GALT

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はじめに

ガラクトース（Gal）は人間の体内で必須の単糖であり、レロワール経路がその主な代謝経路です。ガラクトースミュータロターゼ（GALM）、ガラクトキナーゼ1（GALK1）、ガラクトース1-リン酸ウリジリルトランスフェラーゼ（GALT）、およびUDP-ガラクトース4′-エピメラーゼ（GALE）の4つの酵素がレロワール経路を構成し、食事や内因性の供給源からガラクトースをグルコースに変換して解糖に利用しますが、グリコーゲンやグリココンジュゲートの形成のためにウリジン二リン酸（UDP）ヘキソースを相互変換する役割も果たします。さらに、GALTとGALEは、グリコシルトランスフェラーゼの基質であり、グリコサミノグリカンの重要な構造要素であるUDP-N-アセチル-ヘキソースアミンの代謝にも関与しています。

GALT（EC 2.7.7.12）は、1-リン酸ガラクトース（Gal-1-P）とUDPグルコース（UDP-Glc）を1-リン酸グルコース（Glc-1-P）とUDPガラクトース（UDP-Gal）に変換する役割を担っています。GALT遺伝子の遺伝性変異は常染色体劣性の古典的ガラクトース血症（またはタイプIガラクトース血症）を引き起こします。古典的ガラクトース血症の新生児は、しばしば黄疸、白内障、肝腫大、さらには死亡を呈します。唯一の効果的な治療法はガラクトースの厳格な食事制限ですが、食事管理を行っても、年長の患者は学習や言語における神経認知障害を発展させ、ガラクトース血症の女性では卵巣機能不全が一般的です。古典的ガラクトース血症の特徴は、代謝物ガラクトース-1-リン酸の濃度上昇、UDP-ヘキソースの濃度低下、そして糖鎖の異常であり、これらが病気に寄与していると考えられています。現在、GALTデータベースには336の変異が報告されており、そのうち約60%がミスセンス変異を示しています。

ヒトGALT（hGALT）の結晶構造はまだ報告されていませんが、E. coliの構造（eGALT）はヒトタンパク質と55%の配列同一性を持っています。GALTはヒスチジントライアドスーパーファミリーに属するβ鎖に富む二量体タンパク質です。これはメタロタンパク質であり、eGALT構造は2つの異なる部位で亜鉛と鉄の結合を示しています。Cys52、Cys55、His115、およびHis164は活性部位を安定化させる役割を果たす亜鉛結合部位です。鉄結合部位のGlu182、His281、His299、His301はタンパク質構造を安定化させると考えられています。

図1. 1.9 Å分解能でのウリジリル化されたhGALTの結晶構造（McCorvie, T.J.; et al. 2016）

古典的ガラクトース血症変異の構造的基盤

2016年1月現在、GALTデータベースに注釈された336の変異のうち178がミスセンスです。全体として、hGALTタンパク質を不安定化させ、誤折りたたみを引き起こす可能性のある変異が最も一般的です。これには、タンパク質の柔軟性を変えると予想されるアミノ酸の変化（すなわち、p.Pro36Leu、p.Gly83Val/Arg、p.Pro166Ala、p.Leu217Pro）が含まれ、立体的な衝突を引き起こす（すなわち、p.Cys130Tyr、p.Val168Leu、p.Ala276Asn、p.Leu289Phe/Arg）、空洞を作成する（すなわち、p.Val125Ala、p.Leu226Val、p.Trp154Gly、p.Met336Leu）、および水素結合を除去する（すなわち、p.Arg67Cys、p.Glu220Lys、p.Gln317Arg/His、p.Arg328His）ものがあります。2番目に代表的な変異群は、鎖間塩橋などの二量体相互作用を変えるものです。基質結合を変える変異が3番目に多く、金属結合を変える変異が続きます。さらに、タンパク質の表面に位置する一部の変異は、タンパク質構造に明らかな影響を与えず、多型と呼ばれます。

hGALT構造は、古典的ガラクトース血症の大部分を占める3つの変異、p.Ser135Leu、p.Gln188Arg、およびp.Lys285Asnの詳細な分子ビューも提供しました。p.Lys285Asn変異は、ヨーロッパ人に一般的に見られ、ヘリックスα₆に関与する3つの水素結合を除去し、その結果タンパク質を不安定化させる可能性があります。p.Ser135Leu変異はアフリカ系民族にのみ見られ、Cys72およびArg67との相互作用を除去し、ウリジル化部位His186の近くにより疎水性で大きな残基を導入します。最も一般的なガラクトース血症変異（約60%の患者）はp.Gln188Argで、これは活性部位残基Gln188に影響を与え、UMPの共有結合したリン酸およびリボース部分およびヘキソース-1-リン酸のリン酸部分と相互作用します。これらの発見は、基質との水素結合パターンの変化を予測した以前の相同性モデルと一致しており、その低い活性を説明しています。

図2. 最も一般的なhGALT変異の構造的基盤（McCorvie, T.J.; et al. 2016）