キモパパイン

関連する読書

キモトリプシンは膵臓から分泌されるタンパク質分解酵素であり、変性タンパク質を迅速に分解することができます。作用および用途はトリプシンに類似しており、トリプシンよりも分解能が強く、毒性が低く、副作用も少ないとされています。キモトリプシンは用途が広く、捻挫、中耳炎、鼻炎、副鼻腔炎、咽頭炎、肺膿瘍等の治療にも使用されます。術後炎症、外傷、血腫および膿瘍に対して使用でき、気管切開時にも用いられます。喀痰過多の患者に対しては、喀痰の喀出を容易にする効果が期待されます。

図1．キモトリプシンのタンパク質構造。

構造

キモパパインのザイモーゲンは全352残基から構成され、分子量は約23.78 kDaです。前駆体鎖には3つの異なる領域が識別されます。最初の18アミノ酸は、ゴルジ体によるソーティングの際に細胞内での最終局在を指示するソーティングシグナルとして機能します。この最終局在は未だ十分に解明されていませんが、他のPLCPはリソソームおよびその他の酸性化小胞に存在し、キモパパインも同様の小胞内に存在すると考えられています。キモパパインは細胞外へ分泌されることも知られています。第2領域は19～134残基からなり、細胞内で最終局在に到達した後、活性化に伴って除去されるプロペプチドを形成します。この領域は、小胞体における適切なフォールディングを可能にし、基質により至適pHが3.5～10の範囲で変動することから、異なる酸性条件下で鎖を安定化させます。したがって、低pH条件で機能し得ることは、キモパパインがリソソームに存在し得るという仮説を支持します。プロペプチドは、基質が活性部位へ進入するのを妨げるように折りたたまれており、切断されるまでタンパク質分解活性を阻害します。残りの領域（135～352残基）がキモパパインの成熟鎖を構成します。この領域では、Cys159、His293およびAsn313の3残基が特に重要であり、これらが本酵素の触媒三残基（catalytic triad）を形成します。

機能

PLCP群の他の酵素と同様に、キモパパインはシステインプロテアーゼです。プロテアーゼは、タンパク質を構成する残基間のペプチド結合を加水分解する酵素です。各加水分解反応では水分子が放出されます。具体的にシステインプロテアーゼは、システイン残基のチオール基を求核剤として用い、ペプチド結合を切断する酵素です。加水分解には酵素の触媒三残基全体が関与し、システイン（Cys159残基）、ヒスチジン（His203残基）、および第3残基（一般にアスパラギンであり、具体的にはAsn313残基）から構成されます。反応に用いられる官能基は、システインのチオール基およびヒスチジンのイミダゾリウム環です。アスパラギン残基は、ヒスチジンのイミダゾリウム環の配向を担います。

用途

キモパパインは、化学的髄核融解術（chemonucleolysis：経皮的椎間板摘出術の一種）で使用される基質の一つです。本法は、原発性腰椎椎間板疾患を非外科的に治療する新たな提案として導入されました。実際の治療は、椎間板の脱出した髄核を溶解する目的で、タンパク質分解酵素を注射することから成ります。精製キモパパインは注射剤の主成分であり、基本的に5 mL中20 mgで構成されます。本剤は、凍結乾燥製剤10,000単位を含むバイアルとして供給され、エデト酸二ナトリウム0.37 mg、塩酸システイン一水和物3.5 mg、および亜硫酸水素塩1.0 mgを含有します。これらはいずれも安定化剤および活性化剤として機能します。水酸化ナトリウムは溶液のpH調整に用いられます。その後、注射剤は滅菌水5 mLで溶解（復水）します。

参考文献

1. Groleau D.; et al. Enzymatic hydrolysis of agar:purification and characterization of beta neoagarotetraose hydrolase from Pseudomonas atlantica. Can J Microbiol, 1977, 23(6): 672-697.
2. Bibb M J.; et al. The Chymopapain gene(dag A) of Streptomyces coelicolor A3(2): affinity purification and characterization of the cloned gene product. J Gen Microbiol, 1987, 133(Pt 8):2 089-2 096.