可溶性アデニル酸シクラーゼ

可溶性アデニル酸シクラーゼ（sAC）は、ほぼすべての細胞に存在する調節性細胞質酵素です。sACは、細菌から高等真核生物までの生物の細胞の成長と分化を媒介するセカンドメッセンジャーである環状アデノシン3',5'一リン酸（cAMP）の供給源です。sACは、 cAMPの重要な供給源である膜貫通型アデニル酸シクラーゼ（tmAC）とは異なり、sACは重炭酸イオンによって制御され、細胞質全体に分散しています。sACは、tmACとは異なる生理学的システムでさまざまな機能を持つことがわかっています。^[1]

sAC は、ADCY10 またはアデニル酸シクラーゼ 10 (可溶性) として識別される単一のホモサピエンス遺伝子にコード化されています。この遺伝子は 100kb を超える 33 のエクソンで構成されていますが、複数のプロモーターを使用しているようで^{[2] [3]}、mRNA は広範囲にわたる選択的スプライシングを受けます。^{[2] [3] [4] [5]}

機能的な哺乳類のsACは、2つの異種触媒ドメイン（C1とC2）で構成され、タンパク質の50kDaのアミノ末端を形成します。^{[6] [7]}酵素の追加の約140kDaのC末端には、自己阻害領域^[8]、標準的なPループ、潜在的なヘム結合ドメイン^[9] 、およびロイシンジッパー様配列^[10]が含まれており、これらは推定上の調節ドメインの一種です。

酵素の短縮形には C1 および C2 ドメインのみが含まれ、最小限の機能を持つ sAC バリアントと呼ばれます。^{[5] [10]}この sAC 短縮形は、全長タイプよりもはるかに高い cAMP 形成活性を持っています。これらの sAC バリアントは HCO3- によって刺激され、既知のすべての選択的 sAC 阻害剤に反応します。^[6]触媒コアのみを含むこの sAC バリアントのアポ形およびさまざまな基質類似体、生成物、および調節因子との複合体の結晶構造は、sAC 固有の機能を備えた一般的なクラス III AC アーキテクチャを示しています。^[11]構造的に関連するドメイン C1 および C2 は、1 つの活性部位を持つ典型的な擬似ヘテロ二量体を形成します。^[6]擬似対称部位には sAC 固有の活性化因子 HCO3- が収容され、これは両方の部位を結合する残基である Arg176 の再配置をトリガーすることによって活性化します。アニオン性sAC阻害剤4,4′-ジイソチオシアナトスチルベン-2,2′-ジスルホン酸（DIDS）は、活性部位と重炭酸塩結合ポケットへの入り口の遮断剤として作用する。^[11]

アデノシン5'三リン酸（ATP）の酵素触媒活性部位への結合および環化は、2つの金属カチオンによって調整される。sACの触媒活性は、マンガン[Mn ²⁺ ]の存在によって増加する。sACマグネシウム[Mg ^{2+ ]活性は、哺乳類sACのATPに対する親和性を高めるカルシウム[Ca 2+} ]によって制御される。さらに、重炭酸塩[HCO ⁻ ₃ ]はATP-Mg ²⁺基質阻害を解除し、酵素のV _{maxを増加させる。} ^[12]

sAC のオープン構造状態は、Ca ²⁺がγ-リン酸に結合した ATP が酵素の触媒中心の特定の残基と結合したときに達成されます。2 番目の金属である Mg ²⁺イオンが ATP の α-リン酸に結合すると、酵素の構造変化、つまりクローズ状態が起こります。オープン状態からクローズ状態への構造変化により、α-リン酸がアデノシンのリボースとエステル化され、β-リン酸と γ-リン酸が放出され、環化が起こります。^[7] 炭酸水素ナトリウムは、活性部位の閉鎖、触媒 Mg ²⁺イオンのリクルートメント、結合した ATP のリン酸の再調整につながるアロステリック変化を促進することで、酵素の V _{max を}刺激します。^[13]活性剤である重炭酸塩は活性部位と擬似対称な部位に結合し、活性部位からArg176をリクルートすることで構造変化を引き起こします（上記「構造」を参照）。^[11]カルシウムはイオンB部位のマグネシウムを置換することで基質親和性を高め、ATP基質のβリン酸とγリン酸のアンカーポイントを提供します。^{[11] [13]}

• 炭酸脱水酵素（CA）依存性水和から得られる重炭酸塩。
• CO2代謝_​
• 膜輸送タンパク質または嚢胞性線維症膜コンダクタンス調節因子を介して侵入します。
• カルシウムは、電位依存性Ca ^{2+チャネルを介して、または}小胞体からの放出によって入ります。
• 炭酸水素塩とカルシウムは核内のsACを活性化します。
• _{ミトコンドリア内の sAC は、炭酸脱水酵素を介して代謝によって生成された CO 2}によって活性化されます。

アストロサイトはいくつかのsACスプライスバリアントを発現しており^[14] 、これらはニューロンとアストロサイト間の代謝カップリングに関与している。ニューロンの活動によって引き起こされる細胞外空間でのカリウム[K ^{+ ]の増加は、近くのアストロサイトの細胞膜を脱分極させ、Na +} /HCO ⁻ ₃ -共輸送体を介した炭酸水素塩の侵入を促進する。^[7]細胞質炭酸水素塩の増加はsACを活性化し、その結果、ニューロンによるエネルギー源として使用される乳酸が放出される。

多数のsACスプライスバリアントが破骨細胞と骨芽細胞に存在し^[3]、ヒトのsAC遺伝子の変異は脊髄密度の低下と関連している。^[15]骨芽細胞による石灰化は本質的に重炭酸塩とカルシウムに関連している。培養されたマウス頭蓋冠での骨密度実験^{[16]は、HCO −} ₃を感知するsACが骨形成および/または再吸収の生理学的に適切な調節因子であることを示している。

重炭酸塩によるsACの活性化は、哺乳類の精子の運動性やその他の受精能獲得に必要である。 ^{[17] [18]}ヒト男性では、sACの不活性化につながるADCY10遺伝子の変異が不妊症の症例と関連していることが報告されている。 ^[19]男性の生殖能力におけるこの重要な役割のため、sACは非ホルモン性の男性避妊薬の潜在的なターゲットとして研究されてきた。^[20]