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、EC1.1.3.6）は1943年に初めて発見され、フラボプロテインオキシドレダクターゼに属します。コレステロールオキシダーゼは主にコレステロールのC-3の脱水素反応を触媒します。さらに、コレステロールの脱水素化後にコレステロール-5-エン-3-オンからコレステロール-4-エン-3-オンへの異性化を触媒する異性化酵素でもあります。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触媒して最終生成物であるコレステロール-4-エン-3-オンと過酸化水素を生成する二機能酵素です。

分類

コレステロールオキシダーゼのフラビン補因子にはFAD（フラビンアデニンジヌクレオチド）とFMN（リボフラビン一リン酸）が含まれ、ほとんどの酵素の補因子はFADであり、現在FMNが補因子として見つかっている酵素は1つだけです。コレステロールオキシダーゼは主に2つのカテゴリに分けられます。クラスIコレステロールオキシダーゼでは、FADと酵素は非共有結合で結合しています。このクラスの酵素は、Streptomyces属、B. sterolicum、Rhodococcus equi、Mycobacterium spp. 由来のコレステロールオキシダーゼを含むグルコース-メタノール-コリンオキシドレダクターゼに属します。このような酵素とFADの間の密接な非共有結合特性に基づいて、小分子リガンドを設計して酵素を一度のステップで精製することができます。求核クロマトグラフィーの精製法は最終的に95%のタンパク質純度を達成できます。クラスIIコレステロールオキシダーゼでは、FADが酵素に共有結合しています。FADは、酵素タンパク質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、イソキサジン環のメチル基を介して共有結合しています。クラスIIコレステロールオキシダーゼの代表的なものは、R. erythropolis、Burkholderia spp. およびChromobacterium sp. であり、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ます。B. sterolicumのような一部の株は、同時に2つのクラスのコレステロールオキシダーゼを生成することができます。

出所

コレステロールオキシダーゼは一般的に細菌および放線菌から得られ、グラム陰性およびグラム陽性の細菌によって生成されます。上記の酵素を生成する微生物に加えて、近年ではB. subtilis、Enterococcus hirae、Pseudomonas aeruginosa、Chryseobacterium gleumなど、コレステロールオキシダーゼを生成する新しい株が多く発見されています。さらに、コレステロールオキシダーゼは親和性微生物にも存在することが確認されています。もちろん、これらのコレステロールオキシダーゼにも特性に対する好みがあります。たとえば、アルカロフィリック微生物由来の酵素の最適pHは10であり、中性コレステロールオキシダーゼの最適pHは一般的に約7です。

構造

コレステロールオキシダーゼは一般的に2つのドメイン、補因子結合ドメインと基質結合ドメインで構成されています。クラスIコレステロールオキシダーゼでは、補因子結合ドメインにGXGXGGA18XEの特徴的な配列が一般的に存在し、クラスIIコレステロールオキシダーゼの対応する特徴的な配列はGXGXXG19XD/Eです。2つのクラスの酵素の触媒中心の構造はかなり異なります。クラスIコレステロールオキシダーゼの場合、触媒中心は一般的にHis、Glu、Asnで構成され、クラスIIコレステロールオキシダーゼの対応する残基はArg、Glu、Asnです。

触媒メカニズム

コレステロールオキシダーゼの触媒プロセスは主に以下の2つのステップに分かれます。

(1) 脱水素化：コレステロールのC-3の水酸基はコレステロールオキシダーゼによって触媒的に酸化され、コレステロール-5-エン-3-オンを形成します。このプロセスでは、2つの酸化されたフラビン分子が触媒反応によって外部に転送された2つの電子によって還元されます。還元されたフラビン分子は酸素と反応して過酸化水素を形成し、酸化状態に戻ります。この段階の反応は、異種切断（ヒドラード転送）メカニズムに従います。

(2) 異性化：酸化された中間体コレステロール-5-エン-3-オンは、コレステロールオキシダーゼの触媒の下で異性化され、コレステロール-5-エン-3-オンを形成します。

図1. コレステロールオキシダーゼによって触媒される反応のメカニズム。（Kumari L. 2012）

脱水素化反応はこの触媒プロセスの速度制限ステップです。

応用

• 血清コレステロールレベルの検出

現在のヒト血清コレステロールの測定方法は酵素結合法です。近年、バイオニクスと材料科学の台頭により、この方法の医療検出分野での応用がさらに強化されています。たとえば、コレステロールオキシダーゼは材料の表面に固定することでコレステロールバイオセンサーにすることができます。バイオセンサーの応用は、酵素の利用効率を効果的に改善し、検出方法のコストを大幅に削減します。

• 害虫駆除

コレステロールオキシダーゼは、綿のボールワームの幼虫を効果的に殺すことができ、その生物活性はBacillus thuringiensisの殺虫タンパク質活性に匹敵します。コレステロールオキシダーゼは、一部の鱗翅目の幼虫の殺虫にも適用できます。殺虫メカニズムは、コレステロールオキシダーゼが幼虫の中腸の上皮細胞を溶解することによって虫を死に至らしめることを示しています。

• 抗生物質のターゲット

Rhodococcus equiは若い馬に感染する病原微生物です。さらに、これは人間にとっても条件付き病原体です。この微生物は、主にコレステロールオキシダーゼによって細胞膜構造を破壊することによって宿主細胞に侵入し、宿主細胞に侵入し、免疫不全患者に非常に有害です。コレステロールオキシダーゼは、他の人間に深刻な脅威を与える病原体であるMycobacterium tuberculosisによる人間の感染にも重要な役割を果たします。このプロセスでは、病原体のコレステロールオキシダーゼが最初にマクロファージの表面の抗体に結合することによって宿主細胞の防御システムを弱体化させます。したがって、コレステロールオキシダーゼは新しい抗生物質のスクリーニングのターゲットとして使用できます。このターゲットを選択する利点は、コレステロールオキシダーゼが哺乳類細胞に存在しないため、選択された抗生物質によって動物細胞が偶然に傷害を受ける可能性が非常に低いことです。

参考文献