GALT（腸管関連リンパ組織）

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序論

ガラクトース（Gal）はヒト体内における必須単糖であり、その主要な代謝経路はレロワール経路である。レロワール経路は、ガラクトースムタロターゼ（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酵素から構成され、食事由来および内因性由来のガラクトースを解糖系に供するグルコースへ変換することに加え、グリコーゲンおよび糖鎖複合体形成のためにウリジン二リン酸（UDP）ヘキソースの相互変換も担う。さらに、GALTおよびGALEはUDP-N-アセチルヘキソサミンの代謝にも関与しており、これらは糖転移酵素の基質であるとともに、グリコサミノグリカンの重要な構造要素である。

GALT（EC 2.7.7.12）は、ガラクトース1-リン酸（Gal-1-P）とUDP-グルコース（UDP-Glc）を、グルコース1-リン酸（Glc-1-P）とUDP-ガラクトース（UDP-Gal）へ変換する反応を担う。GALT遺伝子の遺伝性変異は、常染色体劣性遺伝の古典的ガラクトース血症（I型ガラクトース血症）を引き起こす。古典的ガラクトース血症の新生児では、黄疸、白内障、肝腫大を呈し、死亡に至ることもある。唯一有効な治療はガラクトースの厳格な食事制限であるが、食事管理を行っても、年長の患者では学習および言語に関する神経認知障害が発現し、また女性では卵巣機能不全が高頻度に認められる。古典的ガラクトース血症の特徴所見として、代謝物ガラクトース1-リン酸の上昇、UDP-ヘキソースの低下、および糖鎖付加（グリコシル化）の異常が挙げられ、これらが病態に寄与すると考えられている。現在、GALTデータベースには336種類の変異が報告されており、そのうち約60%はミスセンス変異である。

ヒトGALT（hGALT）の結晶構造は未だ報告されていないが、E. coli由来構造（eGALT）はヒトタンパク質と55%の配列同一性を有する。GALTはβ鎖に富む二量体タンパク質であり、ヒスチジントライアド・スーパーファミリーに属する。金属タンパク質であり、eGALT構造では2つの異なる部位における亜鉛および鉄の結合が示されている。Cys52、Cys55、His115、His164は亜鉛結合部位で、活性部位の安定化に関与する。鉄結合部位であるGlu182、His281、His299、His301は、タンパク質構造の安定化に寄与すると考えられている。

図1．1.9 Å分解能におけるウリジリル化hGALTの結晶構造（McCorvie, T.J.; ほか 2016）

古典的ガラクトース血症バリアントの構造基盤

2016年1月時点で、GALTデータベースに注釈付けされた336変異のうち178変異がミスセンス変異である。全体として、hGALTタンパク質を不安定化させ、誤折り畳みを引き起こし得るバリアントが最も多い。これには、タンパク質の柔軟性を変化させると予測されるアミノ酸置換（例：p.Pro36Leu、p.Gly83Val/Arg、p.Pro166Ala、p.Leu217Pro）、立体障害（steric clash）を生じる置換（例：p.Cys130Tyr、p.Val168Leu、p.Ala276Asn、p.Leu289Phe/Arg）、空隙（キャビティ）を形成する置換（例：p.Val125Ala、p.Leu226Val、p.Trp154Gly、p.Met336Leu）、および水素結合を消失させる置換（例：p.Arg67Cys、p.Glu220Lys、p.Gln317Arg/His、p.Arg328His）が含まれる。次に多い代表的な群は、鎖間塩橋などの二量体相互作用を変化させるバリアントである。基質結合を変化させるバリアントが3番目に多く、これに続いて金属結合を変化させるバリアントが認められる。さらに、タンパク質表面に位置し、構造への明確な影響が認められない一部のバリアントは、多型（polymorphism）と呼ばれる。

hGALT構造により、古典的ガラクトース血症の大部分を占める3つのバリアント（p.Ser135Leu、p.Gln188Arg、p.Lys285Asn）について、詳細な分子レベルの理解が得られた。欧州系集団で一般的に認められるp.Lys285Asnバリアントは、ヘリックスα₆に関与する3つの水素結合を消失させ、結果としてタンパク質を不安定化させる可能性がある。アフリカ系集団にのみ認められるp.Ser135Leuバリアントは、Cys72およびArg67との相互作用を消失させ、さらにウリジリル化部位His186近傍に、より疎水性で嵩高い残基を導入する。最も一般的なガラクトース血症バリアント（患者の約60%）であるp.Gln188Argは、活性部位残基Gln188に影響し、Gln188はUMPの共有結合したリン酸およびリボース部分、ならびにヘキソース-1-リン酸のリン酸部分と相互作用する。これらの所見は、基質との水素結合パターンの変化を予測し低活性を説明した既報のホモロジーモデルと整合する。

図2．最も一般的なhGALTバリアントの構造基盤（McCorvie, T.J.; ほか 2016）