プロリダーゼ

関連する読書

はじめに

プロリダーゼは、Xaa-ProおよびXaa-Hypジペプチドの加水分解を担当する金属依存性加水分解酵素です。その構造はメチオニンアミノペプチダーゼ、アミノペプチダーゼP、クリエチナーゼに非常に似ており、これらの酵素と共に「ピタパン」ファミリーに属します。構造的な類似性に加えて、触媒メカニズムもこの酵素ファミリーのメンバー間で共有されています。プロリダーゼはすべての生物界に存在します。ある人々は、プロリナーゼが原核生物における栄養素の調達や抗毒素防御に関与していると考えていますが、単細胞生物におけるプロリナーゼの実際の生理的役割はまだ研究されていません。細菌のプロリナーゼの加水分解活性は、チーズの苦味を減少させるためや、除染剤としてバイオテクノロジー産業で利用されています。

活性部位の水酸基によって架橋された2つの二価カチオンは、この酵素の重要な成分です。他の生物由来のプロリナーゼは、Fe²⁺、Zn²⁺、またはCo²⁺などのさまざまな金属カチオンを受け入れることができますが、ヒトのプロリナーゼはマンガンに対して厳格な要求を示します。比較的狭い基質スペクトルのため、科学者たちはプロリナーゼと他のピタパンアミノペプチダーゼが消化に参加するだけでなく、細胞機能を調節できると考えています。Homo sapiensにおいて、コラーゲン代謝はプロリナーゼの主なターゲットと考えられています。いくつかのヒトの病気がプロリナーゼ活性に関連していることが示されています。PEPD遺伝子の変異によって引き起こされるその喪失は、現在治療法のない稀な遺伝病であるプロリナーゼ欠乏症（PD）の原因です。プロリダーゼ活性は神経変性および精神障害とも関連しており、腫瘍形成にも関連しているという証拠が増えています。

図 1. ヒトプロリダーゼ構造の図示 (Wilk, P.; et al. 2020)

豊富さと遺伝学

ピタパンメタロプロテイナーゼは、細菌や古細菌から単純な真核生物、複雑な多細胞生物まで、すべての生物界に存在します。これまでのところ、単細胞生物におけるプロリナーゼの正確な機能はまだ不明です。Escherichia coliでは、プロリナーゼ欠乏株は顕著な表現型の違いを示しませんでしたが、変異株はオリゴペプチドを食物源として利用する能力が低下することが推定されています。Bacillus subtilisでは、プロリナーゼは遊離プロリンを放出することによって浸透圧調節に重要な役割を果たします。Mycobacterium tuberculosisでは、プロリナーゼの変異体が抗生物質耐性に関与しています。有機リン化合物を加水分解する特性から、このプロテアーゼは一般的な抗毒素保護も持っていると考えられています。高等真核生物では、このプロリナーゼが細胞外マトリックスのリモデリングに参加する可能性が最も高いと考えられています。ヒトのプロリナーゼ遺伝子（PEPD）は19番染色体に位置し、15のエクソンを含み、分子量は54kDaです。PEPD遺伝子の多くの変異はプロリナーゼ欠乏症と密接に関連しています。酵素の活性部位の周辺では、最高の保存度が観察され、PEPD遺伝子で見つかる最も有害な変異は最も保存された領域に関連していると予測されています。

図 2. 重要な側鎖をスティックとして強調したそれぞれの結晶構造の重ね合わせ (Wilk, P.; et al. 2020)

バイオテクノロジー

有機リン化合物（OP）は、多くの化学兵器ガスや農薬の主要成分です。化学兵器禁止条約は、軍事目的でのガスの使用を禁止し、各国に武器の在庫を破棄することを義務付けました。しかし、その非常に高い安定性のため、OPの破壊は困難で高価になります。したがって、人々はより環境に優しい浄化方法の開発に努めています。特に効果的な酵素クラスとして、有機リン酸無水物酵素（OPAA）が見つかり、最も研究されているOPAAはAlteromonas sp.由来のものです。

OPAAsはE. coliプロリナーゼと高い配列同一性（約50%）を共有し、Xaa-Proジペプチドを加水分解する能力もあります。同様に、プロリナーゼもOPAA活性を示します。ヒトのプロリナーゼに対しては、酵素の固定化や工学などのさまざまな方法が、酵素の親和性を100万倍、パラオキソンの加水分解速度を30倍に増加させました。プロリナーゼ活性の第二の応用分野は食品産業、特に乳製品部門です。微生物発酵はカゼインの分解を引き起こし、主に疎水性ペプチドの苦味をもたらします。プロリン含有ペプチドに特異的な複数のペプチダーゼが食品生産に広く使用されています。過剰なプロリン酵素を他のペプチダーゼと一緒に使用すると、チーズの熟成を加速し、全体の苦味を減少させます。