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、EC 1.14.18.1）は、二核型3銅を含む触媒中心を持つオキシダーゼファミリーに属します。これは、植物や動物の組織に広く存在し、チロシンからメラニンや他の色素を酸化によって生成する触媒として機能し、打撲や長期保存によって発生する褐変を引き起こします。チロシナーゼによる触媒反応は、チロシンからメラニンの生成を制御するための速度制限因子であり、主に2つの異なる反応のカスケードを含みます。モノフェノールのオルトヒドロキシル化とその後のジフェノールの酸化は、反応性前駆体であるキノンを生成し、キノンは複数の反応を経て最終的にメラニン色素を形成します。チロシナーゼは、皮膚メラノサイトで合成されるメラノソーム内に存在します。ヒトでは、チロシナーゼ酵素はTYR遺伝子によってコードされており、これは微小眼症関連転写因子（MITF）によって調節されています。チロシナーゼは、パーキンソン病などの神経変性疾患に関与しており、化粧品や食品産業にとって重要なメラニン褐変反応を引き起こします。

構造

さまざまな植物、動物、真菌種から分離されたチロシナーゼは、一次構造、サイズ、糖鎖パターン、活性化特性、細胞内位置、組織分布の点で多様です。すべての種に共通するチロシナーゼのタンパク質構造は存在しません。しかし、すべてのチロシナーゼは、活性部位内に二核型3銅中心を共通して持ち、2つの銅原子はそれぞれ3つのヒスチジン残基と配位しています。

ヒトのチロシナーゼは、単一の膜貫通型トランスメンブレンタンパク質であり、メラノソームに分配されます。真菌のチロシナーゼとは対照的に、ヒトのチロシナーゼは13%の炭水化物含量を持つ膜結合型糖タンパク質です。ヒトの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します。タンパク質の小さな酵素的に重要でない部分のみがメラノサイトの細胞質に伸びています。

触媒反応

チロシナーゼは、ジオキシゲン（O₂）を使用して、チロシンやドーパミンなどのフェノールの酸化を実施します。カテコールが存在する場合、ベンゾキノンが形成され、カテコールからの水素が酸素と結合して水を生成します。哺乳類のチロシナーゼの基質特異性は劇的に制限されており、L型のチロシンまたはジヒドロキシフェニルアラニン（DOPA）だけを基質として使用し、L-DOPAを補因子として必要とします。触媒反応中、チロシナーゼの型3銅中心は3つのレドックス形態で存在します。脱酸素型（Cu(I)–Cu(I)）は、酸素と結合して酸素型（Cu(II)–O22−–Cu(II)）を生成する還元種です。酸素型では、分子状酸素がペルオキシドとしてμ-η²:η²側面接続モードで結合し、O–O結合を不安定化させて活性化します。メト型（Cu(II)–Cu(II)）は、一般的に水酸化物イオンや水分子などの小さなリガンドと結びついている休止酵素型と考えられています。

図1. チロシナーゼによって触媒された反応。（Lai X L; et al. 2018）

重要性

a. 臨床的意義

チロシナーゼの活性はメラニン合成にとって重要です。制御されない場合、メラニン合成が増加します。哺乳類では、チロシナーゼは斑点や欠陥などの皮膚の色素異常に寄与します。メラズマや加齢斑など、皮膚の過剰色素沈着に関連する状態の治療や予防のために、チロシナーゼ活性を抑制することがターゲットとなっています。フラボノイド、スチルベノイド、フリーラジカルスカベンジャー、基質類似体、銅キレート剤など、いくつかのポリフェノールがチロシナーゼを抑制することが確認されています。医療および化粧品産業では、皮膚障害を治療するために、チロシナーゼの強力な阻害剤の開発とスクリーニングが特に魅力的になっています。さらに、チロシナーゼ遺伝子の変異は、チロシナーゼの生成を損なわせ、1/20,000人に影響を与える遺伝性疾患である1型眼皮膚白皮症を引き起こす可能性があります。

b. 食品産業における重要性

チロシナーゼは、農業および食品産業においても重要であり、チロシナーゼの抑制が望まれています。なぜなら、チロシナーゼは果物や野菜に含まれるフェノール化合物をキノンに変換するのを加速するからです。これは、望ましくない味や色を与えるだけでなく、製品の消化性や特定の必須アミノ酸の利用可能性を低下させます。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急務です。コジック酸、トロポロン、クマリン、バニリル酸、バニリン、バニリルアルコールなどのいくつかの化合物は、よく知られたチロシナーゼ阻害剤です。

c. 昆虫における重要性

昆虫において、チロシナーゼは硬化、創傷治癒、メラニン合成、寄生虫のカプセル化の機能を持つ有益な酵素として認識されています。したがって、昆虫の防御機構において重要な酵素です。いくつかの殺虫剤は、チロシナーゼを抑制することを目的に開発されています。

参考文献