GUSB

β-グルクロニダーゼ（GUSB、EC 3.2.1.31）はグリコシド加水分解酵素であり、グリコシルヒドロラーゼファミリーに属する。本酵素は各種β-グルクロニドの加水分解を触媒し、β-グルクロン酸および対応するリガンドを遊離しつつ、多様な誘導体を生成する。1934年、Masamuneらにより動物組織において初めてGUSBが見出され、その後、細菌、真菌、高等植物および動物において本酵素活性が検出された。研究により、GUSBは腸内細菌科（Enterobacteriaceae）において四量体として存在し、各サブユニットの相対分子質量は68 kDa、単量体のペプチド鎖は603アミノ酸残基から構成されることが示された。

分子構造

1996年、JainsらはNatureにおいてヒトGUSBの結晶構造を初めて報告した。GUSBの単量体は3つの明確に区別されるドメインから構成される。第1ドメインは高度に歪んだジェリーロールバレルで、2つのβヘアピン構造を伴う樽状構造を形成する。ジェリーロールバレルのヘアピンループは、GUSBのリソソーム標的化に重要な要素と考えられており、このドメインはリソソーム標的化モチーフとも呼ばれる。第2ドメインは免疫グロブリン定常領域に構造的に類似する。第3ドメインはα/β、すなわちTIMバレルドメインである。本ドメインには酵素の活性部位が存在し、触媒部位として機能する点が、グリコシルヒドロラーゼに共通する特徴である。

TIMバレルドメインは約200アミノ酸残基を含み、8本のβシートと8本のαヘリックスが交互に配置された立体構造からなる。各βシートと次のαヘリックスを連結する構造はβαループと呼ばれる。各αヘリックスと次のβシートを連結する構造はαβループと呼ばれ、内側にβシート、外側にαヘリックスを有する樽状構造へと折り畳まれる。さらに、βαループおよびαβループはTIMバレルドメインの触媒表面および安定性の形成に寄与する。生物進化の過程において、触媒表面に位置するループのアミノ酸残基は変化しやすく、その結果、触媒表面が触媒機能を担う。一方、安定表面は比較的変化しにくく、タンパク質の基本的な構造機能を安定化する役割を果たす。各単量体の活性部位はオリゴマーの界面に存在するため、四量体複合体であるGUSBは4つの活性部位を有する。

生理機能

GUSBはヒトの組織および体液に広く存在する。ステロール代謝に関与する重要な酵素であり、ビリルビン代謝においても重要な役割を担う。同時に、GUSBはリソソーム加水分解酵素に分類され、哺乳類組織に広く分布し、とりわけ肝臓、脾臓、副腎、腸粘膜および胃粘膜に多く認められる。ハウスキーピング酵素として、GUSBは大多数の組織で発現し、リソソームにおけるプロテオグリカンの加水分解に積極的に関与する。グリコサミノグリカン（GAG）の分解過程における第5段階を触媒し、デルマタン硫酸およびケラタン硫酸の分解に重要な役割を果たす。さらに、GUSBはカチオン結合ならびに、ペントース、グルクロン酸、クロロフィル、ポルフィリン、デンプンおよびスクロースなど各種代謝物間の相互変換にも関与する。GUSBは、生理的条件および炎症条件下における細胞外マトリックス成分のリモデリングにおいて重要な役割を担う。加えて、GUSBはグルクロニドからの活性型または不活性型複合体の遊離に大きく関与するため、プロドラッグの活性を変化させ得る。総じて、GUSBはヒト体内における重要な加水分解酵素であり、GUSBの欠損は多様な代謝異常を引き起こし得る。

応用

GUSBは、リソソームに局在し、化学療法薬の代謝に関与する多数の加水分解酵素の一つである。抗体指向性酵素プロドラッグ療法（ADEPT）において重要な研究対象として用いられてきた。ADEPTにおけるGUSB利用の主目的は、宿主における免疫応答の誘発を回避することである。GUSBは腫瘍部位または腫瘍近傍でグルクロニド型プロドラッグを加水分解し、有効成分を遊離し得ることから、化学療法に伴う重篤な有害反応を回避しつつがん治療を行う目的でADEPTに利用される。GUSBは膵がん治療において重要な役割を果たしてきた。さらに、グルクロン酸抱合ダウノルビシン（DNR-GA3）、グルクロン酸抱合ドキソルビシン（DOX-GA3）、グルクロン酸抱合エピルビシン（Epi-bus）など、いくつかのGUSB関連プロドラッグが開発されている。

GUSBはヒトの内臓諸器官に広く存在し、ヒト代謝と密接に関連する。本酵素の検出法は比較的直観的である。したがって、臓器ごとのGUSB酵素活性の変動を評価することで、臓器病変の発生を検出し得る。総胆管結石、歯周炎、異常細胞増殖、または発がんの際にGUSB酵素活性の変化が検出されるため、疾患診断に利用できる。

参考文献