ノイラミニダーゼ

ノイラミニダーゼ（シアリダーゼとも呼ばれる）は、ノイラミン酸のグリコシド結合を切断するグリコシダーゼ酵素のグループです。ノイラミニダーゼ酵素は多様な生物に見られる大きなファミリーです。最もよく知られているノイラミニダーゼはウイルス性ノイラミニダーゼであり、インフルエンザ感染の拡散を防ぐための薬のターゲットです。1940年代、アメリカの科学者ジョージ・ハーストは、赤血球（赤血球）と混合したインフルエンザウイルスのサンプルにおいて、赤血球の表面の受容体を破壊する物質を特定しました。その後すぐに、ドイツ生まれのイギリスの生化学者アルフレッド・ゴッチャルクは、これらの受容体を破壊する酵素がノイラミニダーゼであることを発見しました。

分類

触媒メカニズムに従って、ノイラミニダーゼはそれぞれ外因性または内因性ポリシアリック酸を切断する2つのグループに分類できます。

• 末端シアリック酸残基のα-(2→3)-、α-(2→6)-、α-(2→8)-グリコシド結合の外因性加水分解
• オリゴまたはポリ（シアリック）酸における(2→8)-α-シアロシル結合の内因性加水分解

情報源によると、ノイラミニダーゼは3つのグループに分類できます。

• ウイルス性ノイラミニダーゼ
• 細菌性ノイラミニダーゼ
• 哺乳類ノイラミニダーゼ

インフルエンザノイラミニダーゼの既知のサブタイプは9つあり、その多くはアヒルや鶏の品種にのみ見られます。N1およびN2サブタイプは人間の流行と正の相関があり、N3またはN7サブタイプは一部の孤立した死亡例で見つかりました。

ウイルス性ノイラミニダーゼ

ウイルス性ノイラミニダーゼは、インフルエンザウイルスの表面に見られるノイラミニダーゼの一種で、ウイルスが宿主細胞から放出されるのを可能にします。インフルエンザAに対しては9つのノイラミニダーゼサブタイプが記載されているのに対し、インフルエンザBウイルスには1つのサブタイプしか明らかにされていません。ノイラミニダーゼはインフルエンザウイルスの複製に必要です。インフルエンザウイルスが複製されると、ヘマグルチニンを使用して細胞内表面に付着します。シアリック酸は宿主細胞表面のさまざまな糖タンパク質に存在し、ウイルスはこれらのグループを利用して宿主細胞に結合します。ウイルスが細胞から放出されるためには、ノイラミニダーゼが宿主の糖タンパク質からシアリック酸グループを酵素的に切断する必要があります。シアリックグループの切断はインフルエンザ複製の不可欠な部分であるため、ノイラミニダーゼ阻害剤でノイラミニダーゼの機能をブロックすることは、インフルエンザを治療する効果的な方法です。

図1. インフルエンザの構造、ノイラミニダーゼはNAとして、ヘマグルチニンはHAとして示されています。

構造

インフルエンザノイラミニダーゼは、インフルエンザウイルスの表面にあるキノコのような突起で、470のアミノ酸残基から構成されています。NAの三次元構造は、4つの共平面でおおよそ球状のサブユニットと、ウイルス膜の内部に埋め込まれた疎水性領域から成ります。NAの頭部領域は、6つの同一の逆平行βシート（モチーフ）によって形成された1つの大きなドメインで構成されており、プロペラのような構造に整理されています。インフルエンザノイラミニダーゼは、ヘマグルチニン抗原とは反対の方向に向けられた単一のポリペプチド鎖から構成されています。ポリペプチドの構成は、6つの保存された極性アミノ酸の単一鎖の後に、親水性の可変アミノ酸が続きます。βシートは、タンパク質の二次構造のレベルとして優勢です。

メカニズム

ノイラミニダーゼの酵素的プロセスは4つのステップに分かれています。最初のステップは、α-シアロシドがシアリダーゼに結合すると、²C₅の椅子型構造が擬似ボート型構造にねじれることです。第二のステップでは、オキソカーバカチオン中間体、シアロシルカチオンが生成されます。第三のステップでは、最初にα-アノマーとしてNeu5Acを形成し、その後、変旋光とより熱力学的に安定なβ-Neu5Acとして放出されます。

図2. インフルエンザウイルスシアリダーゼ4の触媒の提案メカニズム。

阻害剤

すべてのインフルエンザウイルスは、ヘマグルチニンとノイラミニダーゼという2つの表面糖タンパク質を持ち、これらは特定のインフルエンザ株を定義する抗原です。これらの分子の時間的変化は、ウイルスが人間の免疫応答を回避することを可能にし、したがって毎年新しいワクチンの製剤が必要です。ヘマグルチニンはシアリック酸受容体結合分子であり、ウイルスが標的細胞に侵入するのを仲介します。ノイラミニダーゼは、新たに形成された粒子が付着する細胞受容体のシアリック酸残基を切断します。この切断によりウイルスが放出され、新しい細胞に侵入できるようになります。ノイラミニダーゼがなければ、感染は1回の複製に制限され、病気を引き起こすには稀に不十分です。

シアリック酸の遷移状態類似体がインフルエンザノイラミニダーゼを阻害する能力は1970年代に初めて認識されましたが、高度に効果的な阻害剤の設計は、インフルエンザノイラミニダーゼの三次元構造の分析によって触媒部位の位置と構造が明らかになったときに実現可能になりました。ザナミビルのような強力な阻害剤は、天然基質を密接に模倣し、活性部位ポケットにフィットし、タンパク質と最もエネルギー的に有利な相互作用を行います。ザナミビルは経口吸入によって投与され、薬剤が直接呼吸器系に届けられます。オセルタミビルは、薬剤が経口で使用できるようにするために、シアリック酸類似体フレームワークに対する修正（疎水性側鎖の追加を含む）を通じて開発されました。

参考文献