LAP

ロイシルアミノペプチダーゼ（EC 3.4.11.1）は、ロイシンアミノペプチダーゼ、LAP、ロイシルペプチダーゼ、ロイシンアミドアミノペプチダーゼ等とも呼ばれ、ペプチドおよびタンパク質のN末端に存在するロイシン残基の加水分解を優先的に触媒する、代表的な二亜鉛依存性ペプチダーゼである。一方で基質特異性が広いため、他のN末端残基も同時に切断され得る。LAPは動物、植物、原核細胞に普遍的に存在し、ペプチドのプロセシングまたは分解において、組織特異的な生理機能を担う。ヒトLAP、ウシ水晶体LAP、ブタLAP、トマト（Solanum lycopersicum）におけるナス科特異的酸性LAP（LAP-A）、ならびにEscherichia coliのLAP（PepAまたはXerBとしても知られる）が同定されている。

分子構造

PepAおよびウシ水晶体LAPの活性部位は同一構造（isostructural）であることが見出されている。PepA、ウシ水晶体LAP、ならびにLAP-Aの生化学的特性も極めて類似しており、これら3種由来のLAPはいずれも、N末端のロイシン、アルギニン、メチオニン残基を優先的に切断する。これらの酵素はいずれも、酵素活性に二価金属カチオンを必要とするメタロペプチダーゼに属し、Mn²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺存在下で活性を示す。また、高pHおよび高温条件で至適活性を示すことが示されている。pH 8では、60℃で最も高い酵素活性が観察される。これらのLAPはin vivoでヘキサマーを形成し得る。酵素学的に不活性な55 kDaのLAP-Aプロトマー6分子が会合して、353 kDaの生物学的に活性なLAP-Aヘキサマーを形成することが示されている。ウシ水晶体LAPプロトマーおよび構築された生物学的活性ヘキサマーの構造は、Protein Data Bank（PDB ID: 2J9A）に登録されている。

作用機序

提唱されている機序では、炭酸水素イオンがアルギニン側鎖（PepAではArg-356、LAPではArg-336）に結合し、2つの触媒亜鉛イオンの近傍に位置する。炭酸水素イオンは、亜鉛架橋水（求核剤）からプロトンを受容し、さらにそのプロトンを脱離基へ移送する一般塩基として機能すると予測される。したがって、PepAおよびLAPにおける一般塩基としての炭酸水素イオンの役割は、他の二亜鉛または単亜鉛ペプチダーゼの推定機序におけるカルボキシラート側鎖の触媒機能に相当する。さらに、2つの亜鉛イオンは、Lys-282とともに求核剤の脱プロトン化、基質カルボニル基の分極、ならびに遷移状態の安定化に関与する。LAPに対する遷移状態アナログ阻害剤の結合様式では、gem-ジオール酸素の一方が2つの亜鉛イオンを対称的に架橋しており、これは攻撃する求核剤に由来すると考えられる。この所見は、求核攻撃に先立って水求核剤が末端配位を受ける可能性とは相反する。求核剤が2つの金属イオンと結合することにより、その求核性が低下すると推定される。さらに、配位リガンドの種類および電荷に加え、タンパク質環境の誘電率および静電ポテンシャルも、水のpKaおよび求核性に影響を及ぼす。

図1. PepAおよびLAPの触媒機構。（Sträter N; et al. 1999）

生物学的機能

LAPは、ペプチドのターンオーバーにおいて重要な役割を担う細胞維持酵素として認識されることが多い。LAPはM1またはM17ペプチダーゼファミリーのメンバーに属する。哺乳類では、LAP活性を有するM17およびM1酵素が、MHCクラスI抗原提示に供されるペプチドのプロセシング、生理活性ペプチド（オキシトシン、バソプレシン、エンケファリン）の処理、ならびに小胞の形質膜へのトラフィッキングに寄与する。微生物では、M17ファミリー由来のLAPがタンパク質分解に関与し、さらにDNA結合能を示すことで、転写リプレッサーとして機能し、ピリミジン、アルギネート、コレラ毒素の生合成を制御するとともに、プラスミドおよびファージにおける部位特異的組換え事象を調節する。LAPはまた、防御機構、オーキシン受容体の膜輸送、ならびに減数分裂にも関与するとされる。LAPはペプチド消化およびロイシン放出の指標となり得るほか、小腸におけるアミノ酸吸収を反映し得る。LAP-Aは、タンパク質ターンオーバーに必須のハウスキーピング遺伝子であることに加え、トマトにおける免疫応答の制御的役割も解明されている。一部のナス科植物においてオクタデカノイド経路産物であるLAP-Aは、トマトの後期創傷応答における制御的役割を有することが示されており、シグナル伝達経路において制御機能を発揮することが示された最初の植物アミノペプチダーゼである。さらにLAPは、細胞に対する高塩分による浸透圧ストレスに適応するため、さまざまな海洋生物でも発現し得る。この過程でLAPはタンパク質の触媒分解を開始し、細胞内へアミノ酸を放出することで、外部環境における高いイオン濃度とのバランスを図る。

参考文献