アセチルガラクトサミニダーゼ

関連する読書

α-N-アセチルガラクトシダーゼ (α-NAGAL, EC 3.2.1.49) は、リソソーム外グリコシダーゼであり、グリコペプチドやグリコリピドから末端のα-N-アセチルガラクトサミン残基を切断することができます。ヒトにおいて、α-NAGAL活性が不十分であると、リソソーム蓄積障害、シンドラー病およびカンザキ病を引き起こす可能性があります。リソソーム蓄積障害は1987年に初めて特定され、組織内に基質が蓄積し、最終的に臨床症状の発現につながりました。シンドラー病では、機能的なα-NAGAL酵素活性の喪失がグリコリピドやグリコペプチドの蓄積を引き起こし、最終的に神経疾患やその他の病気につながります。シンドラー病の表現型は3つのクラスに分けられています。タイプI病は重度の小児神経変性疾患です。タイプII病（カンザキ病とも呼ばれる）では、成人発症の病気が軽度の認知障害や特徴的な皮膚病変である血管角化症を引き起こす可能性があります。タイプIII病は、発作、心筋症、自閉症を含む症状のスペクトルを示します。これらの病気に対する治療法は現在ありません。

ヒトのα-NAGALの構造は、シンドラー病の分子基盤を明らかにします。活性部位を取り囲む小分子結合部位の集合は、ヒトのα-NAGALの構造で明らかにされたリガンド結合特性を利用する分子を設計する可能性を提供します。これらの分子は、ヒトのα-NAGALの阻害剤または化学シャペロンとして使用される可能性があります。

図 1. A. α-NAGALによって触媒される反応 (Clark, N.E.; Garman, S.C. 2009)

α-NAGALとα-GALの関係

ヒトゲノムにおいて、NAGA 遺伝子はα-ガラクトシダーゼA（GLA）遺伝子と密接に関連しており、同じ祖先前駆体から進化しました。対応するタンパク質であるα-NAGALとα-GALは、46%のアミノ酸配列の同一性を持っていますが、基質特異性は異なります。実際、α-NAGALは元々α-GALBと名付けられたのは、α-GALのアイソザイムであると考えられているからです。末端のα-GalNAc糖鎖を除去することに加えて、ヒトのα-NAGALタンパク質は末端にα-ガラクトース糖鎖を持つ基質にもいくつかの反応性を持っています。 

α-NAGALおよびα-GALタンパク質は、主要な血液型抗原を変換する能力も持っています。α-NAGALタンパク質は、血液型A抗原をO型血抗原に酵素的に変換することができ、α-GALタンパク質は血液型B抗原をO型血抗原に変換することができます。O型血はユニバーサルドナー血液型であるため、α-NAGALおよびα-GAL酵素はA型、B型およびAB型の血液をO型血に変換するために使用されてきました。α-NAGALまたはα-GALタンパク質に欠陥がある場合、AまたはB血液型抗原は異常に処理されます。α-GALとα-NAGALのもう一つの興味深い側面は、α-NAGALの重複特異性に関連しており、末端にα-GalNAc糖鎖および末端にα-ガラクトース基を含む基質を認識し加水分解することができます（効率は低い）。しかし、ファブリー病におけるα-GAL活性の欠如は、α-NAGALによって補償されることはありません。

構造の全体的な説明

ヒトのα-NAGALはホモ二量体であり、各モノマーは394残基（17残基のシグナル配列を含まない）を含み、2つのドメインに分かれています。ドメイン1は(β/α)₈バレルを形成し、ドメイン2は2つのβシートに8つの逆平行βストランドを含んでいます。ファミリー27およびクランDのグリコシド加水分解酵素の他のメンバーと同様に、その活性部位は最初のドメインのβ鎖のC末端に位置しています。活性部位は、6つの連続したβストランド、ストランドβ1-β6のC末端にあるループによって形成されています。活性部位を形成する残基は、ヒトとニワトリのα-NAGALの間で厳密に保存されており、これらの残基が強い進化的圧力を受けていることを示しています。

ヒトのα-NAGALタンパク質は負に帯電しており、等電点は4.85で、構造の表面には明らかな負の電荷が示されています。この分子は通常、リソソームの低pHで機能するため、分子全体の電荷はリソソームのpHでほぼ中性です。酵素的研究により、この酵素はpH 4.6で最も効果的であることが示されています。この分子は、高度に糖鎖化され、ジスルフィドが豊富な糖タンパク質です。野生型タンパク質は5つのN結合糖鎖化部位（N124、N177、N201、N359、N385）、4つの二つのジスルフィド結合（C38-C80、C42-C49、C127-C158、C187-C209）および1つの遊離システイン（C343）を含んでいます。

46%の配列同一性に基づいて、ヒトのα-NAGALとヒトのα-GALは非常によく重なります。構造に基づく配列アラインメントは、配列同一性が23%に低下した第二ドメインにおいても、2つのタンパク質の二次構造が非常に保存されていることを示しました。

図 2. ヒトα-N-アセチルガラクトサミニダーゼの結晶構造 (Clark, N.E.; Garman, S.C. 2009)