CHOD

コレステロールオキシダーゼ（3β-ヒドロキシステロールオキシダーゼ、ChOx、EC 1.1.3.6）は1943年に初めて発見され、フラボタンパク質酸化還元酵素に分類される。コレステロールオキシダーゼは主としてコレステロールのC-3位の脱水素反応を触媒する。さらに、コレステロールの脱水素後に、コレスト-5-エン-3-オンをコレスト-4-エン-3-オンへ異性化する異性化酵素としても機能する。したがって、コレステロールオキシダーゼは、コレステロールを基質として最終生成物であるコレスト-4-エン-3-オンおよび過酸化水素を生成する二機能性酵素である。

分類

コレステロールオキシダーゼのフラビン補欠分子族にはFAD（フラビンアデニンジヌクレオチド）およびFMN（リボフラビン一リン酸）が含まれる。大多数の酵素では補欠分子族はFADであり、現時点でFMNを補欠分子族とする酵素は1種類のみが報告されている。コレステロールオキシダーゼは大きく2つのクラスに分類される。クラスIコレステロールオキシダーゼでは、FADは酵素と非共有結合で結合している。このクラスの酵素はグルコース‐メタノール‐コリン酸化還元酵素群に属し、Streptomyces sp、B. sterolicum、Rhodococcus equi、Mycobacterium spp. 由来のコレステロールオキシダーゼが含まれる。これらの酵素はFADとの強固な非共有結合性を有するため、小分子リガンドを設計することでワンステップでの酵素精製が可能である。求核性クロマトグラフィーによる精製法では、最終的にタンパク質純度95%を達成できる。クラスIIコレステロールオキシダーゼでは、FADは酵素に共有結合している。FADは、イソアロキサジン環上のメチル基を介して、酵素タンパク質中のヒスチジン残基のイミダゾール環のND原子またはNE原子に共有結合する。クラスIIコレステロールオキシダーゼの代表例としては、R. erythropolis、Burkholderia spp. および Chromobacterium sp. 由来のものが挙げられ、これらはバニリルアルコールオキシダーゼ（VAO）としても知られている。B. sterolicum など一部の菌株は、2つのクラスのコレステロールオキシダーゼを同時に産生し得る。

由来

コレステロールオキシダーゼは一般に細菌および放線菌に由来し、グラム陰性菌およびグラム陽性菌の双方で産生される。上記の酵素産生微生物に加え、近年、B. subtilis、Enterococcus hirae、Pseudomonas aeruginosa、Chryseobacterium gleum など、コレステロールオキシダーゼを産生する新規菌株が多数見出されている。さらに、好冷性微生物においてもコレステロールオキシダーゼの存在が確認されている。これらのコレステロールオキシダーゼはそれぞれ特性に偏り（至適条件の違い）を有する。例えば、好アルカリ性微生物由来酵素の至適pHは10であり、中性域のコレステロールオキシダーゼの至適pHは一般に約7である。

構造

コレステロールオキシダーゼは一般に、補欠分子族結合ドメインおよび基質結合ドメインの2つのドメインから構成される。クラスIコレステロールオキシダーゼでは、補欠分子族結合ドメインにGXGXGGA18XEという特徴的配列が一般に存在する。クラスIIコレステロールオキシダーゼにおける対応する特徴的配列はGXGXXG19XD/Eである。両クラスの酵素では触媒中心の構造が大きく異なる。クラスIコレステロールオキシダーゼでは触媒中心は一般にHis、Glu、Asnから構成されるのに対し、クラスIIコレステロールオキシダーゼでは対応する残基はArg、Glu、Asnである。

触媒機構

コレステロールオキシダーゼの触媒過程は主として以下の2段階に分けられる。

(1) 脱水素反応：コレステロール炭素骨格のC-3位の水酸基がコレステロールオキシダーゼにより触媒的に酸化され、コレスト-5-エン-3-オンが生成する。この過程では、触媒反応により放出される2電子が移動し、酸化型フラビン分子が還元される。還元型フラビン分子は酸素と反応して過酸化水素を生成し、再び酸化型へ戻る。本段階の反応は不均一開裂（ヒドリド移動）機構に従う。

(2) 異性化反応：酸化中間体であるコレスト-5-エン-3-オンは、コレステロールオキシダーゼの触媒作用下で異性化し、コレスト-5-エン-3-オンを形成する。

Figure 1. コレステロールオキシダーゼにより触媒される反応機構。（Kumari L. 2012）

脱水素反応は本触媒過程における律速段階である。

用途

• 血清コレステロール値の測定

現在、ヒト血清コレステロールの定量には酵素カップリング法が用いられている。近年、バイオニクスおよび材料科学の進展により、本手法の医療検査分野での応用はさらに強化されている。例えば、コレステロールオキシダーゼを材料表面に固定化することでコレステロールバイオセンサーを作製できる。バイオセンサーの適用により、酵素の利用効率を効果的に向上させ、測定法のコストを大幅に低減できる。

• 害虫防除

コレステロールオキシダーゼはワタアカミムシ（cotton bollworm）幼虫を効果的に致死させ、その生物活性は Bacillus thuringiensis の殺虫タンパク質活性に匹敵する。コレステロールオキシダーゼは一部の鱗翅目幼虫の駆除にも適用可能である。殺虫機構としては、コレステロールオキシダーゼが幼虫中腸の上皮細胞を溶解させることにより致死に至らせることが示されている。

• 抗菌薬標的

Rhodococcus equi は幼若馬に感染し得る病原微生物であり、ヒトに対しても日和見病原体である。本微生物は主としてコレステロールオキシダーゼにより細胞膜構造を破壊することで宿主細胞へ侵入し、免疫不全患者に対して極めて有害である。コレステロールオキシダーゼは、ヒトに重大な脅威をもたらす別の病原体である Mycobacterium tuberculosis による感染においても重要な役割を果たす。この過程では、病原体のコレステロールオキシダーゼがまずマクロファージ表面の抗体に結合し、宿主細胞の防御機構を弱体化させる。したがって、コレステロールオキシダーゼは新規抗菌薬のスクリーニング標的として利用できる。本標的を選択する利点は、哺乳類細胞にはコレステロールオキシダーゼが存在しないため、選択された抗菌薬による動物細胞への偶発的障害の可能性が極めて低い点にある。

参考文献