シスタチオニンβリアーゼ

シスタチオニンβリアーゼは、シスタチオナーゼを分解する酵素である。β-シスタチオナーゼとγ-シスタチオナーゼの2種類が存在し、いずれも補酵素としてピリドキサールリン酸を利用する。β-シスタチオナーゼはシスタチオニンをホモシステイン、アンモニアおよびピルビン酸に分解し、細菌およびパンカビに存在する。γ-シスタチオニンの触媒反応で生成される分解産物はシステイン、アンモニアおよびα-ケト酪酸であり、肝臓およびパンカビに存在する。

概要

シスタチオニンβリアーゼは植物および微生物で見出されており、ピリドキサール-5′-リン酸（PLP）依存性の約35～40 kDaのホモ四量体酵素である。メチオニン生合成の終盤（penultimate step）を触媒し、すなわちα,β-脱離反応によりシスタチオニンを加水分解してピルビン酸、アンモニアおよびホモシステインを生成する。続いてホモシステインはメチル化され、メチオニンとなる。複数の細菌におけるD-アラニン遺伝子ノックアウトモデルでは、CBLをコードするmetC遺伝子の過剰発現が宿主細胞環境下での生存維持に重要であることが示された。さらに、CBLはSalmonella entericaの病原性（virulence）にも関与し、その病原性発現に決定的な役割を果たすことが示唆されている。

構造

シスタチオニンβシンターゼ（CBS）は細胞質に存在するホモ四量体で、63 kDaのサブユニットから構成されるPLP依存性酵素である。シスタチオニンβリアーゼは二量体の二量体（dimer of dimers）として構築され、各二量体は触媒部位においてリジン残基を介して結合したPLP分子と会合している。二量体は、複数の静電相互作用、水素結合および疎水性相互作用により会合した2つのモノマーから形成され、四量体はN末端ドメインと主要なαヘリックス間の相互作用により安定化される。ビタミンB6の触媒作用下で、CBSはセリンとホモシステイン（Hcy）からシスタチオニンを合成できる。Hcy濃度に影響を与える主要酵素として、CBSはHcyからシスタチオニンへの硫黄代謝経路において中枢的役割を担う。本酵素は、酵素サイクリング法による血中ホモシステイン測定に用いられる。

図1．シスタチオニンβシンターゼ（CBS）の構造。

機能

含硫アミノ酸の異化代謝は、チーズフレーバーの形成に重要な役割を果たす。熟成過程において、シスタチオニンβリアーゼ（CBL）がメチルメルカプタンやジメチルジスルフィドなどの揮発性硫黄化合物（VSC）の生成に寄与すると考えられている。しかし、特定の含硫アミノ酸の異化代謝におけるVSC産生に対するCBLの役割は不明確である。CBLはピリドキサール5′-リン酸（PLP）依存性酵素であり、Lactococcus lactisから精製・クローニングされている。CBLはシスタチオニンのα,β-脱離反応に関与し、ホモシステイン、ピルビン酸およびアンモニアを生成する。Lactococcus lactis由来CBLは、メチオニンからメチルメルカプタンへの変換も触媒し得る。野生株と比較して、CBL過剰発現変異株のLactococcus lactisは、基質としてメチオニンを用いた場合により多くのVSCを産生することが示されており、チーズにおけるVSC産生増強の機序の一つである可能性が示唆される。ただし、この手法は、チーズ発酵中に代謝活性を有する乳酸菌株への応用において、より有用である可能性がある。Lactobacillusにおいて、CBLの役割および含硫アミノ酸／その誘導体からVSCを生成する異化経路は、十分に特性解析されていない。

副作用

シスタチオナーゼは脳梗塞の発症と関連する。シスタチオニンβシンターゼはホモシステイン代謝の鍵酵素であり、その遺伝子変異は脳梗塞の潜在的な遺伝学的候補ではない。シスタチオニン-βシンターゼ（CBS）遺伝子多型と2型糖尿病との関連は、シスタチオナーゼ代謝に関与する主要酵素の一つとして位置付けられている。

意義

シスタチオニンβリアーゼは、メチオニンの直接前駆体であるホモシステインの産生を触媒する。メチオニンは細菌にとって必須アミノ酸であり、タンパク質合成およびS-アデノシルメチオニン合成に必要であるため、アミノ酸代謝はDNA複製と直接関連する。DNA複製に必須であることから、シスタチオニンβリアーゼの阻害は魅力的な抗菌薬標的である。さらに、本酵素はヒト体内には存在しないため、有害事象の発現可能性を低減し得る。複数の抗真菌薬の抗真菌活性がシスタチオニンβリアーゼ阻害と関連することを示す報告がある一方で、これら薬剤による本酵素阻害作用を観察しなかった研究もある。βリアーゼに対するシステインの阻害作用をさらに検討することは、微生物および真菌の増殖に関する理解の深化において包括的な意義を有する。

参考文献