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| チミジンホスホリラーゼ | |||||||||
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 チミジンホスホリラーゼタンパク質構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.4.2.4 | ||||||||
| CAS番号 | 9030-23-3 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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チミジンホスホリラーゼ（EC 2.4.2.4）は、TYMP遺伝子によってコードされ、以下の反応を触媒する 酵素です。
- チミジン + リン酸チミン + 2-デオキシ-α-D-リボース 1-リン酸
チミジンホスホリラーゼは、プリン代謝、ピリミジン代謝、およびその他の代謝経路に関与しています。チミジンホスホリラーゼおよびそれをコードするTYMP遺伝子の変異は、ミトコンドリア神経胃腸脳症（MNGIE）症候群および膀胱癌に関連しています。
命名法
この酵素はグリコシルトランスフェラーゼファミリー、特にペントシルトランスフェラーゼに属します。この酵素クラスの系統名はチミジン:リン酸デオキシ-α-D-リボシルトランスフェラーゼです。よく使われる他の名前には、ピリミジンホスホリラーゼ、チミジンオルトリン酸デオキシリボシルトランスフェラーゼ、動物成長調節因子、血小板由来内皮細胞、成長因子、血小板由来内皮細胞成長因子、デオキシチミジンホスホリラーゼ、グリオスタチン、ピリミジンデオキシヌクレオシドホスホリラーゼ、およびチミジン:リン酸デオキシ-D-リボシルトランスフェラーゼがあります。
機構
チミジンホスホリラーゼは、チミジン、デオキシウリジン、およびそれらの類似体（デオキシシチジンを除く）をそれぞれの塩基（チミン/ウラシル）および2-デオキシリボース1-リン酸に可逆的にリン酸化することを触媒する。この酵素は、リン酸がチミジン（またはデオキシウリジンなど）の前に結合し、2-デオキシリボース1-リン酸が窒素塩基の後に離脱するという順次的なメカニズムに従う。チミジンは、以下に示すように、リン酸がリボース環のC1位を攻撃するとグリコシド結合が弱まる高エネルギー構造で結合する。その後、酵素はデオキシリボース1-リン酸を他の窒素塩基に転移することができる。[1]
さらに実験を進めると、チミンは基質阻害と非線形生成物阻害の両方を介して酵素を阻害することが示されました。これは、チミンが複数の部位を介して酵素を阻害できることを示唆しています。また、酵素はチミンの存在下でチミジンとリン酸の両方に対して協同性を示し、チミジンホスホリラーゼにも複数のアロステリック部位および/または触媒部位があることを示唆しています。 [2]
構造
チミジンホスホリラーゼは、同一のサブユニットを持つタンパク質二量体で、大腸菌での分子量は 90,000 ダルトンと報告されています。長さ 110 Å、幅 60 Å の S 字型をしています。各モノマーは 440 個のアミノ酸で構成され、小さな α ヘリックスドメインと大きな α/β ドメインで構成されています。酵素の表面は、2 つのドメイン間の 10 Å の深さと 8 Å の幅の空洞を除いて滑らかで、この空洞にはチミン、チミジン、リン酸結合部位が含まれています。[3]結合部位の詳細な分析により、Arg-171、Ser-186、Lys-190 がピリミジン塩基の結合に重要な残基であることが示されています。残基 Arg-171 と Lys-190 は、それぞれチミン環の O4 と O2 に近く、中間状態を安定化するのに役立ちます。 Lys-190の末端アミノ基は、チミジンリボース部分の3'-ヒドロキシルと水素結合を形成し、中間状態でチミンN1にプロトンを供与する役割も果たしている。 [4] 2007年末現在、このクラスの酵素については6つの構造が解明されており、PDBアクセスコードは1AZY、1OTP、1TPT、1UOU、2J0F、2TPTとなっている。
関数
チミジンホスホリラーゼは、 DNA / RNA分解後のヌクレオシドを回収するためのピリミジン回収において重要な役割を果たします。[5]チミジン/デオキシウリジンとそれぞれの塩基との間の反応は可逆的ですが、酵素の機能は主に分解的です。[6]
最近の研究では、チミジンホスホリラーゼも血管新生に関与していることが明らかになっています。実験では、チミジンホスホリラーゼの阻害剤である6-アミノ-5-クロロウラシルの存在下では、チミジンホスホリラーゼによる血管新生効果が阻害されることが示されており、これは、チミジンホスホリラーゼの酵素活性が血管新生活性に必要であることを示唆しています。[7]チミジンホスホリラーゼは、血小板由来内皮細胞増殖因子（PD-ECGF）とほぼ同じであることが判明しています。チミジンホスホリラーゼによる血管新生のメカニズムはまだわかっていませんが、酵素自体は増殖因子ではなく、内皮細胞や他の細胞の走化性を刺激することで間接的に血管新生を引き起こすという報告があります。 [8]いくつかの報告では、チミジンホスホリラーゼは、内皮細胞の成長を阻害するチミジンのレベルを低下させることで、内皮細胞の成長を促進すると示唆されています。[9]別の説明としては、酵素の産物が血管新生を誘発するというものです。実験により、2-デオキシリボースは内皮細胞の化学誘引物質であり、血管新生誘発因子であることが判明しており、この説明を裏付けています。[10]研究では、チミジンホスホリラーゼが月経周期中の血管新生に関与していることがわかりました。子宮内膜における酵素の発現は、プロゲステロンと形質転換成長因子β1の組み合わせによって上昇し、月経周期を通じて変化します。[11]
疾患の関連性
ミトコンドリア神経胃腸脳筋症（MNGIE）は、チミジンホスホリラーゼ（TP）遺伝子の変異によって引き起こされる常染色体劣性疾患です。[12]ミトコンドリアDNA（mtDNA）は、核DNAよりもチミジンサルベージに大きく依存しているため、チミジンホスホリラーゼ欠損による損傷を受けます。MNGIE病では、mtDNAの複数の欠失と枯渇が時間の経過とともに蓄積し、ミトコンドリア機能不全を引き起こします。 [13] MNGIE病の症状には、神経筋機能不全によって引き起こされる運動障害の結果としての下痢や腹痛、眼瞼下垂、眼筋麻痺、末梢神経障害、難聴などがあります。[14]
チミジンホスホリラーゼは、癌の発生と治療の両方において二重の役割を果たすこともわかっています。[15]この酵素の血管新生活性は腫瘍の成長を促進します。これは、悪性腫瘍（食道、胃、大腸、膵臓、肺の癌を含む）におけるチミジンホスホリラーゼの発現と活性が、隣接する非腫瘍性組織よりもはるかに高いことを示す研究によって裏付けられています。 [16]これらの癌におけるチミジンホスホリラーゼは、創傷治癒中に炎症細胞から放出されるサイトカイン、インターフェロン-γとTNF-αによってアップレギュレーションされます。この酵素は、低酸素領域の血管新生を制御するために、低酸素レベルと低pH環境によってもアップレギュレーションされます。[17]
しかし、チミジンホスホリラーゼは抗癌剤カペシタビンの活性化にも重要な役割を果たすことがわかっています。具体的には、腫瘍内の中間代謝物5'-デオキシ-5-フルオロシチジンを5-フルオロウラシルに変換し、チミジル酸合成酵素阻害剤として作用します。[18]
参考文献
- ^ Norman RA、Barry ST、Bate M、Breed J、Colls JG、Ernill RJ、Luke RW、Minshull CA、McAlister MS、McCall EJ、McMiken HH、Paterson DS、Timms D、Tucker JA、Pauptit RA (2004 年 1 月)。「小分子阻害剤と複合体を形成したヒトチミジンホスホリラーゼの結晶構造」。構造 。12 ( 1 ): 75–84。doi : 10.1016/ j.str.2003.11.018。PMID 14725767。
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さらに読む
- Friedkin M, Roberts D (1954年3月)。「ヌクレオシドの酵素合成。I. 哺乳類組織中のチミジンホスホリラーゼ」。The Journal of Biological Chemistry。207 (1): 245–56。doi : 10.1016 / S0021-9258(18)71264-7。PMID 13152099。
- Zimmerman M、 Seidenberg J (1964 年 8 月)。「デオキシリボシル転移。I. 正常組織と悪性組織におけるチミジンホスホリラーゼとヌクレオシドデオキシリボシルトランスフェラーゼ」。The Journal of Biological Chemistry。239 ( 8): 2618–21。doi : 10.1016/S0021-9258(18) 93896-2。PMID 14235544。
- Zimmerman M (1964 年 8 月)。「デオキシリボシル転移。II. ヌクレオシド: 3 つの部分精製チミジンホスホリラーゼのピリミジンデオキシリボシルトランスフェラーゼ活性」。The Journal of Biological Chemistry。239 ( 8): 2622–7。doi : 10.1016 / S0021-9258 (18)93897-4。PMID 14235545。
