CBS

シスタチオニン-β-シンターゼ (CBS) は、in vivo ホモシステイン (Hcy) のトランスサルフリュレーション経路代謝における重要な酵素です。CBS の活性が低下すると、Hcy の異常な増加が引き起こされ、ハイパーホモシステイン血症 (HHcy) になります。HHcy は動脈硬化 (AS) の形成に関与し、心血管疾患の新しい独立したリスク因子です。1960年代に Mc Cully によって発見されたように、CBS 欠損症 (先天性またはシスチン尿症のホモ接合体) の患者は、若い頃に AS を持ち、すぐに死亡することが多いことがわかりました。CBS と HHcy および AS の関係の研究は、引き続き深まっています。

構造

CBS は細胞質に局在し、63 kDa のサブユニットからなるホモテトラマーです。CBS は、ピリドキサールリン酸 (PLP) 依存性酵素の β ファミリーに属するヘモグロビンタンパク質です。各サブユニットは、ヘモグロビンと PLP の 2 つの補因子に結合します。ヒトの CBS には、ヘモグロビン結合領域、高度に保存された触媒ドメイン、および調節ドメインが含まれています。ヘモグロビンは、N-末端の最初の 70 アミノ酸残基に結合し、Cys52 および His65 がヘム鉄結合残基です。高度に保存された触媒ドメインは、アミノ酸残基 40 から 413 に位置し、45 kDa の活性中心を形成できます。この領域の Lys119 残基は PLP 結合残基であり、PLP は CBS 触媒反応に必要です。C-末端の 140 アミノ酸残基からなる調節ドメインは、ヒト CBS テトラマーの形成と酵素の活性化に重要な役割を果たします。この領域には、アデノシルメチオニン (AdoMet) 結合部位の自己抑制領域がアミノ酸残基 421 から 468 に存在します。AdoMet はメチオニン代謝における重要な調節ハブです。これは CBS のアロステリック活性化因子であり、また 5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸還元酵素 (MTHFR) およびベタイン-ホモシステインメチルトランスフェラーゼ (BHMT) による触媒反応のアロステリック阻害因子でもあります。

触媒メカニズム

Hcy は硫黄を含むアミノ酸で、メチオニンの脱メチル化によって形成され、その代謝にはトランスサルフリュレーション経路とメチル化経路の 2 つの経路があります。CBS はトランスサルフリュレーション経路の重要な酵素です。PLP が補酵素として参加する下で、CBS は β-置換反応を触媒し、Hcy とセリンの縮合を媒介してシスタチオニンを生成します。シスタチオニンは、シスタチオニン-γ-リアーゼ (CSE) の作用によってさらにシステイン α-ケトブチル酸に変換されます。ヒトの体内では、約 53% の Hcy が CBS と CSE によって不可逆的にシステインに変換されます。メチル化経路は、Hcy が葉酸とビタミン B₁₂ の助けを借りてメチオニンを再合成することです。上記の 2 つの経路は主に AdoMet 濃度に依存して大まかなバランスを調整しており、CBS 活性の低下はトランスサルフリュレーション経路の失敗によって引き起こされる HHcy につながる可能性があります。

影響因子

まず、アロステリック活性化因子です。AdoMet は CBS のアロステリック活性化因子であり、その活性を 2 倍から 5 倍に増加させます。活性化メカニズムは、AdoMet が誘導する C-末端調節ドメインの自己抑制領域の空間的構造変化に関連している可能性があります。次に、補因子です。ヘモグロビンはレドックスセンサーであり、そのレドックス状態は CBS 活性の変化を引き起こす可能性があります。したがって、ヘモグロビンのレドックス状態に変化を引き起こすことができる補因子は、CBS 活性に影響を与える可能性があります。三つ目は、CBS の遺伝子変異です。CBS 遺伝子の変異は、酵素の安定性、補因子および基質への酵素の結合、アロステリック因子の調節の破壊に変化を引き起こし、酵素活性に影響を与える可能性があります。これまでに、132 の CBS 遺伝子変異が発見されており、主にエクソン 3 およびエクソン 8 に存在します。これらのほとんどはミスセンス変異であり、次に欠失変異、挿入変異、スプライシング変異が続きます。

関連疾患

CBS 遺伝子の変異は CBS 活性の低下と HHcy の形成を引き起こし、HHcy は AS の形成に関与します。現在、ほとんどの臨床および疫学的研究は、tHcy のレベルが頸動脈、冠動脈、および末梢動脈の動脈硬化の程度に関連していることを示しています。以下の側面から AS の形成に関与する可能性があります。まず、内皮細胞を損傷します。金属イオン (Fe³⁺ または Cu²⁺) の存在下で、Hcy はチオール基を介して自己酸化を受けます。そして生成された反応性酸素、例えば過酸化水素 (H₂O₂)、スーパーアニオン (O_2-)、および OH^- などが酸化ストレスを誘発し、内皮細胞の損傷を引き起こします。次に、血管平滑筋細胞の増殖を刺激します。カタラーゼの存在下での血管平滑筋細胞 (VSMC) 培養媒体に 1.0 mmol/L の Hcy を添加すると、DNA 合成が 1.5 倍増加し、VSMC が 2 倍増加しました。その細胞および分子メカニズムは、Hcy による H₂O₂ 非依存的経路の活性化および細胞増殖応答を引き起こす MAPK の活性化に関連している可能性があります。活性化された MAPK が細胞増殖応答を引き起こし、VSMC コラーゲンの合成を促進し、AS の進行を加速します。三つ目は、血小板を活性化し、血栓症を促進します。Hcy は血小板を活性化し、血小板濃度依存的 L-アルギニンの取り込みを減少させ、NO 合成を減少させます。Hcy はまた、アデノシン二リン酸 (ADP) 酵素活性を抑制し、ADP の分解を減少させ、ADP の凝集を増加させ、血小板の接着と凝集を強化し、したがって血栓症を促進します。四つ目は、炎症因子の活性化です。AS は慢性炎症性疾患です。細胞培養実験では、Hcy が単球走化因子 (MCP-1) の発現を増強し、MCP-1 が単球と内皮の結合を強化し、皮下スペースの充填を促進して AS の発展を加速することが示されました。