PNGase F

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はじめに

細胞代謝は小分子だけでなく、タンパク質、糖鎖、脂質などの高分子の生合成と異化も含まれます。高分子の生合成に比べて、その異化に関する理解は限られています。例えば、N-グリコシル化は、すべての生物のドメイン（真核生物、細菌、古細菌）で発生する最も一般的なタンパク質修飾の一つです。N-グリコシル化の生合成経路は哺乳類や酵母でよく解明されていますが、この「ポストゲノム」時代においても、その異化に関連する多くの問題はまだ明らかにされていません。N-グリコプロテインの分解は主にリソソームで行われることはよく知られていますが、「非リソソーム」分解経路の存在も最近発見されました。細胞質PNGase（ペプチド：N-グリカナーゼ；ヒト/マウスのNGLY1/Ngly1）は、N-グリコプロテインの非リソソーム的分解に関与する保存的な脱グリコシル化酵素です。PNGaseは、グリコプロテインから完全なN-グリカンを放出し、細胞質から誤折りたたみグリコプロテインを除去する役割を担っています。現在の研究では、NGLY1欠損症がヒトの遺伝性疾患であることが明らかになっており、この酵素が哺乳類の正常な発達にとって重要であることが示されています。

図1. 細胞質PNGaseのER関連分解への関与 (鈴木, T. 2015)

細胞質PNGase - 分布と酵素的特性

PNGaseは、N-グリコプロテイン上の最も内側のN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）とアスパラギン残基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。その後、生理的pHで、還元末端からアンモニアが自発的に放出され、還元末端に'-ジアセチルキトビオースを含む遊離オリゴ糖が生成されます。

図2. ペプチド：N-グリカナーゼ（Ngly1）の反応スキーム (鈴木, T.; et al. 2016)

哺乳類における細胞質PNGase活性は、いくつかの培養細胞で初めて報告されました。この酵素は、植物（グリコアミダーゼ/PNGase A）や細菌（N-グリカナーゼ/PNGase F）由来の他のPNGaseとはいくつかの酵素的特性が異なり、例えば、活性には還元剤が必要であり、最適活性には中性pHが必要です。さらに、Ngly1は内因性の糖結合特性を持っています。PNGaseの触媒コアにはGlcNAc2結合部位が含まれており、高マンノース型糖鎖のための糖結合ドメインとして機能するPAWドメインがあります。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、最初に出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeで発見され、その後、哺乳類を含むさまざまな真核生物で遺伝子の相同体が見つかりました。マウス細胞質におけるPNGaseの組織分布研究では、Ngly1 mRNAが調査されたすべての組織に広く存在し、最も高いレベルは精巣に見られました。血清中にはそのような活性は見られず、酵素が分泌されていないことを示しています。検査された臓器の中で、肝臓の総活性が最も高く、胸腺は最も高い特異的活性を示しました。

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

NGLY1-欠損症

2012年、NGLY1遺伝子座の変異を伴うヒトの遺伝性疾患がエクソーム解析を通じて特定されました。12人の患者の臨床的特徴が報告されており、全体的な発達遅延、運動障害、筋緊張低下、涙の欠如が含まれています。これらの研究は、細胞質PNGaseの重要性を明確に示しています。しかし、NGLY1欠損症の病理に至る分子メカニズムの詳細はまだ研究されていません。NGLY1-欠損症患者の中で、ナンセンス変異（c.1201A>T (p.R401X)）が最も頻繁に検出されるアレルです。このp.R401Xアレルは、Exome Variant Serverリソースで報告された8598本のヨーロッパ系染色体のうち2本で観察されています。これに基づいて、他のアレルを持つ患者と比較して、このアレルに関連するホモ接合変異がより重篤な表現型を示すと推測する人もいます。この変異がどのようにしてより重篤な症状を引き起こすのかを説明するためには、さらなる研究が明らかに必要です。これまで報告されたすべての患者は白人の民族的起源であり、この遺伝性疾患の頻度は民族グループによって異なる可能性があることを意味します。