シスタチオニンβ-リアーゼ

システインβ-リアーゼは、システインアーゼを分解する酵素です。β-システインアーゼとγ-システインアーゼの2種類があります。両方のタイプは、補酵素としてピリドキサールリン酸を使用します。β-システインアーゼは、細菌やパンカビに存在するホモシステイン、アンモニア、ピルビン酸にシスチン硫酸を分解します。γ-システインの触媒によって生成される分解産物は、肝臓やパンカビに存在するシステイン、アンモニア、α-ケトブチル酸です。

導入

システインβ-リアーゼは、植物や微生物に見られ、約35〜40 kDaのピリドキサール-5′-リン酸（PLP）依存性のホモ四量体酵素であり、メチオニン生合成の前最後のステップ、すなわちシステインがピルビン酸、アンモニア、ホモシステインに加水分解されるα, β-脱離反応を触媒します。その後、ホモシステインはメチオニンにメチル化されます。いくつかの細菌のD-アラニン遺伝子ノックアウトモデルにおいて、metC遺伝子をコードするCBLの過剰発現が宿主細胞環境での生存に重要であることがわかりました。さらに、CBLはサルモネラ・エンテリカの病原性にも影響を与え、その病原性において決定的な役割を果たしています。

構造

システインβ-シンターゼ（CBS）は、細胞質に存在するホモ四量体で、63 kDのサブユニットで構成され、ピリドキサールリン酸（PLP）依存性の酵素です。システインβ-リアーゼは、各々が触媒部位にリジン残基を介して結合したPLP分子を持つ二量体の二量体として構成されています。二量体は、いくつかの静電的、水素結合、疎水性相互作用を介して結合した2つのモノマーから形成され、四量体はN末端ドメインと重要なαヘリックス間の相互作用によって安定化されます。ビタミンB6の触媒の下で、CBSはセリンとホモシステイン（ホモシステイン、Hcy）を使ってシステインを合成できます。Hcyのレベルに影響を与える重要な酵素として、CBSはHcyからシステインへの硫酸の変換経路において重要な役割を果たします。この酵素は、酵素サイクリング法において血中のホモシステインを検出するために使用されます。

図1. システインβ-シンターゼ（CBS）の構造。

機能

硫黄含有アミノ酸の異化は、チーズの風味の発展に重要な役割を果たします。熟成中に、システイン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）の形成に寄与すると考えられています。しかし、特定の硫黄含有アミノ酸の異化におけるCBLのVSC生成における役割は不明です。システインβ-リアーゼ（CBL）は、ラクトコッカス・ラクティスから精製され、クローン化されたピリドキサール5'-リン酸（PLP）依存性の酵素です。CBLは、システインのα、β-脱離に関与し、ホモシステイン、ピルビン酸、アンモニアを生成します。ラクトコッカス・ラクティスのCBLは、メチオニンをメチルメルカプタンに変換する触媒作用も持っています。野生株と比較して、ラクトコッカス・ラクティスのCBL過剰発現変異体は、基質としてメチオニンを使用してより多くのVSCを生成することが示されており、チーズにおけるVSC生成の増加の可能性のあるメカニズムを示唆しています。しかし、この方法は、チーズ発酵中の代謝活性を持つ乳酸菌株の応用においてより価値があるかもしれません。CBLの役割と硫黄アミノ酸/誘導体からのVSC形成に関与する異化経路は、ラクトバチルスにおいて十分に特定されていません。

副作用

システインアーゼは、脳梗塞の発症に関連しています。システインβ-シンターゼはホモシステイン代謝の重要な酵素であり、その遺伝子変異は脳梗塞の潜在的な遺伝子候補ではありません。システイン-βシンターゼ（CBS）遺伝子多型と2型糖尿病との関係は、システインアーゼ代謝の重要な酵素の1つです。

重要性

システイン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生成を触媒します。メチオニンは細菌にとって必須のアミノ酸であり、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す。したがって、アミノ酸はDNA複製に直接関連しています。DNA複製における必要性から、システインβ-リアーゼの阻害は魅力的な抗生物質のターゲットとなります。さらに、この酵素は人体には存在しないため、有害な副作用の可能性が低くなります。いくつかの抗真菌剤の抗真菌活性がシステインβ-リアーゼの阻害に関連していることが研究で示されています。しかし、他の研究では、これらの酵素が酵素に対して阻害効果を示さなかったことが観察されています。システインがβ-リアーゼに対する阻害効果を持つことをさらに研究することは、微生物や真菌の成長に対して包括的な意義を持ちます。

参考文献