エンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ

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エンドグリコシダーゼは、糖タンパク質からインタクトな糖鎖（グリカン）を切断・遊離する酵素である。これらの酵素は、グリセロール、NaCl、その他の添加剤（例：EDTA）を含まない洗浄用製剤中でも高い安定性を示す。すべての酵素について、タンパク質分解活性（プロテアーゼ活性）または予期しないグリコシド加水分解活性がないことを試験により確認すること。エンドグリコシダーゼは糖タンパク質解析で最も広く使用される酵素である。これらの酵素は糖タンパク質から完全な糖鎖を遊離する一方、エキソグリコシダーゼは個々の単糖（すなわち、シアル酸、ガラクトース、β-N-アセチルグルコサミン、マンノース等）を順次遊離する。

図1．エンドグリコシダーゼの構造。

序論

PNGase Fは厳密にはアミダーゼであるが、インタクトなN結合型糖鎖を切断する類似活性を有するため、一般に酵素群に含めて取り扱われる。PNGase Fは、N結合型糖鎖のキトビオースコアにおける最初のβ-N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）とアスパラギン残基との間を切断する。Endo FおよびEndo Hは、最初のGlcNAcと2番目のGlcNAcの間でN結合型糖鎖を切断し、荷電残基を残すことで脱糖鎖化タンパク質の溶解性を高め、タンパク質凝集・沈殿の可能性を低減するのに寄与する。PNGase FはすべてのN結合型糖鎖を切断する一方、Endo HおよびEndo Fは特定タイプのN結合型糖鎖のみを除去する。エンドグリコシダーゼは糖タンパク質から糖鎖群全体を切断する。最も一般的に使用されるエンドグリコシダーゼであるペプチドN-グリコシダーゼF（Peptide-N-Glycosidase F）は実際にはアミダーゼであり、多くのN結合型糖タンパク質の脱糖鎖化を触媒する。本酵素は、キトビオースコアの最内側N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）とアスパラギン残基のアミノ基との間の結合切断を触媒する。

分類

N結合型糖鎖に作用するエンドグリコシダーゼには多様な種類がある。いずれもキトビオースコアの2つのGlcNAc残基間という同一の切断部位を有するが、認識・切断するN結合型糖鎖のタイプが異なる。エンドグリコシダーゼHは、N結合型糖タンパク質から高マンノース型および一部のハイブリッド型オリゴ糖のキトビオースコア内を切断する。エンドグリコシダーゼSは、ネイティブIgGの重鎖からN結合型糖鎖を除去することに対して高い特異性を示す。一方、エンドグリコシダーゼDはパウシマンノース型のN結合型糖鎖を切断する。O結合型糖鎖に作用するエンドグリコシダーゼは少数であり、α-N-アセチルガラクトサミニダーゼとも呼ばれる。現在までに見出されているO-グリコシダーゼの大部分は、二糖Galβ1,3GalNAcα-O-Ser/Thrのみに作用し、酵素が糖タンパク質からCore 1二糖を除去する触媒反応を進行させる前に、シアル酸およびその他の付加糖残基をあらかじめ除去することを要する。しかし、O-グリコシダーゼとしてやや広い特異性を有する酵素が1種存在し、糖タンパク質からCore 1（Galβ1,3GalNAc）またはCore 3（GlcNAcβ1,3GalNAc）のO結合型二糖を除去する反応を触媒できる。

作用機序

作用機序は酵素的加水分解である。エンドグリコシダーゼの機構には2つの形式がある。すなわち、酸触媒によるグリコシド酸素のプロトン化によりアノマー炭素の立体化学が保持される機構、または酸触媒によるグリコシド酸素のプロトン化に加えて、塩基性残基により活性化された水分子の攻撃が伴い、立体化学の変換が生じる機構である。両機構では、プロトンドナーとグリコシド酸素との距離が同等であり、プロトンドナーが水素結合を形成できる程度にグリコシド酸素へ近接している。保持機構では2つのカルボキシル基に近接しているため、二重置換機構を経て共有結合性のグリコシラーゼ中間体が形成される。エキソグリコシダーゼは、末端側からxnの各糖モノマー（x）を1つずつ順次除去するのに対し、エンドグリコシダーゼは任意のグリコシド結合（-）を切断でき、特定の糖鎖が特定のタンパク質に結合した「結合オリゴ糖（linked oligosaccharides）」という特徴を有する結合体を切断する。

応用

エンドグリコシダーゼを用いた変異導入（ミューテージェネシス）の活用には大きな可能性がある。この新規変異酵素が適切な化合物と接触すると、オリゴ糖合成が進行し、新たに形成されたポリマー鎖は加水分解されない。オリゴ糖は高い治療的ポテンシャルを有するため、これは非常に有用なツールである。例えば、六価糖であるH糖は、乳癌、前立腺癌、卵巣癌に関連する悪性細胞形質転換を示唆するとされる。エンドグリコシダーゼは、関節炎や全身性エリテマトーデスなどの自己免疫疾患への対抗にも役割を果たし得る。2008年、研究者グループは、エンドグリコシダーゼSの投与により「体内のIgG関連糖鎖ドメインを効果的に除去し、複数の自己免疫モデルにおいて自己抗体により媒介される炎症促進プロセスを阻害できる」ことを示した。明らかに、この酵素の操作および変異導入は、生体内の多くの疾患に対抗し得る広範な展望を有する。

参考文献

1. Davies, G.; et al. Structures and mechanisms of glycosyl hydrolases. Structure. 1995, 3 (9): 853–59.