ジアミンオキシダーゼ

ジアミンオキシダーゼ（EC 1.4.3.6）は、ヒスタミン、プトレシン、エチレンジアミン等の各種ジアミンを酸化してアルデヒドへ変換する反応を触媒する酵素である。ジアミンオキシダーゼは、ヒトおよび哺乳類の小腸粘膜下層の絨毛に存在する高活性の細胞内酵素であり、ヒスタミンおよびポリアミン代謝において重要な役割を担う。その活性は粘膜細胞における核酸およびタンパク質合成と密接に関連し、腸管機械的バリアの完全性および損傷程度を反映し得る。本酵素はヒスタミンのみならず、腸粘膜におけるアミノ酸脱炭酸反応により産生されるアミンも分解し、解毒機能を果たす。なお、本酵素活性はシアン化物、ヒドロキシルアミン、セミカルバジド等のカルボニル試薬により阻害され得る。

分布

ジアミンオキシダーゼは、動物組織（腸粘膜、肺、肝臓、腎臓等）、植物組織および微生物に広く存在する。モノアミンオキシダーゼと異なり、動物組織のジアミンオキシダーゼは水溶性であり、ホモジネートの上清画分に存在する。高度に精製した腎由来ジアミンオキシダーゼには補酵素であるピリドキサールリン酸が含まれる。反芻動物血漿由来のジアミンオキシダーゼは結晶化されており、ベンジルアミンおよびスペルミンを良好に酸化し、銅およびピリドキサールリン酸を含有する。植物由来ジアミンオキシダーゼもモノアミンを良好に酸化し、銅を含有し、ピンク色を呈する。微生物由来ジアミンオキシダーゼも基質に対する高い特異性を有し、誘導により産生され得る。

構造

ヒトジアミンオキシダーゼは、85 kDaの2つのサブユニット（AおよびB）からなるホモ二量体である。非対称単位にはホモ二量体が1つ存在する。鎖BのN末端には追加の1残基に対してごく弱い電子密度のみが認められる。N末端で欠落している残基には、コンストラクトから除外された19残基のシグナルペプチドが含まれる。成熟タンパク質のC末端には欠落残基はない。ヒトジアミンオキシダーゼは、各サブユニット由来の3つのドメイン（D2、D3、D4）から構成される、典型的なCAO（銅含有アミンオキシダーゼ）フォールドを共有し、これらがマッシュルームキャップ様構造を形成する。D1ドメインは、構造解析がなされた酵素の中では大腸菌酵素に特有の特徴である。二量体界面は、中心部で環状構造（アニュラス）を形成するD4ユニット由来残基により形成され、さらに一方のサブユニットから他方へ伸長するアームによる広範な接触面によって安定化される。D2およびD3ドメインはキャップの周縁部に位置する。D2とD3は8残基からなる短いリンカーで連結される。D2およびD3はいずれも同程度の長さで、4本鎖βシートと3本のαヘリックスから構成される。構造の一方から他方へ架橋し、D3とD4を連結するのは、蛇行する51残基のリンカーであり、2つのD4ドメイン中心部の下を通ってから、D4ドメインを開始する2つの中央βシートのうち大きい方へ接続する。最大のドメインであるD4は活性部位を含み、サブユニットを連結する突出したアームを有する。アーム1（「上部アーム」）は伸長したβヘアピンである。「下部アーム」は、ポリペプチド鎖の2つの領域由来残基からなる4本鎖βシートで構成される。各D4サブユニットは、ねじれた8本鎖および6本鎖βシートからなる中央βサンドイッチ構造が主体である。各サブユニットの活性部位は、これらβシート間の、かつその縁に近い位置に存在し、両βシートが活性部位の構成要素に寄与する。

図1．ヒトジアミンオキシダーゼの構造。（Mcgrath A.P. et al. 2009）

機能

ジアミンオキシダーゼの発現レベルは、消化管および胎盤で最も高い。ヒトでは、胎盤の絨毛外栄養膜細胞がジアミンオキシダーゼを発現し、妊婦の血中へ分泌する。妊娠初期における母体血中ジアミンオキシダーゼの低下は、早発型子癇前症等の栄養膜関連妊娠疾患の指標となり得る。通常、ジアミンオキシダーゼはヒトの血液循環中には存在しない、または存在してもごく少量であるが、妊婦における本物質の増加は、有害なヒスタミンに対する防御機構を示唆する。 ジアミンオキシダーゼは好酸球からも分泌される。ヒト体内でジアミンオキシダーゼが欠乏している場合、放出される。

応用

通常、血漿中ジアミンオキシダーゼ活性は非常に低いが、ヘパリンの静脈内投与後に有意に上昇する。 細胞の基底外側面にはヘパリン細胞表面受容体が存在し、ヘパリンに対して高い親和性を有する。ヘパリンは小腸微小血管の内皮細胞からジアミンオキシダーゼを遊離させ得る。血中のジアミンオキシダーゼは門脈を介して肝臓により速やかに取り込まれ、クリアランスされ、不活性型として尿および胆汁中に排泄される。肝機能障害時にはジアミンオキシダーゼの取り込みおよびクリアランスが低下し、ジアミンオキシダーゼ値の精度に影響を及ぼし、血清ジアミンオキシダーゼの上昇を来し得る。被験者の肝機能を測定したところ、ジアミンオキシダーゼ活性は十二指腸から回腸にかけて漸増した。ヘパリン投与後のジアミンオキシダーゼ値は、小腸損傷、急性胃腸炎、放射線腸炎、腸粘膜萎縮および小腸虚血における相関が示された。

腸粘膜疾患はしばしばジアミンオキシダーゼ含量の低下を引き起こす。ジアミンオキシダーゼ低下の主たる機序は小腸粘膜病変であり、これにより小腸細胞数が減少し、ジアミンオキシダーゼの合成が阻害され、ジアミンオキシダーゼの分解が促進され、さらに内皮細胞への輸送および内皮細胞内での貯蔵が低下する。したがって、組織または血清中のジアミンオキシダーゼ活性は、小腸疾患の評価に有用なマーカーとして利用し得る。

参考文献