トランスフェラーゼの紹介

トランスフェラーゼは、特定の官能基を一つの分子（ドナー）から別の分子（アクセプター）へ転移させる酵素の一群です。トランスフェラーゼは何百もの異なる生化学経路に関与しており、生命における最も重要なプロセスのいくつかに不可欠です。トランスフェラーゼは多様な細胞反応に関与し、また翻訳の過程でも利用されます。機構的には、以下の反応を触媒する酵素はトランスフェラーゼと見なされます。

Transferase Introduction 図1. 酸化還元反応。

ここでXはしばしば補酵素であるドナー、Yはアクセプターです。Groupはトランスフェラーゼ活性によって転移される官能基を指します。

命名法

トランスフェラーゼの系統名は「ドナー:アクセプター grouptransferase」という形式に基づいています。例えば、methylamine:L-glutamate N-methyltransferaseは、トランスフェラーゼであるmethylamine-glutamate N-methyltransferaseの標準名であり、ここでmethyltransferaseはEC分類、methylamineはドナー、L-glutamateはアクセプターです。しかし、トランスフェラーゼのより一般的な命名法は「アクセプター grouptransferase」または「ドナー grouptransferase」の形式であることが多いです。実際には、より広く使われている一般名の適用により、多くの分子はこの用語法で言及されません。

歴史

最も重要なトランスフェラーゼのいくつかは1930年代にはすでに発見されていました。アミノ基転移酵素によるアミノ酸からケト酸へのNH₂基の転移を意味するトランスアミネーションは、1930年にハトの胸筋に付着していたグルタミン酸の消失後に初めて注目され、その反応機構が1937年に発見されることで確認されました。この可逆反応は他の組織にも適用でき、アミノ基転移によるアミノ酸生成の主要な選択肢として同様の転移が働く可能性の基礎となりました。その後1953年には、酵素UDP-glucose pyrophosphorylaseがUDP-glucoseと有機ピロリン酸からUTPとG1Pを可逆的に生成できることが判明し、トランスフェラーゼであることが明らかになりました。トランスフェラーゼにおけるもう一つの歴史的に重要な発見は、カテコール-O-メチルトランスフェラーゼによるカテコールアミン分解機構の解明であり、これはユリウス・アクセルロッドの1970年ノーベル生理学・医学賞の大きな要因となりました。

分類

現在に至るまで、トランスフェラーゼの分類は新しいものが頻繁に発見されているため進行中です。トランスフェラーゼのカテゴリーは主に転移される生化学的官能基の種類によって記述され、EC番号分類に基づき10のグループに分けられます。これには450種類以上の異なるユニークな酵素が含まれ、EC番号体系ではEC 2の番号が割り当てられています。水素はトランスフェラーゼの標的となる官能基とは認識されません。逆に、水素転移は電子移動を考慮してオキシドレダクターゼに分類されます。

EC番号	説明
EC 2.1	EC 2.1に分類される一炭素転移酵素は、ヒドロキシメチル基、メチル基、カルボキシ基、カルバモイル基、ホルミル基、アミド置換基などの一炭素官能基を転移させる酵素です。
EC 2.2	EC 2.2にはアルデヒドおよびケトン転移酵素が含まれ、アルデヒドまたはケトン基を転移します。主にペントースリン酸経路で重要な役割を果たすさまざまなトランスケトラーゼやトランスアルドラーゼが含まれ、ジヒドロキシアセトン官能基をグリセルアルデヒド3-リン酸へ転移させます。
EC 2.3	EC 2.3の主要な側面であるアシル転移酵素は、アシル基または転移の過程でアルキル基に変換されるアシル基を転移させることができます。さらに、このカテゴリーではアミノアシル基と非アミノアシル基を区別します。
EC 2.4	EC 2.4に分類される酵素は、グリコシル基、ヘキソシル基、ペントシル基を転移させることができます。EC 2.4のサブカテゴリーであるグリコシルトランスフェラーゼは、単糖を他の分子に転移させることで二糖や多糖の生合成に関与します。
EC 2.5	現在、EC 2.5にはアルキル基またはアリール基を転移させる酵素のみが含まれており、メチル基は含まれていません。これは、転移の際にアルキル基に変換される官能基とは異なります。
EC 2.6	EC 2.6は、トランスアミナーゼ、オキシミノトランスフェラーゼ、その他の窒素基転移酵素を含む、窒素含有基の転移に関与する酵素群です。アミジノトランスフェラーゼは以前はEC 2.6に分類されていましたが、最近ではEC 2.1のサブカテゴリーに再分類されています。
EC 2.7	EC 2.7は、リン含有基を転移させる酵素だけでなく、ヌクレオチジルトランスフェラーゼも含みます。ホスホトランスフェラーゼのサブカテゴリーは、転移される基の種類に応じてさらに細分化されます。リン酸アクセプターには主にアルコール、カルボキシ基、窒素基、リン酸基が含まれます。さまざまなキナーゼもこのトランスフェラーゼのサブクラスに含まれます。
EC 2.8	硫黄含有基を転移させる硫黄転移酵素はEC 2.8に含まれ、さらにサルファートランスフェラーゼ、スルホトランスフェラーゼ、CoA-トランスフェラーゼ、アルキルチオ基転移酵素などのサブカテゴリーに細分化されます。特定のスルホトランスフェラーゼはPAPSを硫酸基ドナーとして利用でき、その中でアルコールスルホトランスフェラーゼは幅広い標的能力を持ちます。そのため、アルコールスルホトランスフェラーゼは「ステロイドスルフォキナーゼ」「ヒドロキシステロイドスルホトランスフェラーゼ」「エストロゲンスルホトランスフェラーゼ」とも呼ばれます。活性の低下はヒト肝疾患との関連が指摘されています。
EC 2.9	セレン転移酵素はEC 2.9に属し、2つのトランスフェラーゼのみが含まれるため、トランスフェラーゼの中でも最も小さいカテゴリーの一つです。
EC 2.10	EC 2.10のクラスは、モリブデンまたはタングステン含有基を転移させる酵素を含みます。しかし、2011年までに追加されたのは、大腸菌のMoCo生合成に関与するmolybdopterin molybdotransferaseという1つの酵素のみです。

バイオテクノロジーへの応用

ターミナルトランスフェラーゼは、RNAプライマーなしで機能する数少ないDNAポリメラーゼの一つであり、既存のDNA分子の下流端または3'末端にデオキシヌクレオチドを鋳型として付加することで、DNAの標識やプラスミドベクターの作製が可能です。

多様性の高いグルタチオントランスフェラーゼは、植物が細胞内の他の部分から有毒金属を分離するために利用でき、そのため除草剤や殺虫剤などの汚染物質を検出するバイオセンサーとして利用できます。グルタチオントランスフェラーゼは、トランスジェニック植物において生物的・非生物的ストレスの両方への耐性を高めることもでき、現在では薬剤耐性における機能性から抗がん剤の標的としても研究されています。現在、天然ゴムの唯一の商業的供給源はHevea植物です。

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