PNGase F

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はじめに

細胞代謝は低分子のみならず、タンパク質、糖鎖、脂質といった高分子の生合成および異化（分解）も含みます。高分子の生合成と比較すると、その異化に関する理解は限定的です。例えば、N型糖鎖付加（N-グリコシル化）は、真核生物、細菌、古細菌を含むあらゆる生物ドメインで生じる最も一般的なタンパク質修飾の一つです。哺乳類および酵母においてN-グリコシル化の生合成経路は詳細に解明されている一方、「ポストゲノム」時代においても、その分解（カタボリズム）に関連する多くの課題は未解明のままです。N-糖タンパク質の分解は主としてリソソームで起こることがよく知られていますが、近年「非リソソーム性」の分解経路の存在も見出されています。細胞質PNGase（peptide: N-glycanase；ヒト／マウスではNGLY1/Ngly1）は、N-糖タンパク質の非リソソーム性分解に関与する保存性の高い脱糖鎖化酵素です。PNGaseは糖タンパク質からインタクトなN型糖鎖を遊離させ、細胞質におけるミスフォールド糖タンパク質の除去に関与します。近年の研究により、NGLY1欠損症がヒトの遺伝性疾患であることが明らかとなり、本酵素が哺乳類の正常な発生に不可欠であることが明確に示されています。

図1．ER関連分解（ERAD）における細胞質PNGaseの関与（Suzuki, T. 2015）

細胞質PNGase：分布および酵素学的特性

PNGaseは、N-糖タンパク質上のAsn残基と最内側のN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）との間のアミド結合の加水分解を触媒し、脱N-グリコシル化タンパク質と、1-アミノ-GlcNAcを含む遊離オリゴ糖を生成します。続いて生理的pH条件下では、還元末端からアンモニアが自発的に遊離し、還元末端にN,N'-ジアセチルキトビオースを有する遊離オリゴ糖が生成されます。

図2．peptide: N-glycanase（Ngly1）の反応スキーム（Suzuki, T.; et al. 2016）

哺乳類における細胞質PNGase活性は、複数の培養細胞において最初に報告されました。本酵素は、植物由来PNGase（glycoamidase/PNGase A）や細菌由来PNGase（N-glycanase/PNGase F）とは、いくつかの酵素学的性質が異なります。例えば、活性発現に還元剤を必要とし、至適pHは中性域です。さらに、Ngly1は内在性の糖鎖結合能を有します。PNGaseの触媒コアにはGlcNAc2結合部位が含まれ、高マンノース型糖鎖に対する糖鎖結合ドメインとして機能するPAWドメインが存在します。一方、N末端のPUBドメインはp97結合モジュールとして機能することが示されています。細胞質PNGaseをコードする遺伝子は出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeで最初に同定され、その後、哺乳類を含む多様な真核生物においてオルソログ遺伝子が見出されています。マウス細胞質におけるPNGaseの組織分布解析では、Ngly1 mRNAは検討した全ての組織に広く存在し、精巣で最も高い発現レベルを示しました。血清中には当該活性が認められず、本酵素が分泌されないことが示唆されました。検討した臓器のうち、総活性は肝臓が最も高く、比活性は胸腺が最も高値でした。

図3．ヒト、マウス、酵母および真菌由来PNGase（Ngly1）のドメイン構造の模式図（Suzuki, T.; et al.2016）

NGLY1欠損症

2012年、NGLY1遺伝子座の変異を伴うヒト遺伝性疾患が、エクソーム解析により同定されました。これまでに12例の臨床像が報告されており、全般的発達遅滞、運動障害、筋緊張低下、無涙（涙の欠如）などが含まれます。これらの研究により、細胞質PNGaseの重要性が明確に示されました。しかし、NGLY1欠損症の病態に至る分子機序の詳細は、なお検討を要します。NGLY1欠損症患者において、ナンセンス変異（c.1201A>T（p.R401X））が最も高頻度に検出されるアレルです。このp.R401Xアレルは、Exome Variant Serverのデータベース資源に報告された欧州系集団の8598本の染色体のうち2本で観察されています。これに基づき、他のアレルを有する患者と比較して、本アレルに関連するホモ接合変異はより重篤な表現型を示す可能性があると推測する見解もあります。この変異がより重篤な症状を引き起こし得る機序を説明するためには、さらなる研究が明らかに必要です。現在までに報告された患者は全て白人系の民族的背景を有しており、本遺伝性疾患の頻度は民族集団間で異なる可能性があります。