LAP

ロイシルアミノペプチダーゼ（EC 3.4.11.1）、別名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などは、ペプチドやタンパク質のN末端におけるロイシン残基の加水分解を優先的に触媒するプロトタイプのジ亜鉛ペプチダーゼであり、他のN末端残基も広い特異性により同時に切断されることがあります。LAPは動物、植物、原核細胞に広く存在し、ペプチドの処理や分解において異なる組織特異的な生理的役割を持っています。ヒトLAP、ウシレンズLAP、ブタLAP、トマトのナス科特異的酸性LAP（LAP-A）、およびEscherichia coli LAP（PepAまたはXerBとしても知られる）が同定されています。

分子構造

PepAとウシレンズLAPの活性部位が同一構造であることがわかっています。PepA、ウシレンズLAP、およびLAP-Aの生化学は非常に類似しており、これら3種のLAPは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します。これらの酵素はすべて金属ペプチダーゼに属し、酵素活性には二価金属カチオンが必要であり、Mn²⁺、Mg²⁺、およびZn²⁺の存在下で活性を示します。これらの酵素はまた、高pHおよび高温で最適な活性を示すことが示されています。pH 8では、60 °Cで最高の酵素活性が観察されます。これらのLAPはin vivoでヘキサマーを形成することもあります。55kDaの酵素的に不活性なLAP-Aプロトマー6つが集まって353kDaの生物活性LAP-Aヘキサマーを形成することが示されています。ウシレンズLAPプロトマーと構築された生物活性ヘキサマーの構造は、Protein Data Bank（PDB ID: 2J9A）で見つけることができます。

メカニズム

提案されたメカニズムでは、重炭酸イオンがアルギニン側鎖（PepAのArg-356およびLAPのArg-336）に結合し、2つの触媒亜鉛イオンの非常に近くに位置しています。重炭酸イオンは、亜鉛橋接水核種からプロトンを受け取り、離脱基にプロトンを移動させる一般的な塩基として機能すると予想されています。したがって、PepAおよびLAPにおける重炭酸イオンの一般的な塩基としての役割は、他のジ亜鉛またはモノ亜鉛ペプチダーゼの推定メカニズムにおけるカルボキシレート側鎖の触媒機能に相当します。さらに、2つの亜鉛イオンは、Lys-282と共に核種の脱プロトン化、基質カルボニル基の偏極、および遷移状態の安定化に関連しています。遷移状態類似体阻害剤がLAPに結合するモードは、gem-ジオール酸素の1つによって2つの亜鉛イオンが対称的に橋渡しされることから、攻撃する核種に由来すると考えられています。これは、核種攻撃の前に水核種が端末配位を得る可能性とは反対です。2つの金属イオンとの核種の結合は、その核種性を低下させると推定されます。さらに、配位リガンドの種類と電荷、ならびに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および核種性に影響を与えるでしょう。

図1. PepAおよびLAPの触媒メカニズム。（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果たす細胞維持のための酵素としてしばしば認識されます。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します。哺乳類では、LAP活性を持つM17およびM1酵素がMHC I抗原提示のためのペプチドのプロセス、バイオアクティブペプチド（オキシトシン、バソプレシン、エンケファリン）の処理、プラズマ膜への小胞輸送に寄与しています。微生物では、M17ファミリーのLAPがプロテオリシスに関与し、DNAと結合する能力を発揮し、LAPがピリミジン、アルギン酸、コレラ毒素の生合成を制御する転写抑制因子として機能することを可能にし、プラスミドやファージにおける特異的な組換えイベントを調節します。LAPは防御、オーキシン受容体の膜輸送、および減数分裂にも関与しています。LAPはペプチドの消化とロイシンの放出を示し、小腸におけるアミノ酸の吸収を表すことができます。タンパク質のターンオーバーに必要なハウスキーピング遺伝子であるだけでなく、LAP-Aはトマトにおける免疫応答の調節的役割も明らかにされています。ナス科植物の一部におけるオクタデカノイド経路の産物としてのLAP-Aは、トマトの遅延傷害応答における調節的役割を持つことが示されており、信号伝達経路において調節機能を発揮する最初の植物アミノペプチダーゼです。LAPはまた、細胞に対する高浸透圧の塩分脅威に対処するためにさまざまな海洋生物に発現し、LAPは外部環境の高いイオン濃度を均衡させることを目的として、アミノ酸を細胞内に放出するためにタンパク質の触媒を開始します。

参考文献