NADK

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序論

高増殖性のがん細胞は、タンパク質、核酸および脂質の還元的生合成（図1A）における還元剤として、十分量のNADHおよびNADPHを必要とする。これらの物質が欠乏すると細胞増殖は停止し、最終的に細胞死に至る。NADPHはまた、急速な増殖に伴って生じる活性酸素種（ROS）を中和する過程に関与することから、細胞内の健全なレドックス状態の維持において重要な役割を担う。

図1．NADPH産生におけるNAD⁺キナーゼ（NADK）、脱水素酵素（G6PD）およびリンゴ酸酵素M1、M2の役割（Tedeschi, P.M.; et al. 2016）。

NADPHレベルの低下は、腫瘍の生存に対して2つの影響を及ぼすことが予想される。すなわち、主要な生合成経路の阻害と、がん細胞が高レベルのROSを中和する能力の低下である。NADPH制御過程において中心的役割を担うのがNAD⁺キナーゼ（NADK）であり、NADKはNADPを産生し、これが脱水素酵素の作用によりNADPHへと変換される。NADKは1950年にSaccharomyces cerevisiaeから単離・同定され、その後、さまざまな生物種から精製されてきた。

ヒト細胞質NADK（cNADK）は、モノマー分子量約50 kDaの必須二量体である。ヒトcNADKは無機リン酸を利用できない。本酵素の活性部位は2つのモノマーの一部から構成される点が特徴である（図1B）。ヒトcNADKの構造および機能は10年以上前から知られている。近年、ミトコンドリアNADK（mNADK）がミトコンドリアで産生されるROSの制御に重要な役割を果たし得ることが見出された。これまで、原核生物と哺乳類のNADK活性部位における構造および基質の相違により、NADK阻害剤研究の多くは病原性細菌に焦点が当てられてきた。現在、多剤耐性マラリアおよび結核を対象としたNADK阻害剤の研究が精力的に進められている。炎症やがんなどの疾患治療を目的としたヒトNADK阻害は、比較的最近まで提案されていなかった。

図2．PyMOLを用いて作成した、ヒトNADKに結合したNAD⁺（空間充填モデル）のモデル。各モノマーは緑およびシアンで着色（Tedeschi, P.M.; et al. 2016）。

NADKのミトコンドリア局在

NADPHおよびNADKは細胞内ROS制御に不可欠な役割を果たすものの、近年の研究では、cNADKのノックダウンがROSレベルに及ぼす影響は限定的であることが示されている。別の研究でも、cNADK（細胞質NADK）はROSに対する防御において最小限の保護しかもたらさないことが示された。Pollakらは、ヒト細胞は酸化防御において、NADP⁺レベルそのものよりも、NADP⁺依存性脱水素酵素によるNADP⁺の還元により強く依存している可能性があると考えている。最近同定されたミトコンドリアNADK（mNADK）も、この結果の説明に資する。NADPは膜を透過しないため、ミトコンドリアNADKの存在は長らく仮説として提唱されてきたが、近年まで特徴付けはなされていなかった。ミトコンドリアのNADHおよびNADPHは、酸化ストレスからの防御および高分子生合成に必須である。mNADKは、ミトコンドリアをROSから保護するためのNADHおよびNADPH産生において不可欠な役割を担う可能性がある。腫瘍細胞ではROSレベルが上昇していることから、mNADK阻害はがん治療戦略の一つとなり得る。しかし、本酵素は心臓および脳をROSから保護するうえで鍵となる役割を果たす可能性があるため、本手法は臨床応用上の毒性が過大となるおそれがあり、慎重な検証を多数要する。

がんにおける細胞質NADK発現

膵管腺がん患者由来の変異体から、新規cNADK変異体NADK-I90Fが単離され、その後、分子構造および酵素活性が解析された。野生型酵素と比較して、cNADK-I90FはNAD⁺およびATPに対するVmaxが高く、Kmが低いことから、活性が増強していることが示唆される。この所見と整合して、本変異体を発現する細胞ではNADPHレベルが上昇し、ROSレベルが低下している。in vitroおよびin vivoでNADK-I90Fの細胞への影響を検討したところ、酵素活性の増強により正常膵管細胞の形質転換を駆動し得ることが示された。これらは、野生型ならびに特定の変異型cNADKが、がん治療において臨床的意義を有する酵素標的であるとの見解をさらに支持する。