ジヒドロ葉酸レダクターゼ

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ジヒドロ葉酸レダクターゼはNADPHを使用してジヒドロ葉酸を還元し、テトラヒドロ葉酸オキシドレダクターゼを生成します。微生物や肝臓に存在するジヒドロ葉酸レダクターゼは詳細に研究されています。分子量は約20,000です。また、葉酸をジヒドロ葉酸に還元する触媒作用もあるようで、葉酸は酵素補酵素の活性型テトラヒドロ葉酸に変換されることができます。

図1. ジヒドロ葉酸レダクターゼのタンパク質構造。

はじめに

ジヒドロ葉酸レダクターゼ（DHFR）は、NADPH依存的にジヒドロ葉酸をテトラヒドロ葉酸に還元する触媒であり、グリシンおよびプリン、デオキシチミジンリン酸（DNA合成の前駆体）の新規合成において重要なステップであり、デオキシウリジン一リン酸をデオキシチミジン一リン酸に変換する際にも重要です。DHFRは原核生物および真核生物に広く存在し、すべての分裂細胞に見られ、完全に還元された葉酸補酵素のレベルを維持していますが、分解過程はまだよく理解されていません。細菌種は異なるDHFR酵素を持っています（ジアミノヘテロ環状分子の結合パターンに基づく）が、哺乳類のDHFRは非常に類似しています。活性部位は配列のN末端半分に位置し、保存されたプロ-トリプトファンジペプチドを含んでいます。トリプトファンは酵素による基質の結合に関与していることが示されています。DNA前駆体合成における中心的な役割と、抗菌剤や抗癌剤として使用されるトリメトプリムやメトトレキサートなどの拮抗薬による抑制が相まって、DHFRは抗癌化学療法の標的となっています。しかし、DHFR自体の変化により、いくつかの薬剤に対する耐性が発生しています。

構造

中央の8本のストランドからなるベータシートは、DHFRポリペプチドバックボーンの折りたたみの主な特徴を構成しています。これらの鎖のうち7本は平行で、8本目は逆平行です。4つのアルファヘリックスが連続したベータ鎖を接続しています。残基9-24は「Met20」または「ループ1」と呼ばれ、他のループと共に活性部位を取り囲む主要なサブドメインの一部です。活性部位は配列のN末端半分に位置し、保存されたプロ-トリプトファンジペプチドを含んでいます。トリプトファンは酵素の基質結合に関与していることが示されています。

臨床的意義

ジヒドロ葉酸レダクターゼ欠乏症は巨赤芽球性貧血に関連しており、葉酸の還元型によって治療することができます。この反応の生成物であるテトラヒドロ葉酸は人間の葉酸の活性型であるため、DHFRの抑制は機能的な葉酸欠乏を引き起こす可能性があります。DHFRはDNA前駆体の合成において重要な役割を果たしているため、魅力的な抑制薬となっています。トリメトプリムは細菌のDHFRを抑制する抗生物質であり、メトトレキサート（化学療法薬）は哺乳類のDHFRを抑制することができます。しかし、DHFR自体の変異により、特定の薬剤に対する耐性が発生しています。DHFRの変異は、巨赤芽球性貧血、汎血球減少症、重度の葉酸欠乏を引き起こす稀な常染色体劣性先天性葉酸代謝異常を引き起こすことがあります。レボウリウムによって修正および補充することができます。

機能

ジヒドロ葉酸レダクターゼはジヒドロ葉酸をテトラヒドロ葉酸に変換し、これはプリン、チミジル酸および特定のアミノ酸の新規合成に必要なメチルシャトルです。機能的なジヒドロ葉酸レダクターゼ遺伝子は染色体5にマッピングされていますが、イントロン処理のない複数の擬似遺伝子またはジヒドロ葉酸レダクターゼ様遺伝子が異なる染色体上で同定されています。すべての生物に存在するDHFRは、細胞内のテトラヒドロ葉酸の量を調節する上で重要な役割を果たしています。テトラヒドロ葉酸およびその誘導体はプリンおよびチミジル酸の合成に不可欠であり、細胞の増殖および成長に重要です。DHFRは核酸前駆体の合成において中心的な役割を果たしており、DHFRが完全に欠如した変異細胞は、成長するためにグリシン、アミノ酸およびチミジンを必要とすることが示されています。DHFRはまた、ジヒドロビオプテリンからテトラヒドロビオプテリンを救出する酵素であることが示されています。