]しかし、RPE65の結晶学的研究により、これらの残基はパルミトイル化されておらず、表面に面していないことが実証されている。新しい研究でも、可溶性RPE65が豊富に存在することを確認できなかった。そのため、この理論はほぼ放棄されている。[8] [13]
機構
RPE65は、提案されたS N 1 O-アルキル結合切断を介して、オールトランスレチニルエステルから11-シス-レチノールへの変換を触媒します。RPE65のO-アルキルエステル切断、幾何異性化、および水添加の組み合わせは、現在生物学ではユニークであると考えられています。しかし、同様に安定化されたカルボカチオン中間体とのO-アルキルエステル切断反応は、有機化学者によって使用されています。[9] [17]
O-アルキル開裂
エステル結合の O-アルキル開裂は、Fe(II) 補因子の助けを借りて、共役ポリエン鎖によって安定化されたカルボカチオン中間体を生成する。カルボカチオンの非局在化によりポリエン鎖の結合次数が減少し、それによってトランスからシスへの異性化の活性化エネルギーが減少する。フェニルアラニン103とスレオニン178は、異性化したカルボカチオンをさらに安定化し、酵素の立体選択性に関与していると考えられている。異性化後、C15 の水による求核攻撃により、ポリエン鎖の共役が回復し、エステル結合の開裂が完了する。[9] [13]
代替Sいいえ2 メカニズム
他のほぼすべての生化学的エステル加水分解反応は、アシル炭素での付加脱離反応によって起こる。しかし、同位体標識研究により、RPE65の最終生成物である11-シス-レチノールの酸素は、反応エステルではなく溶媒に由来することが示されており、O-アルキル開裂機構を支持している。[13]もう1つの可能性のある機構は、C11での求核攻撃で始まるが、そのような攻撃は、反応の異性化部分を完了するために何らかの求核剤（おそらくシスチン残基）に依存する。ポリエニルエステルは、この反応を可能にするほど電子が不足しているだけでなく、活性部位領域には求核剤として機能するシスチン残基が欠けている。[8] [9]
臨床的意義
この遺伝子の変異は、レーバー先天性黒内障2型（LCA2）および網膜色素変性症（RP）と関連している。[6] [18] RPE65変異は、デンマークのLCA患者で最も一般的に検出される変異である。[19] LCA2およびRP患者のRPE65変異の大部分は、βプロペラ領域で発生し、適切なタンパク質折り畳みおよび鉄補因子結合を阻害すると考えられている。特に一般的なプロペラ変異部位は、Tyr 368およびHis 182である。Arg 91での置換もまた一般的であり、RPE65膜相互作用および基質取り込みに影響を与えることが示されている。[13]
LCAやRPなどの疾患では機能の完全な喪失が伴いますが、RPE65の部分的な阻害は加齢性黄斑変性症（AMD）の治療薬として提案されています。オールトランスレチニルアミン（Ret-NH2）とエミクススタトはどちらもRPE65を競合的に阻害することが示されています。[9]エミクススタトは現在、 AMDの治療薬としてFDAの 第3相臨床試験を受けています。[9] [20]
ジーン・ベネットとキャサリン・A・ハイのRPE65変異に関する研究により、遺伝性の失明が治った。彼らは、Voretigene neparvovecと呼ばれる遺伝性疾患に対する遺伝子治療のFDA承認を初めて取得した。[要出典]
参照
- 視覚サイクル
参考文献
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さらに読む
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外部リンク
- GeneReviews/NIH/NCBI/UW の網膜色素変性症に関するエントリーの概要