ACY1

アシラーゼI（AA1、アミノアシラーゼI）は、幅広い基質に対して脱アセチル化を行うアミノアシラーゼファミリーに属する酵素である。細胞質に局在するホモ二量体の亜鉛結合性金属酵素であり、セリン、アラニン、グリシン、メチオニン、グルタミン酸、ロイシン、バリンのN-アセチル化誘導体を含むL-アミノ酸のN-アシル基の加水分解を触媒する。

分類

アシラーゼIはアミノアシラーゼに分類される。アミノアシラーゼは4群に分類されており、アシラーゼI（EC 3.5.1.14、N-アシルアミノ酸ヒドロラーゼ）、アスパルトアシラーゼ（EC 3.5.1.15、N-アセチル-L-アスパラギン酸アミドヒドロラーゼ）、アシルリジンアシラーゼ（EC 3.5.17、N-アセチル-L-リジンアミドヒドロラーゼ）、およびアシラーゼIIIからなる。アシラーゼIは脂肪族N-アシル-R-アミノ酸に対して基質選好性を示す。アスパルトアシラーゼおよびアシルリジンアシラーゼは、それぞれN-アセチル-L-アスパラギン酸およびN-アセチル-L-リジンに選択的である。アシラーゼIIIはN-アシル芳香族アミノ酸に対して選好性を示す。アシラーゼIは、亜鉛含有のホモ二量体タンパク質（サブユニットのMr 43,000）として十分に特性解析されている。一方、アシラーゼIIIは詳細な検討がなされていない。アシラーゼIおよびIIIは、ウサギ、ラット、モルモットにおける生体内（in vivo）で観察される外因性化学物質（ゼノバイオティクス）由来メルカプツール酸（S-置換-N-アセチル-L-システイン）の加水分解を、またウサギ、ラット、モルモットの腎臓および肝臓組織抽出物においても触媒し得ると考えられている。

生物学的機能

各種タンパク質の細胞内異化（カタボリズム）に関する研究は多数行われている一方で、さまざまな細胞株において可溶性タンパク質総量の50～80%に達し得るN-アシル化タンパク質の分解については、現時点で知見が限られている。研究者らは、N-アシル化タンパク質の異化過程の最終段階は、相補的な2種の酵素の協働作用による可能性を示唆している。すなわち、対応するN-アシルペプチドからN-アシルアミノ酸を生成するN-アシルペプチドヒドロラーゼと、遊離のN末端アミノ酸を放出するアシラーゼである。近年、アシラーゼは一部のゼノバイオティクスの生体内活性化（バイオアクティベーション）に関与し得ること、ならびにゼノバイオティクス由来アミノ酸抱合体の臓器間プロセシングに関与し得ることが示唆されている。さらに、ブタ由来の腸および腎臓アシラーゼIは、水系媒体中でN-アシル-L-メチオニン誘導体の合成を触媒する用途に成功裏に用いられており、このことは、アシラーゼIが生体内（in vivo）におけるタンパク質アシル化にも関与し、アセチルトランスフェラーゼとともにアシル化過程に寄与する可能性を示している。

アシラーゼIによるNACの脱アセチル化

N-アシル-L-アミノ（NAC）酸の脱アシル化はアミノアシラーゼにより触媒される。NACは、化学予防および治療効果を有する抗酸化物質であり、臨床的にはアセトアミノフェン中毒ならびにうっ血性および閉塞性肺疾患の管理に用いられている。NACは抗酸化物質として直接作用し得るほか、L-システインのプロドラッグとして機能し、グルタチオン合成を支持する可能性がある。NACはHIV-1感染症の治療への適用が提案されているものの、AIDS患者に対するNAC投与では、血漿または末梢血単核細胞におけるグルタチオン濃度の上昇は認められなかった。NACは単離肝細胞において脱アセチル化され、当該細胞におけるグルタチオン合成を支持する。また、ヒト内皮細胞、ラット肺・腸・肝のホモジネート、およびヒト肝ホモジネートは、NACの脱アセチル化を触媒する。

アシラーゼI欠損症

EBV形質転換リンパ芽球において、アミノアシラーゼI活性の欠損が認められた。活性消失はアミノアシラーゼIタンパク質量の低下に起因していた。アミノアシラーゼIのmRNA量も低下していた。コード領域であるACY1遺伝子のDNAシーケンス解析により、ホモ接合性のc.1057 C > T置換が認められ、p.Arg353Cys置換が予測された。

アミノアシラーゼI欠損症患者では、セリン、グルタミン酸、アラニン、メチオニン、グリシンの誘導体を含む高濃度のN-アセチル化アミノ酸が検出され、さらにスレオニン、ロイシン、バリン、イソロイシンの少量も認められた。内在性タンパク質の細胞内異化に関与することが知られているタンパク質分解系のうち、N-アセチル化タンパク質の細胞内異化はATP-ユビキチン依存性プロテアソームにより媒介される。この巨大複合体はタンパク質を5～30残基長のペプチドへ分解する。続いて、N-アセチル化ペプチドはアシルペプチドヒドロラーゼにより切断され、N-アセチル化アミノ酸と、より短い遊離ペプチドが放出される。次段階として、アミノアシラーゼIがN-アセチル化アミノ酸を加水分解し、酢酸と遊離アミノ酸へと変換する。

用途

アミノアシラーゼは多様な植物、動物、微生物に広く存在し、これら酵素の多くは金属ペプチダーゼM20ファミリーに分類される。アシラーゼIは生体におけるアミノ酸代謝の重要酵素であり、工業的応用およびキラル特異性により、バイオテクノロジー分野で利用される主要10酵素の一つとされる。アシラーゼIの代表的な供給源はブタ腎臓およびAspergillus oryzae、Aspergillus melleusなどの糸状菌である。アシラーゼIは入手容易で低コストの酵素であり、主としてN-アセチル誘導体から光学純度の高いL-アミノ酸（エナンチオピュアL-アミノ酸）を工業的に製造する目的で用いられるが、天然および非天然アミノ酸のエステルおよびアミドを高いエナンチオ選択性で加水分解することが示されている。アシラーゼIは、N-アセチル-DL-アミノ酸を不斉加水分解し、L-アミノ酸と未加水分解のN-アセチル-D-アミノ酸を生成する。さらに、アシラーゼIは有機溶媒系におけるアルコールおよびアミンのエナンチオ選択的アシル化にも成功裏に適用されている。

参考文献