HNMT

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要旨

ベタイン‐ホモシステインメチルトランスフェラーゼ（BHMT）は、Zn²⁺依存性のチオールメチルトランスフェラーゼであり、ホモシステイン濃度を調節する。ホモシステイン濃度の上昇は、心血管疾患のリスク因子と考えられている。血漿中ホモシステインの大部分は肝臓のメチオニンサイクルを介して産生され、BHMTはこの非タンパク質性アミノ酸のおよそ25%を代謝する。この過程により、メチル化反応によるホスファチジルコリン合成に用いられる3つのメチル化当量のうち1つが回収される。BHMTは40年以上前から知られているが、その単離に伴う困難について詳細に検討されたのは比較的最近である。

序論

近年、ホモシステイン（Hcy）は心血管疾患のリスク因子としての役割により大きな注目を集めている。血漿中濃度（tHcy）の上昇は、乾癬、腎機能不全、二分脊椎、アルツハイマー病、高齢者の認知機能障害、および妊娠転帰不良などの病態でも検出されている。実際、遺伝的要因および非遺伝的要因の双方により、健常集団の10～20%でtHcy高値が認められる可能性がある。ヒトでは摂取したメチオニンのおよそ48%が肝臓で処理されるため、肝臓がtHcy濃度の主要な調節因子であると提唱されている。非タンパク質性のチオール含有アミノ酸であるHcyは、S-アデノシルメチオニン（SAM）依存性メチル化反応により産生されるS-アデノシルホモシステイン（SAH）を、S-アデノシルホモシステイン加水分解酵素（SAHH）がHcyとアデノシンに分解する反応によって生成される。この反応は可逆的であり、熱力学的にはSAH合成が有利である。SAHは多くのメチル化反応に対する強力な阻害因子であるため、この阻害因子の濃度を制御するには、反応生成物の除去をその生成と協調させる必要がある。

図1．肝臓におけるホモシステイン代謝（Pajares, M. A.; Pérez-Sala, D. 2006）

BHMT遺伝子

BHMT遺伝子は8つのエクソンと7つのイントロンから構成され、ヒトでは染色体5q13.1～5q15に位置する。BlastN検索により、ヒトとマウスの遺伝子間で61%の同一性が示された。ゲノムDNAの5'末端解析では、ヒトおよびマウス遺伝子の転写開始点のそれぞれ上流26 bpおよび28 bpにTATAボックスが存在する可能性が示唆された。さらに、ヒトのTATAボックスの5′側には、Sp1（4箇所）、アクチベータープロテイン2（1箇所）、肝特異的または肝優位に発現する因子であるHNF-1、HNF-3およびCAATエンハンサー結合タンパク質、homeobox 4c、4d、4e、ならびにステロイド受容体など、複数の転写因子の推定結合部位が存在する。この領域はマウス遺伝子では、Sp1、AP2、AP4、NF1、GATAおよびCCAATの推定結合部位を含む。ヒト遺伝子では、TATAボックスの3'側にも追加のSp1結合部位が2箇所見出されている。–1793/–1063を含む領域には負の制御エレメントが存在し、–3175/–1793にはそれを補償するエレメントが存在する。HepG2培地へのメチオニンまたはエチオニン添加では明確な影響は認められなかった一方、SAMは活性を低下させた。SAM応答エレメントは–254/+1に位置する。しかし、これらの実験データは推定上の制御部位を同定するにとどまるため、これら制御エレメントの役割について、より詳細な検討が必要である。

図2．BHMT構造（Pajares, M. A.; Pérez-Sala, D. 2006）

BHMTの相互作用

肝臓におけるBHMTの極めて高い存在量に加え、ベタインを産生しない水晶体にもBHMTが存在することは、メチオニン合成以外のプロセスにおける潜在的な作用を示唆している。これまでに、cDNA発現ライブラリーおよび酵母ツーハイブリッドライブラリーのスクリーニング、2次元ゲル電気泳動、ならびに免疫沈降法により、apoB mRNA、チューブリン、B型肝炎ウイルス（HBV）、およびトランスグルタミナーゼなどの相互作用パートナーが同定されている。さらに、プリオンタンパク質（PrP）スクリーニングではBHMT2およびBHMT断片が見出され、それぞれオートリソソーム膜およびリソソーム膜に存在することが示された。共焦点顕微鏡による共局在解析により微小管への結合が観察され、BHMTがチューブリン二量体と共集合することも示された。また、トランスグルタミナーゼはBHMTのC末端を修飾する、あるいは架橋された260 kDaおよび520 kDaの多量体を生成する。N末端の一部を欠失した断片は異なるフォールディング様式を取り得るため、機能も異なる可能性がある。この新たなフォールドは、チューブリン結合または翻訳後修飾によっても生じ得る。