ガラクトシルトランスフェラーゼ

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ガラクトース

ガラクトースは、ガラクトシルトランスフェラーゼ酵素によって、いくつかの結合を介して受容体構造に転送されます。原核生物では、ガラクトースは主にリポ多糖やカプセル多糖に見られます。真核生物では、ゴルジ体に局在するガラクトシルトランスフェラーゼが、いくつかのクラスのグリココンジュゲートの形成や乳糖の生合成に関与しています。彼らは時には同じ反応を触媒しますが、原核生物と真核生物のガラクトシルトランスフェラーゼは、構造的な類似性がほとんどありません。哺乳類では、これまでに19種類の異なるガラクトシルトランスフェラーゼ酵素が特定されています。これらの酵素は、β1-4、β1-3、α1-3およびα1-4結合を介してガラクトースの転送を触媒します。

図1. ガラクトースのタンパク質構造。

ヒトの体におけるガラクトースの機能

ヒトの体内では、摂取されたガラクトースのほとんどがグルコースに変換され、これは1グラムあたり4.1キロカロリーのエネルギーを提供します。これは、約砂糖と同じです。ガラクトースは、グルコースと結合して乳糖（母乳中）を作ったり、脂質と結合してグリコ脂質（例えば、血液型A、B、ABを構成する分子）を作ったり、タンパク質と結合して糖タンパク質（例えば、細胞膜中）を作ったりします。

ガラクトースの供給源

ガラクトースの主な食事源は、牛乳やヨーグルトの乳糖であり、これはガラクトースとグルコースに消化されます。少量の遊離ガラクトースを含む食品には、低乳糖または乳糖フリーの牛乳、特定のヨーグルト、チーズ、クリーム、アイスクリーム、ガラクトースで人工的に甘味付けされた他の食品が含まれます。自然食品（果物、野菜、ナッツ、穀物、新鮮な肉、卵、牛乳）は、通常、1食あたり0.3g未満のガラクトースを含んでいます。

ガラクトースの吸収

ガラクトースは、小腸の同じメカニズム、すなわち小腸の内壁にあるSGLT-1およびGLUT-2輸送タンパク質の助けを借りて吸収されます。

ガラクトシルトランスフェラーゼは、ガラクトースの転送を触媒するグリコシルトランスフェラーゼです。例として、B-N-アセチルグルコサミニル-グリコペプチドb-1,4-ガラクトシルトランスフェラーゼがあります。

ガラクトシルトランスフェラーゼ

二糖類、オリゴ糖類および多糖類の生合成には、数百種類の異なるグリコシルトランスフェラーゼの作用が関与しています。これらの酵素は、活性化されたドナー分子から特定の受容体分子への糖部分の転送を触媒し、グリコシド結合を形成します。ヌクレオチド二リン酸糖、ヌクレオチド一リン酸糖、糖リン酸エステルおよび関連タンパク質を使用して、グリコシルトランスフェラーゼを異なる配列ベースのファミリーに分類することが記述されています。このカテゴリは、CAZy（炭水化物活性酵素）ウェブサイトで見つけることができます。同じ三次元の折りたたみがすべての家庭で発生することが期待されています。3D構造は配列よりも保存されているため、配列の類似性に基づいて定義された複数のファミリーは、類似の3D構造を持つ可能性があり、したがって「クラン」を形成します。

図2. ガラクトシルトランスフェラーゼ。

ファミリー

グリコシルトランスフェラーゼファミリー31は、いくつかの既知の活性を持つ酵素を含んでいます；N-アセチルラクトサミンβ-1,3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ；β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ；フコース特異的β-1,3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ；グロボトリオシルセラミドβ-1,3-GalNAc転移酵素。

β-1, 4-ガラクトシルトランスフェラーゼ（GalTase）

β-1, 4-ガラクトシルトランスフェラーゼは、他のグリコシルトランスフェラーゼとは異なります。これは、細胞内ゴルジ体の成熟した表面および細胞表面の細胞膜に位置し、ゴルジ体内では、GalTaseは他のグリコシルトランスフェラーゼと同様に、膜結合および分泌された糖複合体の生合成に関与します。細胞表面では、GalTaseは細胞間および細胞-マトリックス相互作用に認識分子として関与します。

機能

• 初期精子形成における機能

精子形成細胞には、表面GalTaseをコードする長い形式のGalTase転写物が短い形式のものよりも多く存在し、これは精子形成細胞の表面におけるGalTaseの間接免疫蛍光検出の結果と一致しています。初期精子形成中、細胞表面のGalTaseは、他の細胞タイプと同様に、精子形成細胞と支持細胞の間の接着を促進する可能性があります。

• 初期胚発生における機能

GalTaseの発現は、マウスの17番染色体のT/t複合体の末端にあるアレルによって調節されています。T/t変異体細胞の表面におけるGalTaseの特異的活性は、正常細胞の4倍であり、T/t変異に対してホモ接合体の胚は正常なマルベリー段階および胚盤胞形成を経験できないため、細胞表面のGalTaseは胚細胞間の着床前相互作用および初期発生に関与している可能性があります。

• 受精中の機能

マウスの精子頭部のGalTaseは、ゾナペルシダ（ZP）上のオリゴ糖残基に結合でき、ゾナペルシダ糖タンパク質ZP3のオリゴ糖鎖は、ゾナペルシダが精子に結合する能力を与えます。さらなる研究により、GalTaseとZP3は実際には精子-卵子結合を媒介する補完的な配偶子受容体であることが確認されています。

まとめ

細胞表面のGalTaseは、細胞接着、移動、信号伝達および増殖制御において重要な生物学的機能を持ち、その作用の分子メカニズムは深く研究する価値があります。