COMT（カテコール-O-メチルトランスフェラーゼ）

カテコール-O-メチルトランスフェラーゼ（COMT、EC 2.1.1.6）は、内因性遺伝子により発現する第II相代謝酵素であり、カテコールアミン系神経伝達物質（ドパミン、エピネフリン、ノルエピネフリン）ならびにL-ドパ、カテコールエストロゲン、フラボノイド等のカテコール構造含有化合物の不活化に関与する。本酵素は、S-アデノシル-L-メチオニン（AdoMet）から供与されるメチル基をカテコールアミンへ転移する。COMTの代謝異常は、COMTがin vivoにおける化合物の代謝分解と密接に関連することから、一般にパーキンソン病、統合失調症、乳癌等の疾患リスク増加を誘発するとされる。末梢組織におけるCOMTの代謝能はおそらく非常に高く、COMTは誘導または抑制されにくいと考えられる。

分布

COMTは、植物、微生物、動物に広く存在するユビキタスな酵素である。哺乳類では、COMTは全身臓器に広く分布し、細胞内酵素であることが示唆されている。脳内のシナプス前ドパミン作動性ニューロンではCOMT活性は顕著ではない一方、シナプス後ニューロンでは一定の活性を示し、グリア細胞では高い活性を示す。さらに、シナプス前ドパミントランスポーターの発現が低い脳領域では、COMT依存性のドパミン分解が極めて重要である。ニューロンにおける重要性にもかかわらず、COMTは実際には主として肝臓で発現している。ラットおよびヒトのいずれにおいてもCOMT活性が最も高いのは肝臓であり、次いで腎臓、消化管（胃および腸）である。異なる哺乳類種由来のCOMT配列は高い相同性を有する。

分子構造

COMTは単一ドメインのα/βフォールド構造を有し、8本のαヘリックスが中央の混合βシートの周囲に配置されている。COMTの活性部位は、AdoMet結合ドメインおよび実際の触媒部位から構成され、基質、水、Mg²⁺の結合ならびにO-メチル化触媒に重要な複数のアミノ酸残基により形成される。水酸基の一方からプロトンを受容するリジン残基（Lys144）は、求核的メチル基転移反応における一般塩基触媒として機能する。

存在形態

COMTには2つの異なる形態が確認されている。可溶型（S-COMT）と膜結合型（MB-COMT）であり、いずれも2つの別個のプロモーターの作用により単一遺伝子からコードされる。可溶型COMTは221アミノ酸からなる一方、MB-COMTは、疎水性の膜アンカー領域を含む長いN末端延長部を有し、ヒトでは約50残基、ラットでは43残基分長い。近年、MB-COMTは粗面小胞体上に細胞内局在すること、S-COMTは主として細胞質に存在し、一部は核内にも存在することが示された。脊椎動物では、COMTタンパク質は大部分が可溶型として存在し、特定の形態は少量にとどまる。複数の細胞内コンパートメントにおけるCOMTの分布様式は、異なる基質のメチル化に対するS-COMTおよびMB-COMTの寄与が、酵素の速度論的特性と基質の細胞内分布の双方に依存し得ることを示唆する。

触媒機構

COMTはMg²⁺存在下で、AdoMetのメチル基をカテコール基質または置換カテコールの水酸基の一方へ転移する。この反応は、カテコール基質の水酸基の一方がAdoMetのメチル炭素へ直接求核攻撃する、緊密なS_N2様遷移状態を介する機構と考えられており、Mg²⁺はAdoMet付加に先立ち、迅速平衡下でMB-COMTおよびS-COMTの双方に結合する（図1）。さらに、逐次順序機構の検討から、補酵素AdoMetが最初に酵素へ結合し、次いでMg²⁺が結合すること、Mg²⁺の結合は水酸基のイオン化を促進する点で有益であること、その後にカテコール基質が結合し、最終生成物であるS-アデノシル-L-ホモシステイン（AdoHcy）が最後に酵素から解離することが示唆されている（図2）。触媒にはMg²⁺の存在が必須であり、Cd²⁺、Hg²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等の他の二価カチオンもメチル化を促進する。COMTはカテコールの2つの水酸基のうち一方のみをメチル化し、O-メチル化は主として3位水酸基（meta位）で起こる。同時に、O-メチル化は実験条件およびカテコール基質の側鎖の性質にも依存し、4位メチル化（para位）カテコールが種々の割合で生成する。可溶型および膜結合型COMTの速度論的機構は同一であることが示されている一方、S-COMTとMB-COMTは明確に異なる酵素であり、MB-COMTはS-COMTの前駆体ではない。

図1．提案されているCOMTの触媒機構。（Männistö P T；et al．1999）

図2．COMTの逐次順序機構。（E＝酵素；S＝カテコール基質；P＝メチル化カテコール生成物）。（Lotta T；et al．1995）

機能

COMTの一般的機能は、生理活性または毒性を有するカテコール類およびその他の水酸化代謝物の分解である。COMTが触媒する特異的反応には、(1) ドパミン→3-メトキシチラミン、(2) DOPAC→HVA（ホモバニリン酸）、(3) ノルエピネフリン→ノルメタネフリン、(4) エピネフリン→メタネフリン、(5) ジヒドロキシフェニルエチレングリコール（DOPEG）→メトキシヒドロキシフェニルグリコール（MOPEG）、(6) 3,4-ジヒドロキシマンデル酸（DOMA）→バニリルマンデル酸（VMA）が含まれる。胎盤に存在するCOMTは、妊娠第1三半期において、活性化された水酸化化合物による有害作用から発生中の胚を保護する。COMTはまた、外因性化学物質（キセノバイオティクス）の有害作用から血液および他組織を防御することにより、血液と他組織の間の酵素的解毒バリアとして機能する。COMTはドパミン作動性トーンを調節し得るため、腎臓および腸管において特有または間接的な機能を担う。これは脳においても同様に成立し得て、活性COMTが脳の各部位における活性ドパミンおよびノルエピネフリン量を調節し、気分ならびにその他の精神過程と関連する可能性がある。

参考文献