グルコース-6-ホスファターゼ

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序論

糖新生およびグリコーゲン分解はいずれもグルコース6-リン酸（Glc-6-P）の生成に至り、循環血中へ放出されるグルコースを形成するためには、グルコース6-ホスファターゼ（G6Pase）によって加水分解される必要がある。したがって、G6Paseは血糖恒常性の維持において中核的役割を担う。Corisの研究により、グリコーゲンはホスホロリシスによりグルコース1-リン酸へ分解されることが示され、すなわち遊離グルコースを生成するには、後段階でリン酸を除去する必要があることが示唆された。de Duveらは、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た。その後の細胞分画研究により、G6Paseが小胞体（ER）に関連していることが明らかとなった。さらに、G6Pase欠損が糖原病I型（GSD I）を引き起こすことが見出され、1975年にArionらは、G6Paseの触媒部位がERルーメン側を向いており、6-P、グルコースおよびP_iのトランスポーターを必要とする、との仮説を提唱した。

速度論的特性

G6Paseの特性はミクロソーム膜の完全性に依存する。インタクト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）に対する活性の10倍以上である。陰イオン性、陽イオン性および中性を含む各種界面活性剤で処理すると、Glc-6-Pの加水分解は軽度に促進される一方、Man-6-P、グルコサミン6-リン酸、2-デオキシグルコース6-リン酸など他基質に対するホスファターゼ活性は有意に（10～15倍）増加する。G6Paseは糖リン酸以外の基質、例えばPP_iやカルバモイルリン酸も加水分解する。反応機構がホスファターゼ中間体を介するため、G6Paseはホスホトランスフェラーゼ活性も示し、グルコースとPP_iやMan-6-Pなど各種リン酸供与体からGlc-6-Pおよびカルバモイルリン酸を合成し得る。これらのG6Pase活性は、界面活性剤処理ミクロソームにおいてより顕著であった。糖濃度が上昇した場合（糖尿病など）には、カルバモイルリン酸をリン酸供与体として用い、G6Paseがグルコースのリン酸化にも関与し得るとの提案もある。しかし、G6Pase欠損は重篤な低血糖を来し、過剰発現は耐糖能異常をもたらすことから、本酵素の生理学的役割はグルコース産生にあることが示唆される。この結論は、単離肝細胞においてグルコースのリン酸化速度がグルコキナーゼ活性と相関することを示した研究とも整合する。

図1．G6Paseの反応機構（SCHAFTINGEN, E.V. 2002）

cDNAおよび遺伝子

G6PaseをコードするcDNAのクローニングは、放射線誘発性アルビノ変異のホモ接合マウスにおける本酵素の低レベル発現を利用して行われた。この変異は出生後数時間以内に重篤な低血糖を引き起こす。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活性も低下していた。cDNAライブラリーの差次的スクリーニングにより、ホモ接合致死アルビノ変異マウスの肝臓で弱く発現する複数のクローンが単離された。COS細胞におけるcDNA発現により、それがG6Paseをコードすることが確認された。ヒトcDNAはマウスG6Paseと同サイズのタンパク質をコードする。両者の遺伝子は10～12 kbで、5つのエクソンから構成される。ヒト遺伝子は17q21に位置する。ラット、イヌ、および2種の魚類を含む他種由来のcDNA配列も報告されている。

マウスインスリノーマライブラリー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が得られた。このタンパク質も強い疎水性を示し、小胞体保持シグナルを有する。ノーザンブロットにより、内分泌膵臓でのみ発現することが示された。このcDNAに対応するマウス、ヒトおよびラット遺伝子が同定され、その構造が決定された。マウスおよびヒト遺伝子はいずれも第2染色体上に位置し、G6Pase遺伝子と同様に5エクソン構造を有する。ラット遺伝子は、エクソン4の欠失に加え、エクソン1および5がフレームシフト変異により中断されているため、偽遺伝子である可能性が高い。ヒトおよびマウスにおいて、この遺伝子産物が担う役割（もし存在する場合）については、現時点では不明である。

図2．基質輸送モデル（Arionモデル）（SCHAFTINGEN, E.V. 2002）