サルファターゼ

硫酸エステラーゼ（EC 3.1.6.-）は、硫酸エステルの加水分解を触媒するエステラーゼクラスに属し、多くの生理学的分子の機能を決定する硫酸化状態の調節に重要な役割を果たします。硫酸エステラーゼの基質は、エストロゲン硫酸のような小さな細胞質ステロイドから、グリコサミノグリカンのような複雑な細胞表面の炭水化物まで多岐にわたります。硫酸転移酵素と共に、硫酸エステラーゼは硫酸エステルの合成と分解のための主要な触媒機構を形成します。硫酸エステラーゼによって触媒される反応は、ホルモン調節、細胞の分解、シグナル伝達経路の調節など、重要な細胞機能と関連しています。さらに、硫酸エステラーゼは、ホルモン依存性癌、リソソーム蓄積障害、発達異常、細菌の病原性など、さまざまな病理生理学的状態の発症にも関与していることが示されています。

分布

硫酸エステラーゼは、低等生物と高等生物の両方に存在します。低等真核生物および細菌の硫酸エステラーゼは可溶性であり、細胞質、周皮質、細胞外領域に存在することが確認されています。高等生物では、細胞内および細胞外の空間に見られます。真核生物の硫酸エステラーゼは分泌経路をターゲットにされ、細胞外マトリックス（ECM）や小器官の場所（内因性小胞体（ER）、ゴルジ体、リソソームなど）に輸送される前に広範に糖鎖修飾されます。リソソームの硫酸エステラーゼは、硫酸化されたグリコサミノグリカンやグリコリピッドを切断します。ステロイド硫酸エステラーゼは、体全体のさまざまな組織に分布しており、副腎や性腺で合成された硫酸化ステロイドが循環系を通じて分配された後に脱硫されることを可能にします。

構造

これまでに、X線結晶構造解析によって4つの硫酸エステラーゼの構造が解明されています：HARSA（ヒトアリル硫酸エステラーゼA）、HARSB（ヒトアリル硫酸エステラーゼB）、HARSC（アリル硫酸エステラーゼC）およびPARS（緑膿菌アリル硫酸エステラーゼ）。これらの構造は非常に類似しており、混合α/βトポロジーを持つほぼ球形のグロビュラー単量体が2つのドメインに分かれています。ARSCはさらに、可溶性ドメインが「芽生える」ユニークな膜貫通ドメインを含んでおり、酵素に「キノコのような」形態を与えています。大きなN末端ドメインは、大きな混合βシートを囲むヘリックスで構成されており、HARSA、HARSB、PARS構造では10本のストランド、HARSCでは11本のストランドがあります。小さなC末端ドメインは、長い溶媒にさらされたC末端αヘリックスに対して密接に詰まった4本の逆平行βシートを含んでいます。α/βファミリーの酵素に典型的なように、活性部位のキャビティは大きなβシートのC末端に位置し、FGly残基は帯電アミノ酸で覆われた狭い裂け目の底にあります。

硫酸エステラーゼの活性部位は、10個の高度に相互接続された極性残基と二価金属カチオンで構成されています。HARSAの場合、金属結合領域は一般的な残基AspA、AspB、AspC、およびAsnAによって形成され、ARSCでは保守的にグルタミン酸残基に置き換えられています。HARSB、HARSC、およびPARSでは、これらの金属結合残基はFGlyおよび硫酸の酸素原子（またはその不在時の水）と共に、Ca²⁺カチオンを七価的に配位します；HARSAではMg²⁺イオンが八面体的に配位されています。

メカニズム

• 付加–加水分解（AH）メカニズム

このメカニズムは、硫酸基の酸素原子によるFGlyの求電子的アルデヒド基への求核攻撃から始まり、硫酸ジエステルを形成します。次に、活性化された水分子のような求核剤の作用によってアルコール複合体が放出されます（APメカニズムに類似）。

• トランスエステル化–脱離（TE）メカニズム

最初のステップでは、FGly水和物（FGH）の一つの隣接水酸基が求核剤として機能します。硫酸の硫黄原子に対するSN2攻撃が複合体アルコールを加水分解し、一時的なFGSを生成します。次に、2つ目の隣接水酸基が反応して硫酸を除去し、アルデヒドを再形成します。最後に、アルデヒドの水和によってFGHが再形成され、触媒サイクルが完了します。

図1. 活性部位アルデヒドFGlyによる硫酸エステルの加水分解のための提案されたメカニズムスキーム。a) 付加–加水分解（AH）メカニズム。b) トランスエステル化–脱離（TE）メカニズム。
（Sarah R. et al. 2010）

生物学的機能

ヒトの硫酸エステラーゼは、いくつかの小器官の場所で見つかっており、ERでのホルモン合成、リソソームでのグリコサミノグリカンおよびグリコリピッドの分解、ECMにおける発達細胞シグナル伝達の調節など、重要な生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。他のいくつかのヒトの硫酸エステラーゼも同定されていますが、その生物学的機能は不明です。これらの酵素は、シアル酸ルイス^X-6S（sLe^X-6S）やチロシンO-硫酸など、他の重要なバイオ分子の脱硫酸化に関与している可能性があります。無脊椎動物および低等真核生物の硫酸エステラーゼはほとんど探求されていません。いくつかの遺伝子がクローニングされ、一部は活動を示しており、ウニ胚の発生、内因性植物毒素の不活化、藻類や真菌における硫黄代謝への関与などの役割を果たしています。

多くの異なる種類の細菌で高レベルのARS、アルキル硫酸エステラーゼ、およびグリコ硫酸エステラーゼ活性が確認されています。しかし、細菌の硫酸エステラーゼ遺伝子はわずかしかクローニングされておらず、特性評価されています。これらの酵素は通常、外因性基質から硫酸基を除去して宿主に硫黄と炭素源を提供するスカベンジャーとして機能します。最近の研究では、細菌の硫酸エステラーゼの浸透保護および病原性プロセスにおけるさらなる機能が示されています。

参考文献