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IDUA

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公式フルネーム
IDUA
背景
本酵素は、デルマタン硫酸における非硫酸化α-L-イズロン酸結合の加水分解を触媒する。リソソーム分解過程において、α-L-イズロニダーゼは極めて重要な役割を担う。本酵素は、デルマタン硫酸およびヘパラン硫酸を含むGAG（グリコサミノグリカン）に存在する非還元末端のα-L-イズロン酸残基を加水分解する。デルマタン硫酸やヘパラン硫酸などのグリコサミノグリカンの分解に関与し、細胞のリソソーム内に局在する。
同義語
イズロニダーゼ（EC 3.2.1.76、L-イズロニダーゼ、α-L-イズロニダーゼ）；グリコサミノグリカン α-L-イズロノヒドロラーゼ；IDUA；α-L-イズロニダーゼ
カタログ 製品名 EC番号 CAS番号 ソース 価格
EXWM-3940 L-イドロン酸デイダーゼ EC 3.2.1.76 9073-56-7 お問い合わせ
NATE-0930 ヒト由来のα-L-イデュロニダーゼ、再組換え EC 3.2.1.76 マウス NSO ... お問い合わせ

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背景

アスパラギン結合型タンパク質糖鎖付加（N結合型糖鎖付加）は真核生物における主要な翻訳後修飾の一つであり、オリゴ糖鎖がアスパラギンのNδ原子に結合する（Asn-Xaa-Ser/Thr、Xaaはプロリンを除く任意のアミノ酸）。N結合型糖鎖付加は生体において極めて重要で、免疫認識、細胞内シグナル伝達、リガンド‐受容体結合、フォールディングおよび安定性など、タンパク質に多様な機能を付与する。α-ガラクトシダーゼAやグルコセレブロシダーゼなど一部のリソソーム酵素では、脱糖鎖化によりタンパク質安定性が低下し、その結果として酵素活性が低下し得る。しかし、N結合型糖鎖と酵素活性の正確な関係については、依然として研究データが不足している。

α-L-イズロニダーゼ（IDUA；EC 3.2.1.76）は重要なリソソーム酵素である。IDUA活性の低下または欠失は、リソソーム内でのグリコサミノグリカンの蓄積を引き起こし、ムコ多糖症I型（MPS I）に至る。ヒトIDUAは653アミノ酸として翻訳され、6つの潜在的N結合型糖鎖付加部位（N110、N190、N336、N372、N415、N451）を有する。その後、N末端の26残基が除去され、リソソーム内で成熟型へとプロセシングされる。

IDUAは、L-イズロン酸（IdoA）の末端と、N-アセチルガラクトサミン（GalNAc）-4-硫酸／N-スルホ-D-グルコサミン（GlcNS）-6-硫酸の第2糖との間のグリコシド結合を加水分解する。したがって、IDUAの欠損はデルマタン硫酸／ヘパラン硫酸の蓄積を招き、進行性精神遅滞、低身長、頭蓋の腫大および変形、角膜混濁、関節拘縮、肝脾腫大などを含む全身性疾患であるMPS Iを引き起こす。1981年から2003年にかけて、イングランドおよびウェールズにおけるMPS Iの有病率は出生10万あたり1.07であった。現在、中国ハムスター卵巣（CHO）細胞を用いて組換えヒトIDUA（hIDUA）を発現させ、酵素補充療法の開発に利用しており、MPS I治療に広く用いられている。

IDUAはグリコシド加水分解酵素（GH）ファミリー39に属する。これまでに細菌由来GH39 β-キシロシダーゼ（XynB）の結晶構造が解かれている。さらに、Thermoanaerobacterium saccharolyticum由来XynB（PDB ID：1PX8）に基づいて構築されたhIDUAのホモロジーモデルが報告されており、植物種子で発現させたアポhIDUAの結晶構造も取得されている。しかし、MPS Iの病態基盤の理解を深め、新規治療法を開発するためには、哺乳類細胞で発現したhIDUAの構造データが依然として必要である。

Reaction scheme of dermatan sulfate hydrolysis catalyzed by Hidua 図1. Hiduaにより触媒されるデルマタン硫酸加水分解の反応スキーム（Maita, N.; et al. 2013）

hIDUAの全体構造

hIDUAの酵素活性とN結合型糖鎖との関係に関する構造基盤を明らかにするため、アポ型およびIdoA結合型hIDUAの結晶構造が取得された。各非対称単位には2つのhIDUAサブユニットが含まれる。hIDUAは3つのドメインから構成される。残基42–396は（β/α）8トリオースリン酸イソメラーゼ（TIM）バレルフォールドを形成し、残基27–42および397–545は短いヘリックス‐ループ‐ヘリックス（482–508）を含むβサンドイッチドメインを形成し、残基546–642はIg（免疫グロブリン）様ドメインを形成する。後者2ドメインはC541とC577の間に位置するジスルフィド結合により連結されている。比較の結果、hIDUAのTIMバレルおよびβサンドイッチドメインのトポロジーはXynBとほぼ同一であるが、XynBはhIDUAよりアミノ酸鎖長が短く、C末端にIg様ドメインを欠く。マンノース残基の先端（Man7）は活性部位に到達し、基質結合ポケットの一部を形成する。また、Y355とMan3の間の疎水性相互作用も観察された。

Domain organization of hIDUA 図2. hIDUAのドメイン構成（Maita, N.; et al. 2013）

近年、hIDUAの結晶構造がProtein Data Baseに2件登録されており、空間群はR3（PDB ID：4JXO）およびP21（PDB ID：4JXP）である。しかし、これらは最大6糖までしか含まずMan7を欠いており、植物種子発現系の使用に起因する可能性がある。IdoA結合型hIDUA構造では、TIMバレル中心に位置するIdoA分子の電子密度が明瞭に観察される。アポ型とIdoA結合型の構造差は非常に小さく、D187の側鎖が活性部位側へ反転し、Oδ2原子とN181の主鎖酸素およびNδ原子との間に水素結合が形成される点のみが認められる。この変化により、IdoAのO2原子とN181のNδとの間に緊密な水素結合ネットワークが形成され得る。IdoA結合型hIDUAの構造では、TIMバレル中心に位置するIdoA分子の電子密度が明瞭に観察される。比較の結果、アポ型とIdoA結合型の結合状態における構造差は非常に小さく、D187の側鎖が活性部位方向へわずかに反転して水素結合を形成する点のみである。この変化により、IdoAのO2原子とN181のNδとの間に緊密な水素結合ネットワークが形成され得る。

Molecular surface representation around the substrate-binding pocket of hIDUA 図3. hIDUA（サブユニットB）の基質結合ポケット周辺の分子表面表示（Maita, N.; et al. 2013）

Reference

  1. Maita, N.; et al. Human α-l-iduronidase uses its own N-glycan as a substrate-binding and catalytic module. PNAS. 2013, 110 (36): 14628-14633.
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