γ-GT

ガンマ-グルタミル転移酵素（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、水などの受容体にガンマ-グルタミル基を転移する触媒である。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重要な役割を果たし、細胞のレドックス恒常性を維持するための重要な酵素である。γ-GTは、肝機能障害の指標およびアルコール摂取のマーカーとして広く使用されている。また、血清GGTと冠動脈疾患、2型糖尿病、脳卒中のリスクとの関連性の定義においても重要な進展があった。

構造

さまざまな供給源からのγ-GTの一次構造が特定されており、細菌から哺乳類までの範囲がある。配列アラインメントは、これらの酵素における構造と機能の強い保存を示しており、25％以上の同一性を共有している。γ-GTポリペプチド鎖は、大サブユニットと小サブユニットに自動プロテオリティック切断を受ける。2つの鎖の分子量は、大サブユニットで一般的に38〜72 kDa、小サブユニットで20〜66 kDaの範囲にある。哺乳類では、大サブユニットには細胞内N末端配列、膜に8残基の疎水性断片によって固定された単一の膜貫通ドメイン、および小サブユニットと結合する大きな細胞外ドメインがある。細胞外成分は、パパイン処理によって膜から分離できる。疎水性アンカーは、酵素活性に影響を与えずに除去できる。

図1. E. coli GGTの構造。(Okada T. et al. 2006)

X線結晶構造解析は、γ-GTの研究において重要な役割を果たし、研究者に酵素の機能と反応性を明らかにするために不可欠な詳細な構造モデルを提供している。すべてのγ-GTは、類似の構造を示すN末端核親和性加水分解酵素のスーパーファミリーに属している。このスーパーファミリーのメンバーは、共通の活性部位の構造、三次元および四次元の折りたたみを共有しているが、ペアごとの配列同一性は15％まで低下することがある。核親和性加水分解酵素の二次構造の主な要素は、長い4層のαββα構造であり、2つの逆平行βシートが互いに密接に配置され、αヘリカル層の間に挟まれている。中央のβシートサンドイッチでは、大サブユニットと小サブユニットの両方がストランドを提供している。これらは逆平行の配置で並んでおり、2つの中央シートのうちの1つは本質的に平坦であり、もう1つは端でねじれている可能性がある。研究されたγ-GTでは、小サブユニットと大サブユニットは構造全体で高度に絡み合っている。サブユニット間のインターフェースは、水素結合と疎水性接触の両方によって安定化されている。

機能

γ-GTの正常な機能に関する証拠は、いくつかの情報源から得られており、一部は間接的であり、一部は直接的である。これには、組織化学的または免疫組織化学的手法によって検出された膜輸送部位での酵素の位置、アシビシンやセリン-ボレートなどのγ-GT阻害剤を使用した実験、細胞トランスフェクション、ノックアウト動物、γ-GT欠損のある人間の被験者の研究、グルタチオン状態の操作に対するγ-GT酵素、タンパク質、またはmRNA濃度の反応の研究が含まれる。

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調査されている。γ-GTに関する初期の観察の1つは、その活性が腎臓や胆道系などの輸送機能を持つ組織で最も高いことであった。これにより、γ-GTがアミノ酸の輸送に重要な役割を果たすという提案がなされた。「ガンマ-グルタミルサイクル」を形成する一連の反応を通じて行われる。ガンマ-グルタミルサイクルは、細胞にとってシステインの連続供給源としてグルタミン酸（GSH）を利用する。これは細胞質で合成され、その後細胞外に移動される。細胞外GSH代謝は、GSH分解経路の最初の酵素であるγ-GTによって開始され、その後膜ジペプチダーゼによって完了する。

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によって触媒される反応は、グルタミン酸のガンマカルボン酸を介してアミンまたは別のアミノ酸に結合したグルタミル残基を受容体に転移することである。γ-GT反応は一般的に次の形を取る：ガンマ-グルタミル-X + 受容体 → ガンマ-グルタミル-受容体 + Xであり、さまざまな化合物がガンマ-グルタミル供与体または受容体として参加できる。ガンマ-グルタミル供与体の中で、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活性の便利な測定のためにいくつかの人工基質が開発されている。これには、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、色素基質である利点があり、反応の進行を継続的に監視できる。カルボン酸は、ガンマ-グルタミル-p-ニトロアニリドで発生するいくつかの溶解性の制限を回避する。γ-GT活性は、Szaszの研究に基づく動的分光光度法によって通常測定され、精度が高く、安価である。

免疫測定法や蛍光に基づく高感度法も特別な用途のために記述されている。アイソ酵素の研究は、γ-GTの炭水化物組成の変化がリポタンパク質との関連に影響を与え、電気泳動パターンに変動をもたらすという結論に至ったが、アイソ酵素分析は技術的な不便さと診断的有用性の証拠の欠如のために広く使用されていない。

肝疾患

γ-GTは肝機能検査または肝酵素として調査され、採用された。Szczeklik et al.による初期の論文では、さまざまな肝疾患の平均値が示され、時間とともに血清γ-GTの変化の例が示され、他の酵素と比較されている。これは敏感なテストであり、原因に関係なくほとんどの肝疾患患者で異常であるが、胆汁うっ滞のある患者ではより高い値が見られる。問題は、膵炎、糖尿病、肥満、過度のアルコール摂取、酵素誘導薬の使用など、高い血清γ-GTを引き起こす可能性のあるさまざまな疾患や他の状態があるため、特異性が欠如していることである。

肝疾患の評価における一般的な使用に加えて、GGTは多くの一般的または重要な臨床設定で評価されている。ポルフィリア・クチネア・タルダ（PCT）では、異常なGGTの非常に高い有病率がある。PCTの治療によりGGTは減少し、治療がアルコールの禁忌または鉄の除去、クロロキン、シメチジン、またはPCTの既知の危険因子であるC型肝炎の治療によるものであっても同様である。一部のポルフィリン生成薬は、肝臓または血清GGTを増加させる効果がある。非アルコール性脂肪肝炎（NASH）は、糖尿病および肥満に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している。この状態のほとんどの患者ではGGTが増加するが、診断的な使用にはならない。GGTに関連する主な関心は、この状態がアルコール性肝疾患に似ているがアルコールがないことであり、GGTと肥満、インスリン抵抗性、糖尿病、脂肪肝との間の疫学的関連の極端な端を表す可能性があることである。

参考文献