クレアチナーゼ

クレアチナーゼは、クレアチンの加水分解を触媒し、尿素およびサルコシンを生成する。現在、クレアチナーゼの存在は多様な細菌において確認されている。クレアチニンは、ヒト体内におけるホスホクレアチン代謝の最終産物である。クレアチニンは腎臓で濾過され、血中から尿中へ排泄される。血清クレアチニン濃度の基準範囲は35～150 μMであるが、腎機能または筋機能に障害がある場合、クレアチニン濃度は1000 μMまで上昇し得る。したがって、血液および尿中のクレアチニン濃度は腎臓の排泄機能を反映する指標となる。化学的測定法と比較して、酵素法にはより多くの利点がある。クレアチニン濃度の酵素法測定における重要酵素として、クレアチナーゼは腎機能の臨床検査において極めて重要な役割を担う。

図1．クレアチナーゼのタンパク質構造。

由来

クレアチナーゼの主な供給源は微生物である。クレアチニン測定法の課題を検討する過程で、一部の微生物がクレアチニンを増殖の主要な窒素源および炭素源として利用できることが見出された。1937年に、クレアチニンがArthrobacterにより利用され得ることが初めて報告された。その後、他属の菌株においてもクレアチナーゼが誘導され、細胞内に蓄積することが明らかとなった。これらの細菌には、Pseudomonas、Clostridium、Flavobacterium、Bacillus、Alcaligenes、Paracoccusが含まれる。

構造研究

報告されている微生物由来クレアチナーゼは、単一サブユニット、または同一の2サブユニットから構成され、分子量は45～51 kDの範囲にある。例えば、P. putida var. Naraensis由来クレアチナーゼの分子量は94 kDであり、同一の47 kDサブユニット2個から構成される。各サブユニットはチオール基を有し、これはクレアチナーゼ活性と密接に関連している。P. putida由来クレアチナーゼは同一の2サブユニットからなり、各サブユニットは2つのドメインを有する。Met(157)–Ile(158)–Lys(159)–Ser(160)、His(232)、Glu(262)、Glu(358)がクレアチン加水分解を触媒する上で重要な残基である可能性が示唆されている。Alcaligenes由来クレアチナーゼは分子量51 kDの単一サブユニット酵素である。分子生物学的手法によりクレアチナーゼ遺伝子のクローニングおよび発現が行われ、得られた組換え酵素はいずれも単一サブユニット酵素で、分子量は42～50 kDの範囲であった。

金属イオンおよび化学試薬がクレアチナーゼ活性に及ぼす影響

金属イオンおよび化学試薬がクレアチナーゼ活性に及ぼす影響については、由来の異なるクレアチナーゼが1 mMのHg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺により完全に阻害され得ることが報告されている。本酵素の各サブユニットはチオール基を有し、この基はクレアチナーゼ活性と密接に関連している。金属イオンに対する反応は異なるものの、検討されたすべてのCREにおいて金属イオンによる活性化は認められていない。さらに、金属キレート剤は酵素活性に影響を及ぼさないことから、本酵素は金属酵素ではないことが示唆される。

用途

クレアチナーゼは、クレアチニン濃度の臨床測定に広く用いられている。血清中のクレアチニンの産生および排泄は比較的安定しているため、血清クレアチニン濃度の測定は、血清尿素濃度よりも糸球体機能をより正確に反映し得る。したがって、血清クレアチニンの正確な測定は、臨床診断、治療効果の評価および予後判定において極めて重要である。現在、クレアチニン測定法の多くは、救急用生化学機器（電極法）および自動生化学分析装置（酵素法またはヤッフェ速度法）によって実施されている。これら3つの方法は測定原理が異なり、いずれも非特異的物質の影響を受け得る。従来、臨床で一般的に用いられていたクレアチニン検出法は主として化学的測定法であった。本法は主にヤッフェ反応に基づき、すなわちクレアチニンのメチレン基がアルカリ条件下でピクリン酸と反応して赤色複合体を生成し、その濃度を比色法により定量する。しかし、化学的測定法は特異性に乏しく感度も低いため、臨床測定への適用が制限される。

参考文献