NADK

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はじめに

高度に増殖する癌細胞は、タンパク質、核酸、脂質の還元的合成のために、還元剤として十分な量のNADHとNADPHを必要とします（図1A）。これらの物質が不足すると、細胞の成長が停止し、最終的には細胞死に至ります。NADPHは、急速な成長に関連する反応性酸素種（ROS）を中和するのに関与しているため、細胞内の健康なレドックス状態を維持する上でも重要な役割を果たします。

図 1. NAD⁺キナーゼ（NADK）および脱水素酵素（G6PD）とリンゴ酸酵素M1およびM2がNADPHを生成する役割（Tedeschi, P.M.; et al. 2016.）

NADPHレベルの低下は、腫瘍の生存に対して2つの影響を及ぼすと予想されます：重要な生合成経路を抑制し、癌細胞が高いROSレベルを中和する能力を低下させることです。NADPH調節のプロセスには重要な役割があり、NAD⁺キナーゼ（NADK）がNADPを生成し、それが脱水素酵素の作用の下でNADPHに変換されます。NADKは1950年にSaccharomyces cerevisiaeから分離され、特定され、その後さまざまな生物から精製されています。

ヒト細胞質NADK（cNADK）は、約50 kDaのモノマーサイズを持つ必須二量体です。ヒトcNADKは無機リン酸を使用できません。酵素の活性部位は2つのモノマーの部分から構成されており、これは酵素の特徴的な特徴です（図1B）。ヒトcNADKの構造と機能は10年以上知られています。最近、ミトコンドリアNADK（mNADK）がミトコンドリアで生成されるROSを制御する上で重要な役割を果たす可能性があることが発見されました。これまでのところ、原核生物と哺乳類のNADK活性部位の構造と基質の違いにより、NADK阻害剤の研究は主に病原性細菌に焦点を当ててきました。現在、多剤耐性マラリアや結核のためのNADK阻害剤の研究に多くの努力が注がれています。炎症や癌などの病気の治療のためのヒトNADKの阻害は、最近まで提案されていませんでした。

図 2. ヒトNADKに結合したNAD⁺（空間充填モデル）のモデルで、各モノマーは緑とシアンで色付けされ、PyMOLを使用して作成（Tedeschi, P.M.; et al. 2016.）

ミトコンドリアに局在するNADK

NADPHとNADKは細胞内のROSを調節する上で重要な役割を果たしますが、最近の研究ではcNADKのノックダウンがROSレベルにわずかな影響しか与えないことが示されています。他の研究では、cNADK（細胞質NADK）がROSの最小限の保護しかもたらさないことが示されています。Pollakと同僚は、ヒト細胞が酸化防御のためにNADP⁺レベルよりもNADP⁺-依存性脱水素酵素に依存している可能性があると考えています。最近特定されたミトコンドリアNADK（mNADK）もこの結果を説明するために使用できます。NADPは膜を通過できないため、ミトコンドリアNADKが存在することが長い間仮定されており、最近まで特性が明らかにされていませんでした。ミトコンドリアのNADHとNADPHは、酸化ストレスと高分子合成からの保護に必要です。mNADKは、ROSからミトコンドリアを保護するためにNADHとNADPHを生成する上で不可欠な役割を果たす可能性があります。腫瘍細胞におけるROSレベルの増加により、mNADKの阻害は癌治療の一つの戦略のようです。しかし、この酵素がROSから心臓や脳を保護する上で重要な役割を果たす可能性があるため、この方法は臨床使用にはあまりにも毒性が強いかもしれず、多くの慎重なテストを経る必要があります。

癌における細胞質NADKの発現

新しいcNADK変異体NADK-I90Fは、膵管腺癌患者の変異体から分離され、その分子構造と酵素活性がその後特性評価されました。野生型酵素と比較して、cNADK-I90FはNAD⁺およびATPに対してVmaxが高く、Kmが低く、活性が増加していることを示しています。この発見と一致して、この変異体を発現する細胞はNADPHレベルが上昇し、ROSレベルが低下しています。NADK-I90Fが細胞に与える影響をin vitroおよびin vivoで研究したところ、その酵素活性の増加により正常な膵管細胞の変換を促進することがわかりました。これは、野生型および特定の変異型のcNADKが癌治療の臨床的に関連する酵素ターゲットであるという見解をさらに支持しています。