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GAG生合成イニシエイタ一 | |||||||||||||||||
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プロテオグリカン（PG）は一本以上のGAGがタンパク芯に共有結合した複合体分子である。ケラタン硫酸以外の硫酸化GAG、即ちコンドロイチン硫酸（CS）、デルマタン硫酸（DS）、ヘパラン硫酸（HS）、およびヘパリン（HP）を、ポリペプチド（PP）に結合する橋渡し部位はすべて共通しており、GlcAβ1→3Galβl→3Galβl→4Xylβ1-0-PP構造を有する。これらのGAGの合成は、PP中の特定のSerの水酸基にUDP-XylからXylが転移することにより開始される。GAG合成においてXylがPPに転移することと、橋渡し部位の非還元末端のGlcAにGlcNAcあるいはGalNAcが転移することとは生化学的内容を異にする。前者はPPに結合するGAG鎖の本数を決めるための反応であり1 、後者は橋渡し部位から伸張するGAGの分子種を決めるための反応である2 。言い換えれば、Xyl転移酵素がどのような情報を識別してXylを転移するかにより結合するGAG鎖の本数が決まり、そこに形成された橋渡し部位を持つPPが、αGlcNAcT1（上記GlcAにGlcNAcを転移する酵素）あるいはβGalNAcT1(GlcAにGalNAcを転移する酵素)、いずれの酵素の識別内容を持つかによって伸張するGAGの分子種が決まる。更に,GAG伸張開始因子のアグリコン（非糖部位）がGAGの鎖長を決定する性質を持つことを示唆する結果も得られている3 。以下、上に紹介した内容に従って、１）Xyl転移酵素の示す識別内容、２）αGlcNAcT1およびβGalNAcT1の識別内容、３）アグリコン依存的なGAG鎖長の決定の様式について紹介する。 １）Xylが転移される特定のSer残基はどのようにして決められるのか？ cDNAがクローニングされたPGタンパク芯のアミノ酸配列を比較検討することにより、Xyl転移酵素の基質としての必要最小ペプチド単位が推定された。このペプチド内のいくつかのアミノ酸を他のアミノ酸に換えた変異体が合成され、Xyl転移反応の受容体として、各々のペプチドについて、Km値、Vmax値が求められた。Vmax/Km値からXyl転移酵素に最も適したアミノ酸配列が決定され、その酵素の基質認識部位と推定された。その結果に基づいてタンパク芯のcDNAの変異体が作られ、各々の発現効率が求められた結果、Xyl転移酵素が認識するアミノ酸配列としてGlu/Asp-X-Ser-Gly（Ｘは任意のアミノ酸）が提唱されている1 。 ２）GAG分子種はどのようにして決まるか？ この問題に答える実験は、同一タンパク芯上にCS及びHS鎖の両GAG鎖を持つ混成型PGであるベータグリカン、シンデカン、グリビカンをモデル分子として次のようにして行われた。これら３分子間に共通して見出されるGAG結合部位近傍の共通アミノ酸配列にいくつかの変異を導入したcDNAが作成され、CHO細胞に導入後、発現されたGAGの分子種と産生効率が解析された2 。その結果、HS鎖の伸張には、Ser-GlyのC―末端側に数個のアミノ酸をへだててGluやAspからなる酸性アミノ酸のクラスターが存在すること、更にSer-Glyに隣接してTrpなどの疎水性アミノ酸が存在することが必要であることが示された。これに関連して興味あることは、GAG人工的伸張開始因子であるβ-XylosideはHS鎖伸張のためにはアグリコンが疎水性でないとHS鎖伸張活性を示さないということであり4 、疎水性アミノ酸の要求性と良い一致を示している。以上に得られた結果をまとめると、HS鎖の伸張を決めるαGlcNAcT1酵素の基質認識部位は、GlcA-Gal-Gal-Xylの橋渡し４糖部位、Ser-Glyに隣接した１ケの疎水性アミノ酸、およびSer-GlyのC―末端側に存在する酸性アミノ酸からなるクラスターの３部位であることが示唆されている。CS鎖伸張を決定するβGalNAcT1の基質特異性に関しては充分な情報は得られていない。 ３）GAGの人工伸張開始因子β-D-Xylosideのアグリコン依存的なGAGの鎖長決定 GAGの鎖長決定の機構は未だ明らかにされていない。しかし、GAGの鎖長がGAG伸張速度によって決定されていることを示唆する結果が、GAG鎖の人工的伸張開始因子であるβ-D-Xylosideを用いることにより得られている3 。図１にβ-D-Xylosideのアグリコン部位を水溶性化合物から疎水性化合物に変化させ、軟骨組織と保温し、β-D-XylosideからCS鎖を伸張させ、CS伸張速度(図1A)とCSの鎖長（図1B）を解析した結果を示した。この結果は、アグリコンが疎水性であるほどCS鎖の合成速度が速く、合成されたCSの鎖長は短いことを示している。このことは、GAG鎖伸張においてアグリコン部分と、GAG合成の場であるゴルジ体膜との相互作用はGAG鎖伸張速度の決定に関与し、GAGの鎖長は合成速度により決定されることを強く示唆しているものと考えられる。 | ||||||||||||||||
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| 岡山 実（京都産業大学・工学部） | |||||||||||||||||
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| 1998年 6月 15日 | |||||||||||||||||
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