ヒアルロン酸リラーゼ

ヒアルロン酸リラーゼ（EC 4.2.2.1）、別名ヒアルロニダーゼ、ヒアルロンオングルコサミニダーゼ、ヒアルロンオグルクロンニダーゼ、グルクロンオグリコサミノグリカンリラーゼ、またはムシナーゼは、いくつかの病原性ストレプトコッカス種から記述されているヒアルロン酸（HA）の分解を触媒します。ヒアルロン酸リラーゼは、特に多糖類に作用する炭素-酸素リラーゼのファミリーに属します。これは、β-D-GalNAc-(1->4)-β-D-GlcA結合でヒアルロン酸鎖を切断し、最終的に多糖を3-(4-デオキシ-β-D-グルク-4-エヌロンシル)-N-アセチル-D-グルコサミンに分解します。

分類

ヒアルロニダーゼは、現在までに主に2つのグループに分類できます：リラーゼと加水分解酵素。リラーゼには、特定の株のStreptococcus、Propionibacterium、Peptostreptococcus、StaphylococcusおよびStreptomyces属によって分泌される細菌性ヒアルロニダーゼ（ヒアルロン酸リラーゼ）が含まれます；加水分解酵素には、精巣型ヒアルロニダーゼとヒル型ヒアルロニダーゼが含まれます。これら2つのグループにはかなりの違いがあります。細菌由来のヒアルロニダーゼのリラーゼグループは、安定性が低く、ヒアルロン酸をより速い速度で、より大きな程度で分解し、不飽和生成物を生成します。逆に、加水分解酵素グループのヒアルロニダーゼは、同じグリコシド結合の加水分解によって作用し、変わらない繰り返し二糖ユニットから構成されるオリゴ糖生成物を与えます。

基質

ヒアルロン酸は、β-1-4結合のN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）とグルクロン酸（GlcA）二糖からなる線状グリコサミノグリカンであるヒアルロン酸リラーゼの主要な基質です。これは非常に粘性のある溶液を形成し、主に関節の潤滑剤および衝撃吸収材として機能します。これは、滑液、軟骨、皮膚、脳などの多くの哺乳類組織に存在し、細胞外マトリックスの主要な部分を形成します。結合組織における構造的役割に加えて、多くの生物学的に重要な分子がヒアルロン酸に付着しており、細胞の増殖、認識、運動などのさまざまな生理的プロセスに重要な役割を果たします。細胞の適切な活動を確保するために、体内のHAレベルは、HAの生合成と分解を制御するために微細に調整されています。ヒアルロニダーゼは、動物および細菌におけるHA分解を担当する酵素です。

構造

Streptococcus pneumoniaeヒアルロン酸リラーゼ分子の結晶構造は、1つの短いリンカーで接続された2つの異なる構造ドメインに分かれています。N末端のαヘリカルドメインは、酵素の最初の361残基（Lys171–Ser531）を含み、主に13のαヘリックスで構成されています。10のαヘリックス（αH3–αH12）は、ねじれた（α/α）バレル構造に配置されています。バレルは不完全で、片側が開いています。これらの10の隣接するヘリックスの2つごとに基本的なヘアピン構造を形成します。5つのヘアピンが（α5/α5）バレル構造を構成します。ヘリックスαH2とαH13はバレル軸に対してほぼ垂直で、バレルの開口部をブロックします。C末端のβドメインは、次の347残基（Tyr543–Lys889）を含み、24のβストランドが5つのβシートに配置されています。すべてのβシートは構造内で逆平行であり、5つのシートは互いに平行です。2つのドメインは球形で、ほぼ同じサイズです。

図1. Streptococcus pneumoniaeヒアルロン酸リラーゼとテトラサッカライドヒアルロン酸基質の複合体。(Jedrzejas, M.J. 2002)

メカニズム

ヒアルロン酸の分解は、ランダムな初期内因性酵素がヒアルロン酸に結合し、同じ基質鎖の外因性分解が非還元末端に向かって行われるプロセスであると考えられています。肺炎球菌ヒアルロン酸リラーゼおよび他のいくつかの既知の細菌ヒアルロン酸リラーゼにおいて、最終的な分解生成物はヒアルロン酸の不飽和二糖誘導体です。ヒアルロン酸分解に責任を持つ5段階の触媒プロセスは、次のように構成されると提案されています：（i）ヒアルロン酸基質結合ステップ、（ii）触媒ステップ、（iii）水の微小環境との水素交換、（iv）不可逆的な生成物放出ステップ、および（v）残りの高分子基質の転送ステップ。

ヒアルロン酸分解プロセスが実行可能であるためには、酵素がその長い切れ目を利用して基質に結合する必要があります。基質が切れ目に初期結合またはドッキングした後、ヒアルロン酸は切れ目に沿って正確に配置され、主に切れ目表面を覆う帯電残基と相互作用します。天然酵素の構造とHAのテトラおよびヘキササッカライドユニットとのモデル化された複合体構造に基づいて、触媒残基はAsn349、His399、およびTyr408であると提案されています。触媒プロセスでは、酵素分子はTyr408から1つの水素を失い、His399で別の水素を得ます。最終ステップとして、酵素が元の状態に戻り、次の触媒反応の準備が整うためには、水素バランスを回復する必要があります。次の触媒反応が行われるためには、酵素は生成された二糖生成物を活性部位から放出する必要があります。

参考文献