UO

尿酸オキシダーゼ（UO、EC 1.7.3.3）、別名尿酸酵素は、プリン分解経路におけるペルオキシソーム酵素であり、ほとんどの哺乳類において尿酸を分子酸素によって不活性で可溶性の代謝物であるアラントインに酸化する反応を触媒し、尿酸の蓄積を防ぎ、5-ヒドロキシイソ尿酸と過酸化水素を生成します。この酵素は多くの生物に広く存在しますが、ヒトや特定の他の霊長類では検出されず、これは独立したナンセンス変異またはフレームシフト変異によって引き起こされたホミノイドUO遺伝子の不活化の結果である可能性があります。尿酸は強力な抗酸化能力を示し、フリーラジカルの減少や加齢による癌の発生を減少させる可能性があるため、尿酸はホミノイドを酸化損傷から保護し、寿命を延ばす重要な役割を果たすと考えられています。しかし、UOの欠如は血漿中の尿酸レベルの上昇を引き起こし、致命的な結果を招く可能性があります。UOは最初に真菌 Aspergillus flavusから抽出され、現在は研究および医療目的でSaccharomyces cerevisiaeで広く発現しています。UOは独自の触媒メカニズムを持ち、補因子や特定の金属イオンは必須ではなく、一般的な手順は以下に示されています。

図1. プリン分解経路。

構造

UOは主に肝臓に分布し、同一のサブユニットからなるホモテトラマーとして存在し、4つのサブユニット間の二量体インターフェースに4つの活性部位が位置し、多くのペルオキシソームに大きな電子密度のあるパラクリスタルコアを形成します。A. flavus由来のUOは301残基からなり、分子量は33438ダルトンです。いくつかの生物からのUOの配列解析は、24のアミノ酸がUOで保存されており、そのうち15が活性部位に関連していることを示しています。

UOの統合機能構造は、135-kDaのホモテトラマーで、7 nmの高さ、内半径0.6 nm、外半径3 nmのバレル状をしています。UOの4つの同一の活性部位は、モノマー間に形成された二量体インターフェースに見つかり、機能が不明な中央の空洞トンネルがあります。各モノマーは301のアミノ酸残基で構成され、2つの構造的に同等なドメインを持ち、凹面側に2つのヘリックスを持つ4本のストランドからなる逆平行βシートで構成され、「トンネリングフォールド」ドメインと呼ばれ、UOがトンネル状タンパク質の拡張ファミリーに関与できるようにします。各モノマーの2つのトンネリングフォールドドメインは、集まることで8本のストランドからなる逆平行βシートを形成し、すべての4つのヘリックスはシートの凹面側に位置します。二量体はα8β16バレルを形成し、その外表面は8つのヘリックスが占めています。

作用メカニズム

UOは尿酸をS-(+)-アラントインに変換する経路の最初の酵素です。UOによって尿酸が5-ヒドロキシイソ尿酸に変換された後、5-ヒドロキシイソ尿酸（HIU）はHIUヒドロラーゼによって2-オキソ-4-ヒドロキシ-4-カルボキシ-5-ウレイドイミダゾリン（OHCU）に触媒され、最終的に2-オキソ-4-ヒドロキシ-4-カルボキシ-5-ウレイドイミダゾリン脱炭酸酵素（OHCU脱炭酸酵素）を介してS-(+)-アラントインに変換されます。HIUはHIUヒドロラーゼやOHCU脱炭酸酵素の参加なしに自発的にラセミアラントインに分解されます。

UOの活性部位内には触媒部位があり、尿酸とその類似物を同じ方向に保持し、共通の触媒部位で酸素、水、過酸化水素が順次作用します。このメカニズムは過酸化水素を酸素に戻し、共通の触媒部位を通じて過酸化水素と水を順次駆動します。活性部位内の2つの残基、Arg 176とGln 228は、基質尿酸とモノアニオンとして水素結合に寄与し、その後、二アニオンに脱プロトン化され、UOのArg 176とGln 228によって安定化されます。次に、酸素は尿酸二アニオンから電子対を受け取り、過酸化水素に還元され、水によって置き換えられ、中間体に対して求核攻撃を行い、5-ヒドロキシイソ尿酸を生成します。UOは、阻害剤と尿酸との間のアニオン-π相互作用により、シアン化物および塩化物イオンによって阻害される可能性があります。

図2. 尿酸オキシダーゼの提案されたメカニズム。（Gabison L; et al. 2008）

機能

UOは、細菌、真菌、酵母、いくつかの哺乳類を含む特定の生物において尿酸レベルの過剰蓄積を防ぐ能力があります。UOがその機能を発揮する正確なメカニズムはまだ明らかにされていませんが、以前に説明されたプロトン移動が触媒に関与していることには合意があります。

UOはまた、根粒で窒素固定が行われる尿素経路においても重要であり、固定された窒素は代謝物に変換されます。最終的に生成された代謝物は、植物全体に必要な窒素源を供給するために根から輸送されます。

UO遺伝子の発現の喪失は、尿酸が強力な抗酸化剤であり、単一酸素やラジカルの捕獲剤として体を酸化損傷から保護し、寿命を延ばし、加齢に関連する癌の発生率を減少させるため、ヒトにとって有利であると提案されています。

医療的含意

高尿酸血症は、特に急速な細胞ターンオーバーとプリン代謝の増加率によって引き起こされるリンパ腫による哺乳類の痛風および悪性腫瘍と最も一般的に関連しています。UOは、化学療法を受けている患者や移植を受けた患者における急性高尿酸血症の予防および治療において効率的なタンパク質医薬品として開発されました。これは迅速かつ安全な効果を示し、血漿中の尿酸レベルを急激に低下させます。しかし、患者が5-ヒドロキシイソ尿酸をアラントインに分解する経路において次の酵素HIUヒドロキシラーゼを欠いている場合、UO療法はHIUの毒性効果により潜在的に有害である可能性があります。

移植片対宿主病（GVHD）は、同種造血幹細胞移植の伴う副作用であり、ドナーT細胞が宿主組織に対して反応することによって引き起こされます。尿酸はT細胞応答を強化する可能性があり、したがって関連する臨床試験は、UOが患者の尿酸レベルを抑制し、結果的にGVHDの可能性を低下させることができることを証明しています。

参考文献