PNPase（ポリヌクレオチドホスホリラーゼ）

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プリンヌクレオシドホスホリラーゼ（Purine nucleoside phosphorylase：PNPase）は、プリン代謝に関与する酵素である。プリンヌクレオシドホスホリラーゼは、アデノシンをアデニンへ、イノシンをヒポキサンチンへ、グアノシンをグアニンへ代謝し、これらの反応においてリボース-5-リン酸を産生する。なお、略語のPNPaseは、無関係な別酵素であるポリヌクレオチドホスホリラーゼ（Polynucleotide Phosphorylase）を指す場合にも用いられる点に留意する必要がある。プリンヌクレオシドホスホリラーゼ欠損症の患者では免疫不全が認められ、免疫系においてはT細胞のみが本欠損の影響を受け、B細胞は影響を受けない。ヒトのプリンヌクレオシドホスホリラーゼ（PNP）は遍在性酵素であり、プリンのサルベージ経路において重要な役割を担う。ヒトPNPの欠損はT細胞機能障害を引き起こし得る一方、通常B細胞機能には有意な影響を及ぼさない。PNPは6-オキソプリンヌクレオシドに対して高い基質特異性を示し、6-アミノプリンヌクレオシドに対する活性は無視できる程度である。イノシンに対する触媒効率は、アデノシンの350,000倍である。アデニンヌクレオシドおよびヌクレオチドは、アデノシンデアミナーゼおよびAMPデアミナーゼにより対応するイノシン誘導体へ脱アミノ化され、その後さらに分解され得る。

図1．PNPaseの構造。

分類

PNPの基質特異性および分子量に基づき、生物種由来のPNPは高分子量のホモヘキサマー型と低分子量のホモトリマー型に分類できる。多くの細菌由来PNPはヘキサマーで、サブユニット分子量は25 kDa、基質特異性は強くなく、アデノシン、グアノシン、イノシンを基質として受容し得る。哺乳類および一部の微生物（Bacillus cereus、Bacillus stearothmophilus TH 6-2）のPNPはトリマーで、サブユニット分子量は30～32 kDaであり、通常イノシンおよびグアノシンのみを基質として受容する。Escherichia coli、Bacillus subtilis、Bacillus stearothermophilusなど一部の微生物では、両方の会合体型PNPが存在する。

機能

プリンヌクレオシドホスホリラーゼはプリン代謝に関与する酵素である。PNPはイノシンをヒポキサンチンへ、グアノシンをグアニンへ代謝し、いずれの場合もリボースリン酸を産生する。ヌクレオシドホスホリラーゼは、リボースをリン酸化してヌクレオシドを開裂し、核酸塩基とリボース1-リン酸を生成する酵素である。これはヌクレオチドのサルベージ経路に属する酵素である。de novo合成経路が中断または欠如している場合（例：脳）には、これらの経路により細胞は一リン酸ヌクレオチドを産生できる。通常、de novo経路はメトトレキサート等の化学療法薬により阻害される。サルベージ経路の酵素はいずれも、ATPまたはPRPPなどの高エネルギーリン酸供与体を必要とする。アデノシンはアデノシンキナーゼを利用し、これは細胞において極めて重要な酵素である。がん化学療法を目的として、当該酵素阻害薬の開発が試みられている。

臨床的意義

PNPaseとアデノシンデアミナーゼ（ADA）は、サルベージ経路と呼ばれるプリン異化において重要な役割を共同で担う。ADAの変異は（d）ATPの蓄積を引き起こし、これによりリボヌクレオチドレダクターゼが阻害され、（d）CTPおよび（d）TTPの欠乏を来す。その結果、Tリンパ球およびBリンパ球のアポトーシスが誘導され、PNP欠損に至る。患者では免疫不全が生じる。影響を受けるのはT細胞のみであり、B細胞は欠損の影響を受けない。

応用

in vitro反応において、別のプリン塩基またはその類縁体を添加すると、新規のプリンヌクレオシドまたはその類縁体を合成できる。本法は、アデノシンアラビノシド、リバビリン等のヌクレオシド系抗ウイルス薬の微生物酵素法による製造に広く利用されている。