G6Pase

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はじめに

グルコネオゲネシスとグリコーゲン分解は、グルコース6-リン酸（Glc-6-P）の形成をもたらし、これは血中に放出されるためにグルコース6-ホスファターゼ（G6Pase）によって加水分解されなければなりません。したがって、G6Paseは血糖の恒常性において重要な役割を果たします。コリスの研究は、グリコーゲンがリン酸化によってグルコース1-リン酸に分解されることを示しており、これは後の段階でリン酸が除去されて自由なグルコースが生成されることを意味します。デューブとその共同研究者は、肝臓にGlc-6-Pに特異的に作用するホスファターゼが存在することを示しました。その後の細胞グレーディング研究は、G6Paseが小胞体に関連していることを示しています。さらに進展したのは、G6Pase欠損がグリコーゲン蓄積病タイプI（GSD I）を引き起こすことが発見され、1975年にアリオンとその共同研究者によって提唱された仮説で、G6Paseの触媒部位が小胞体内腔に向いており、6-P、グルコース、P_iの輸送体を必要とするというものです。

動力学的特性

G6Paseの特性は、ミクロソーム膜の完全性に依存します。完全なミクロソームでは、Glc-6-Pの加水分解を特異的に触媒し、このリン酸エステルに対する活性はマンノース6-リン酸（Man-6-P）に対する活性よりも10倍以上高いです。陰イオン性、陽イオン性、中性のさまざまな界面活性剤での処理は、Glc-6-Pの加水分解をわずかに刺激しますが、Man-6-P、グルコサミン6-リン酸、2-デオキシグルコース6-リン酸などの他の基質に対するホスファターゼ活性を有意に（10-15倍）増加させます。G6Paseは、PP_iやカルバモイルリン酸などの糖リン酸以外の基質も加水分解します。その反応メカニズムにはホスファターゼ中間体が関与しているため、G6PaseはグルコースとPP_iやMan-6-Pなどのさまざまなリン酸供与体からGlc-6-Pとカルバモイルリン酸を合成することができるホスホトランスフェラーゼ活性も示します。これらのG6Paseの活性は、界面活性剤で処理されたミクロソームでより顕著でした。G6Paseは、糖濃度が上昇したとき（糖尿病のように）にカルバモイルリン酸をリン酸供与体として使用してグルコースのリン酸化にも関与できると提案されています。しかし、G6Pase欠損は重度の低血糖を引き起こし、その過剰発現はグルコース不耐症を引き起こすため、この酵素の生理的役割はグルコースの生成にあることを示唆しています。この結論は、グルコキナーゼの活性とグルコースリン酸化の速度が相関することを示す単離肝細胞に関する研究と一致しています。

図 1. G6Paseの反応メカニズム (SCHAFTINGEN, E.V. 2002)

cDNAと遺伝子

G6PaseをコードするcDNAのクローニングは、放射線誘発アルビノ変異に対してホモ接合体のマウスにおけるこの酵素の低レベル発現を利用しました。この変異は、出生後の最初の数時間に重度の低血糖を引き起こします。  これらのマウスでは、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼやグルタミン合成酵素を含む他の肝酵素の活性も低下していました。cDNAライブラリの差別的スクリーニングにより、ホモ接合体致死アルビノ変異マウスの肝臓で弱く発現するいくつかのクローンが分離されました。COS細胞でのcDNAの発現は、実際にG6Paseをコードしていることを示しました。ヒトcDNAは、マウスG6Paseと同じサイズのタンパク質をコードしています。両者は10-12 kbの長さで、5つのエクソンを含んでいます。ヒト遺伝子は17q21に位置しています。他の種からのcDNA配列も記載されており、ラット、犬、2種の魚が含まれています。

マウスインスリノーマライブラリのスクリーニングにより、肝G6Paseと49%同一のタンパク質をコードするcDNAが得られました。このタンパク質は非常に疎水性であり、小胞体の保持信号を持っています。ノーザンブロットは、内分泌膵臓でのみ発現していることを示しました。このcDNAに対応するマウス、ヒト、ラットの遺伝子が同定され、その構造が決定されました。マウスとヒトの遺伝子は両方とも染色体2に位置し、G6Pase遺伝子と同様の5エクソン構造を持っています。ラット遺伝子はエクソン4が欠損しており、エクソン1と5がフレームシフト変異によって中断されているため、擬似遺伝子であるようです。この遺伝子によってコードされる産物の役割は、ヒトとマウスにおいて現在不明です。

図 2. 基質輸送モデル (アリオンのモデル) (SCHAFTINGEN, E.V. 2002)