NOS（非特定）

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序論

一酸化窒素（NO）は、多数の分子標的を有するメッセンジャー分子である。NOは、神経伝達または血管トーヌス、遺伝子転写、mRNA翻訳を調節し、さらにタンパク質の翻訳後修飾を惹起し得る。NOがスーパーオキシドアニオン（O₂^-）と反応して強力な酸化剤であるペルオキシナイトライト（ONOO^-）を生成することは、NO不活化の重要な経路である。ONOO^-は、タンパク質、脂質、DNAを含む生体分子に対して、酸化障害、ニトロ化、S-ニトロシル化を引き起こし得る。

哺乳類では、NOは3種類の異なる一酸化窒素合成酵素（NOS；L-アルギニン、NADPH：酸素酸化還元酵素、NO生成；EC 1.14.13.39）のアイソザイムにより産生される。これら3つのアイソザイムは、それぞれ神経型「n」NOS（またはNOS I）、誘導型「i」NOS（またはNOS II）、内皮型「e」NOS（またはNOS III）と呼ばれる（図1）。

図1．各NOSアイソフォームの重要な機能（Förstermann, U.; Sessa, W.C. 2012）

一酸化窒素合成の機序

すべてのNOSタンパク質はホモ二量体である（図2）。L-アルギニンはすべてのNOSアイソフォームで用いられる基質であり、分子状酸素および還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）は共基質として用いられる。すべてのアイソザイムの補因子は、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）、フラビンモノヌクレオチド（FMN）、および（6R-）5,6,7,8-テトラヒドロ-L-ビオプテリン（BH 4）である。機能的なNOSは、NADPHからアミノ末端側の酸素化酵素ドメインに存在するヘムへ電子を移動させる。ヘム部位の電子は、O₂の還元および活性化、ならびにL-アルギニンの酸化によるL-シトルリンおよびNOの生成に関与する。

NOS酵素は、NO合成のために2段階の反応を経る。まず、NOSはL-アルギニンをN^ω-ヒドロキシ-L-アルギニンへ水酸化する。次に、NOSはN^ω-ヒドロキシ-L-アルギニンを酸化してL-シトルリンおよびNOを生成する。すべてのNOSアイソフォームはカルモジュリンに結合する。nNOSおよびeNOSでは、細胞内Ca²⁺濃度の上昇によりカルモジュリン結合が誘導される。iNOSでは、カルモジュリン結合部位のアミノ酸構造が異なるため、非常に低いCa²⁺濃度（40 nM未満）下でもカルモジュリンが結合する。すべてのNOSタンパク質は、亜鉛イオンにより形成される亜鉛-チオレートクラスターを含み、亜鉛は触媒機能ではなく構造的機能を担う。

図2．機能的NOSの構造および触媒機構（Förstermann, U.; Sessa, W.C. 2012）

神経型一酸化窒素合成酵素

神経型NOSは、脳内の特定のニューロンに発現している。脳内のnNOSは粒子画分および可溶性画分として存在し、細胞内局在の違いが多様な機能の発現に寄与する。神経型NOSはPDZドメインを含み、他のタンパク質のPDZドメインと直接相互作用し得る。これらの重要な相互作用は、酵素の細胞内分布および活性を規定する。脳組織に加えて、nNOSは脊髄、交感神経節、副腎、末梢ニトラージック神経、各種臓器の上皮細胞、膵島細胞などでも同定されている。哺乳類では、骨格筋がnNOSの最大の供給源である。

結論

3種類すべてのNOSアイソザイムは、心血管系において重要な調節機能を担う。神経型NOSは血圧の中枢性調節に関与し、nNOSを含有する神経は特定の血管床を拡張し得る。ホスホジエステラーゼ5阻害薬がその薬理作用を発揮するには、少なくとも残存するnNOS活性が必要である。研究により、誘導型NOSが動脈硬化プラークに発現していることが示されており、敗血症性ショックにおける血圧低下の重要なメディエーターであることが示唆される。eNOSは極めて重要な機能を有し、例えば血管拡張の維持、血圧の制御に加え、血管保護作用および抗動脈硬化作用など多面的な効果を示す。eNOSが「疾患遺伝子」であることを証明する研究はないものの、多くの心血管リスク因子はeNOSのアンカップリング、酸化ストレス、血管内皮機能障害を引き起こし得る。レニン-アンジオテンシン-アルドステロン系に干渉する薬剤およびスタチンは、内皮機能障害の予防に用い得る。今後の研究では、酸化ストレスが増大する状況下で、これらの治療薬がどのようにeNOSのカップリングを促進するのかをさらに明確化し、心血管系におけるNOの有益な作用につながる他の潜在的経路の同定と理解を進める必要がある。