γ-GT（ガンマグルタミルトランスフェラーゼ）

ガンマ-グルタミルトランスフェラーゼ（γ-GT、GGT、EC 2.3.2.2）は、グルタチオンなどの分子から、アミノ酸、ペプチドまたは水などの受容体へガンマ-グルタミル基を転移する反応を触媒する転移酵素である。γ-GTは、抗酸化分子であるグルタチオンの細胞内レベルを調節することによりガンマ-グルタミルサイクルにおいて中心的役割を担い、細胞のレドックス恒常性維持に不可欠な酵素である。γ-GTは肝機能障害の指標および飲酒量のマーカーとして広く用いられてきた。さらに、血清GGTと冠動脈性心疾患、2型糖尿病、脳卒中のリスクとの関連性の定義に関しても重要な進展が報告されている。

構造

細菌から哺乳類に至るまで、さまざまな由来のγ-GTの一次構造が同定されている。配列アラインメントから、これらの酵素（相同性>25%）において構造および機能が高度に保存されていることが示唆される。γ-GTのポリペプチド鎖は自己プロテオリシスにより大サブユニットと小サブユニットに切断される。両鎖の分子量は一般に、大サブユニットが38～72 kDa、小サブユニットが20～66 kDaの範囲にある。哺乳類では、大サブユニットは細胞内側のN末端配列、8残基からなる疎水性フラグメントによって膜に固定される単一の膜貫通ドメイン、ならびに小サブユニットと結合する大きな細胞外ドメインを有する。細胞外成分はパパイン処理により膜から分離可能である。疎水性アンカーは酵素活性に影響を与えることなく除去できる。

図1．大腸菌GGTの構造（Okada T. et al. 2006）

X線結晶構造解析はγ-GT研究において極めて重要な役割を果たしており、酵素機能および反応性の解明に不可欠な詳細な構造モデルを研究者に提供してきた。すべてのγ-GTは、類似した構造を示すN末端求核性加水分解酵素（N-terminal nucleophilic hydrolase）スーパーファミリーに属する。このスーパーファミリーのメンバーは、配列同一性がペアワイズで15%程度と低い場合がある一方で、共通の活性部位アーキテクチャ、三次および四次構造フォールドを共有する。求核性加水分解酵素の二次構造の主要要素は、長い4層のαββα構造であり、2枚の逆平行βシートが互いに密に配置され、αヘリックス層に挟まれている。中央のβシートサンドイッチでは、大サブユニットおよび小サブユニットの双方がストランドを提供する。これらは逆平行に配置され、2枚の中央シートのうち一方は概ね平坦であるのに対し、他方は末端でねじれを呈する場合がある。検討されたγ-GTでは、小サブユニットと大サブユニットが構造全体にわたり高度に絡み合っている。サブユニット間界面は、水素結合および疎水性相互作用の双方により安定化される。

機能

γ-GTの生理的機能に関するエビデンスは、状況証拠および直接的証拠の双方を含む複数の情報源から得られている。これには、組織化学的または免疫組織化学的方法により膜輸送部位で検出されるという酵素局在、アシビシンやセリン-ボレートなどのγ-GT阻害剤を用いた実験、細胞トランスフェクション、ノックアウト動物、ならびにγ-GT欠損のヒト被験者に関する知見、さらにグルタチオン状態の操作に対するγ-GT酵素活性、タンパク質量またはmRNA量の応答の検討が含まれる。

γ-GTの最も豊富な基質はグルタチオンであり、グルタチオンに関連する生理的役割は広範に検討されてきた。γ-GTに関する初期の観察の一つとして、その活性が腎臓や胆道系など輸送機能を有する組織で最も高いことが挙げられる。これにより、γ-GTが「ガンマ-グルタミルサイクル」を形成する一連の反応を介してアミノ酸輸送に重要な役割を果たすとの仮説が提唱された。γ-グルタミルサイクルは、細胞に対するシステインの継続的供給源としてグルタミン酸（GSH）を利用する。GSHは細胞質で合成された後、細胞外へ移送される。細胞外GSH代謝は、GSH分解経路の第一酵素であるγ-GTにより開始され、その後、膜結合ジペプチダーゼにより完結する。

図2．ガンマ-グルタミルサイクル（Castellano I. et al. 2013）

活性測定

γ-GTが触媒する反応は、グルタミン酸のγ-カルボキシル基を介して結合したグルタミル残基を、アミンまたは別のアミノ酸に結合させ、受容体へ転移するものである。γ-GT反応は一般に、ガンマ-グルタミル-X＋受容体 → ガンマ-グルタミル-受容体＋X の形をとり、ガンマ-グルタミル供与体または受容体として多様な化合物が関与し得る。ガンマ-グルタミル供与体のうち、最も重要な天然基質はグルタチオンであると考えられているが、γ-GT活性を簡便に測定するための人工基質も多数開発されている。これらには、ガンマ-グルタミル-β-ナフチルアミド、ガンマ-グルタミル-p-ニトロアニリド、ガンマ-グルタミル-3-カルボキシ-4-ニトロアニリドが含まれる。ニトロアニリドは発色性基質である利点があり、反応進行を連続的にモニタリングできる。カルボン酸型は、ガンマ-グルタミル-p-ニトロアニリドで生じる一部の溶解性制限を回避する。γ-GT活性は通常、Szaszの報告に基づく速度論的分光光度法により測定され、精度が高く低コストである。

免疫測定法や、蛍光に基づく高感度法も、特定用途向けとして報告されている。アイソザイム研究により、γ-GTの糖鎖組成の変化がリポタンパク質との会合に影響し、電気泳動パターンの変動を生じるとの結論が得られているが、技術的煩雑さおよび診断上の有用性を裏付けるエビデンス不足のため、アイソザイム解析は広くは用いられていない。

肝疾患

γ-GTは肝機能検査または肝酵素として検討され、導入された。Szczeklik et al.による初期の論文では、各種肝疾患における平均値が提示され、他の酵素と比較しつつ、血清γ-GTの経時的変化の例が示された。本検査は高感度であり、原因を問わず肝疾患患者の大多数で異常値を示すが、胆汁うっ滞患者ではより高値が認められる。一方で、血清γ-GT高値を来し得る疾患またはその他の状態（膵炎、糖尿病、肥満、過度の飲酒、酵素誘導薬の使用など）が広範に存在するため、特異性の欠如が課題である。

肝疾患評価における一般的使用に加え、GGTは複数の頻度の高い、または臨床的に重要な状況で評価されている。ポルフィリン症皮膚遅発型（PCT）では、GGT異常の有病率が非常に高い。PCTの治療によりGGTは低下し、その治療が禁酒または鉄除去、クロロキン、シメチジンによるものであっても、あるいはPCTの既知のリスク因子であるC型肝炎の治療後であっても同様である。一部のポルフィリン誘発性薬剤は、肝または血清GGTを上昇させる作用を有する。非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）は糖尿病および肥満と関連する肝疾患であり、アルコール性肝疾患と多くの特徴を共有する。本疾患の大多数の患者でGGTは上昇するが、診断的有用性はない。GGTに関連する主な関心は、本疾患がアルコールを伴わずにアルコール性肝疾患に類似する点、ならびにGGTと肥満、インスリン抵抗性、糖尿病、脂肪肝との疫学的関連の極端な一端を表している可能性がある点にある。

参考文献