APRT

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序論

APRTは、アデニンから5′-アデノシンを回収するプリン救済酵素である。APRT欠損症では、アデニンがキサンチン脱水素酵素（キサンチンオキシダーゼとも呼ばれる）によりDHAへと変換される。DHAは腎臓で排泄されるが、尿中では大部分が難溶性であり腎尿細管に沈着して、閉塞性腎症および結晶性腎症を引き起こす。

構造

APRTは、各モノマー179アミノ酸残基からなるホモ二量体である。ヒトAPRTにおける残基A131、L159、V25およびR27はプリン特異性に重要である。基質アデニンおよびPRPPを含むAPRTの触媒部位が解明されている。フード（hood）はプリン特異性に重要であると考えられ、柔軟なループは活性部位内に分子を保持すると考えられている。コア領域は多くのAPRTで高度に保存されている。一方、アデニン結合部位を含むフード領域は酵素ファミリー内で変動が大きい。13残基モチーフはPRPP結合領域を含み、隣接する2つの酸性残基と、少なくとも1つの周辺疎水性残基が関与する。

図1. APRTの構造。

機能

APRTは、プリン塩基を対応するヌクレオチドへ変換するMg²⁺依存性反応を触媒する。植物、哺乳類、寄生性原虫を含む多様な生物に存在する。APRTは、ミトコンドリア基質で酸化的リン酸化により産生されたATPを内膜を介してミトコンドリアへ輸送し、さらにADFをミトコンドリアからミトコンドリアへ輸送する。したがって、APRTはミトコンドリアのエネルギー産生過程と細胞のエネルギー消費過程を結び付けるだけでなく、組織細胞のエネルギー産生にも影響し、ひいては組織細胞の機能に影響を及ぼす。

作用機序

APRTは、三者複合体の形成を伴う二重順序型逐次機構により反応が進行する。酵素はまずPRPPに結合し、次いでアデニンに結合する。ホスホリボシル基転移が起こった後、最初にピロリン酸が遊離し、続いてAMPが遊離する。速度論的研究により、ホスホリボシル基転移は比較的速い一方、生成物の遊離（特にAMPの遊離）が律速であることが示されている。ヒトAPRTでは、アデニンのN9プロトンがGlu104により引き抜かれ、酸素–炭素遷移状態が形成される。これが求核試薬として作用し、PRPPのヘテロカプシド炭素を攻撃してAMPを形成し、PRPPからピロリン酸を置換する。APRTの機構は一般に他のAPRTと整合しており、SN1またはSN2攻撃により窒素求核試薬を用いてPRPPからα-1-ピロリン酸を置換する能力を保持している。

疾患

APRT欠損症（APRTD）は、APRT遺伝子の変異に起因する稀な常染色体劣性遺伝の代謝性疾患である。APRTはプリン代謝酵素であり、アデニンと5-ホスホリボシル-1-ピロリン酸（PRPP）から5′-アデノシン一リン酸（5′-AMP）およびピロリン酸（PP）を生成する反応を触媒する。完全なAPRT欠損の患者では、アデニンがキサンチンオキシダーゼ（XO）により高度に難溶性で腎毒性を有する誘導体2,8-ジヒドロキシアデニン（2,8-DHA）へ酸化され、尿細管内での結晶沈着により尿路結石症および腎不全を来す。APRT遺伝子は染色体16q24に位置し、全長約2.6 kbで、5つのエクソンと4つのイントロンを含み、180アミノ酸残基からなるタンパク質をコードする。ヒト酵素は赤血球を含む多様な細胞型に存在し、分子量約19,481 Daの同一サブユニット2つからなるホモ二量体である。現在、選択的スプライシングにより2つのアイソフォームが産生されており、アイソフォーム1（P07741-1）およびアイソフォーム2（P07741-2）がある。アイソフォーム1は「カノニカル」アイソフォームとみなされている。