チロシナーゼ

チロシナーゼ（モノフェノールモノオキシゲナーゼとも呼ばれる、EC 1.14.18.1）は、二核型3銅からなる触媒中心を有するオキシダーゼファミリーに属する。植物および動物の組織に広く存在し、チロシンを酸化してメラニンおよびその他の色素を産生する反応を触媒することで、打撲や長期保存時に生じる褐変の原因となる。チロシナーゼによる触媒反応は、チロシンからのメラニン産生を制御する上での律速段階であり、主として2つの異なる反応からなるカスケードに関与する。すなわち、モノフェノールのオルト位水酸化と、それに続くジフェノールの酸化によりキノンが生成される。キノンは反応性の高い前駆体であり、複数の反応を経て最終的にメラニン色素を形成する。チロシナーゼは、皮膚のメラノサイトで合成されるメラノソーム内に存在する。ヒトでは、チロシナーゼ酵素はTYR遺伝子によりコードされ、microphthalmia-associated transcription factor（MITF）によって制御される。チロシナーゼはパーキンソン病などの神経変性疾患にも関与し、また化粧品産業および食品産業において重要なメラニン関連の褐変反応を引き起こす。

構造

多様な植物・動物・真菌種から単離されたチロシナーゼは、一次構造、分子サイズ、糖鎖付加（グリコシル化）パターン、活性化特性、細胞内局在および組織分布の点で多様である。全ての種に共通して存在するチロシナーゼのタンパク質構造はない。しかし、全てのチロシナーゼに共通する特徴として、活性部位に二核型3銅中心を有し、2つの銅原子がそれぞれ3つのヒスチジン残基により配位されている。

ヒトチロシナーゼは単回膜貫通型の膜貫通タンパク質であり、メラノソームへソーティングされる。真菌チロシナーゼとは対照的に、ヒトチロシナーゼは糖鎖含量13%の膜結合型糖タンパク質である。ヒトチロシナーゼの触媒活性ドメインはメラノソーム内に存在する。タンパク質のうち酵素活性に必須ではない小さな部分のみが、メラノサイトの細胞質側へ伸長している。

触媒反応

チロシナーゼは、二酸素（O₂）を用いてチロシンやドーパミンなどのフェノール類の酸化を行う。カテコール存在下ではベンゾキノンが生成し、カテコール由来の水素が酸素と結合して水が生成される。哺乳類チロシナーゼの基質特異性は著しく限定されており、L体のチロシンまたはジヒドロキシフェニルアラニン（DOPA）のみを基質として利用し、さらに補因子としてL-DOPAを必要とする。触媒反応の過程で、チロシナーゼの型3銅中心は3つの酸化還元状態をとる。デオキシ型（Cu(I)–Cu(I)）は還元型であり、酸素と結合してオキシ型（Cu(II)–O₂²⁻–Cu(II)）を形成する。オキシ型では、分子状酸素がμ-η²:η²のside-on架橋様式で過酸化物として結合し、O–O結合を不安定化して活性化する。メト型（Cu(II)–Cu(II)）は休止状態の酵素型と考えられ、Cu(II)イオンは一般に水酸化物イオンや水分子などの小さな配位子と結合している。

図1．チロシナーゼが触媒する反応。（Lai X L; et al. 2018）

意義

a. 臨床的意義

チロシナーゼ活性はメラニン合成に不可欠である。制御不全の場合、メラニン合成の亢進を招く。哺乳類では、チロシナーゼは斑点や欠損などの皮膚色素異常に寄与する。肝斑や加齢性色素斑など、皮膚の過剰色素沈着に関連する状態の治療または予防を改善する目的で、チロシナーゼ活性を阻害することが標的となっている。フラボノイド、スチルベノイド、フリーラジカル捕捉剤、基質アナログ、銅キレート剤などを含む複数のポリフェノールが、チロシナーゼ阻害剤として同定されている。医療および化粧品産業では、皮膚疾患の治療を目的として、強力なチロシナーゼ阻害剤の開発およびスクリーニングが特に注目されている。さらに、チロシナーゼ遺伝子の変異はチロシナーゼ産生を障害し、2万人に1人の頻度で発症する遺伝性疾患である1型眼皮膚白皮症（OCA1）を引き起こし得る。

b. 食品産業における意義

チロシナーゼは農業および食品産業の分野でも極めて重要であり、果実や野菜に含まれるフェノール性化合物のキノンへの変換をチロシナーゼが促進するため、チロシナーゼ阻害が望まれる。これは望ましくない風味や色調をもたらすだけでなく、製品の消化性および特定の必須アミノ酸の利用可能性を低下させる。したがって、農業および食品産業では高効率のチロシナーゼ阻害剤が喫緊に求められている。コウジ酸、トロポロン、クマリン類、バニリン酸、バニリン、バニリルアルコールなどの化合物は、代表的なチロシナーゼ阻害剤としてよく知られている。

c. 昆虫における意義

昆虫では、チロシナーゼは硬化（スクレロチゼーション）、創傷治癒、メラニン合成および寄生体の被包化に機能する有益な酵素として認識されている。その結果、昆虫の防御機構において重要な酵素である。チロシナーゼ阻害を標的として開発された殺虫剤も存在する。

参考文献