S
h
o
r
t R
e
v
i
e
w
NADP(H)合
成 の鍵 酵 素,
NADキ
ナ ー ゼの機 能 と構 造
The function and structure of NAD kinase: the key enzyme for biosynthesis of NADP (H)
河 井 重 幸 ・福 田知 加 子 ・村 田幸作
NAD(H)は 多 彩 な 役 割 を も つ 化 合 物 で あ る が,リ ン 酸 化 さ れ てNADP(H)に 変 わ る と,補 酵 素 と して ま った く異 な る機 能 を 担 う よ う に な る1こ の こ と か ら,生 体 にお け るNAD(H)/NADP(H)比 の 制 御 の 重 要 性 は 明 白 で あ る.こ の 制 御 の 鍵 と な る の がNADP(H)合 成 酵 素"NADキ ナ ー ゼ"で あ る.最 近,筆 者 ら に よ り,NADキ ナ ー ゼ 遺 伝 子 が ク ロ ー ニ ン グ さ れ ,よ うや くこ の 酵 素 の 分 子 生 物 学 的 研 究 お よ び構 造 生 物 学 的 研 究 が 可 能 に な っ た.本 稿 で は,最 近, 明 らか と な ったNADキ ナ ー ゼ の 話 題 を,機 能 と構 造 の 点 か ら概 説 す る.ま た,NADP(H)をNAD(H)へ と脱 リン 酸 化 す る"NADP(H)ボ ス フ ァ ター ゼ"に つ い て も言 及 す る.
Key words
●NAD(H) ●NADP(H) ●NADキ ナ ー ゼ ●NADP(H)ホ ス フ ァ ター ゼ ●酸 化 ス トレ スは じめ に
NAD(H)(NAD+とNADH,図1)は 酸 化 還 元 反 応 の 補 酵 素 と し て,お も に 異 化 反 応(エ ネ ル ギ ー 獲 得 反 応)に お い て 機 能 す る.ま た,NAD+は,リ ガ ー ゼ 反 応,モ ノADPリ ボ シ ル 化 反 応 お よ び ポ リADPリ ボ シ ル 化 反 応,ヒ ス ト ン脱 ア セ チ ル 化 反 応,cADPリ ボ ー ス 生 成 反 応 な ど,さ ま ざ ま な 反 応 に も 関 与 す る1).NADHは も っ と も 反 応 性 の 高 い 活 性 酸 素 種 で あ る ヒ ドロ キ シ ル ラ ジ カ ル(・OH)の 発 生 を 促 進 す る2).一 方,NAD(H)が リ ン酸 化 さ れ る とNADP(H) (NADP+とNADPH,図1)と な り,ま っ た く異 な る 機 能 を担 う よ う に な る.NADP(H)は 酸 化 還 元 反 応 の 補 酵 素 と し て,お も に 同 化 反 応(合 成 反 応)や 酸 化 ス ト レ ス か らの 生 体 防 御 反 応 に 関 与 す る.NAD(H)とNADP(H)の 生 理 的 な 重 要 性 と両 者 の 機 能 の 違 い か ら,生 体 に お け るNAD(H)/ NADP(H)比 の 制 御 の 重 要 性 は 明 白 で あ る.こ の 制 御 の 鍵と な る の が,NADP(H)合 成 酵 素"NADキ ナ ー ゼ"(EC 2.7.1.23,反 応 式1,図1a)で あ る. NAD++ATP→NADP++ADP… … … …(反 応 式1) そ もそ もNADP+は,1931年,Otto Warburgに よ り, グ ル コ ー ス-6-リ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ 活 性 に 必 要 な 成 分 と し て 発 見 さ れ た3).ま たNADキ ナ ー ゼ は,1950年, Arthur Kornbergに よ り,は じ め て 部 分 精 製 さ れ た4). NADP(H)の 重 要 性 に も か か わ らず,そ の 合 成 酵 素NAD キ ナ ー ゼ の 遺 伝 子 は 長 ら く不 明 で あ っ た が,2000年,筆 者 ら に よ り,は じ め て ク ロ ー ニ ン グ さ れ た5).こ れ に よ り, NADキ ナ ー ゼ の 分 子 生 物 学 的 研 究 お よび 構 造 生 物 学 的 研 究 が よ う や く可 能 に な っ た.本 稿 で は,こ こ数 年 の 研 究 で 明 ら か に な っ たNADキ ナ ー ゼ の 生 理 機 能 と構 造 を 概 説 す る. ま た,NADP(H)をNAD(H)へ と 脱 リ ン 酸 化 す る "NADP(H)ホ ス フ ァ タ ー ゼ"(NADP(H)ase ,反 応 式2) に つ い て も,若 干 の 記 述 を 加 え る6). NADP(H)→NAD(H)+オ ル トリン酸 … …(反 応 式2)
I
NADキ
ナーゼの性質,機 能,構 造
1.NADキ
ナ ー ゼ とは?:そ
の 基 本 的 な 性 質
NADキ
ナ ー ゼ遺 伝 子 が ク ロー ニ ング され た こ とに よ り,
多 くの性 質 が 明 らか に され た(表1).NADキ
ナ ーゼ は例 外
な くホ モ多 量 体 構 造 を とっ て い る.ク ロー ニ ング以 前 の報
告 もあわ せ て7),単 量 体 で活 性 を示 すNADキ
ナ ーゼ は 知 ら
Shigeyuki
Kawai,
Chikako
Fukuda,
Kousaku
Murata
京都大学大学院農学研究科食品生物科学専攻
生物機能変換学分野
E-mail : kawais@kais.kyoto-u.ac.jp,
u.ac.jp,
kmurata@kais.kyoto-u.ac.jp
URL : http://www.molbiotech.kais.kyoto-u.ac.jp/
蛋白質
核酸
酵素
Vol.52 No.3 (2007) 243Database
Center
for
Life
Science
Online
Service
ク色)を,NAD+のADP部 位(青 色)2'位OH基 に転 移 し,NADP+ を 合 成 す る.リ ン 酸 受 容 体 (NAD+)と リン酸 供 与 体(ATP) は,構 造 上,類 似 して お り.と も にADP部 位(青 色)を 共 有 して いる. (b)NAD(P)+とNAD(P)Hの 構 造.NAD(P)+の ニ コチ ン アミ ド 部 分 の4位 に 水 素 化 物 イ オ ン (H-)が 付 加 さ れ てNADP(H)と なる. れ て い な い.実 は,の ち に 述 べ る よ う に,こ れ に はNAD+ 結 合 サ イ トお よ びATP結 合 サ イ トの 形 成 と深 い か か わ りが あ る こ とが 明 ら か と な っ た.NADキ ナ ー ゼ が 触 媒 す る 反 応 は,リ ン酸 供 与 体(ATP)を 用 い た リ ン 酸 受 容 体(NAD+) の リ ン酸 化 反 応 で あ る(反 応 式1,図1a).と こ ろ が,リ ン 酸 供 与 体 と し てATPと ポ リ リ ン 酸 の 両 方 を利 用 す る ポ リ リ ン酸/ATP-NADキ ナ ー ゼ の 存 在 が 明 らか に な っ て い る(表 1,古 細 菌(ア ー キ ア)と グ ラ ム 陽 性 細 菌 に 分 布).ポ リ リ ン 酸 は オ ル ト リ ン 酸 が リ ン 酸 エ ス テ ル 結 合 で 縮 重 合 した 高 エ ネ ル ギ ー 化 合 物 で あ る.ATPと 比 較 し て は る か に 安 価 で, 反 応 副 生 成 物 の 量 も抑 え ら れ る.筆 者 ら は,ポ リ リ ン酸/ ATP-NADキ ナ ー ゼ と ポ リ リ ン酸 を用 い た 高 純 度NADP+ の 大 量 生 産 法 を 開 発 し て い る8).一 方,ATPを 利 用 す る が ポ リ リ ン 酸 を利 用 し な い 酵 素 はATP-NADキ ナ ー ゼ と称 さ れ て い る(表1,グ ラ ム 陰 性 細 菌 と真 核 生 物 に 分 布). リ ン 酸 受 容 体(NAD+とNADH)に 目 を む け る と, NADHを リ ン酸 化 す るNADキ ナ ー ゼ とNADHを リ ン酸 化 しな いNADキ ナ ー ゼ とが あ る(表1).本 稿 で は,両 者 を 区 別 す る と きの み,NADキ ナ ー ゼ(NAD+に 特 異 的 でNADH を リ ン酸 化 し な い)とNAD(H)キ ナ ー ゼ(NAD+とNADH の 両 方 を リ ン酸 化 す る)と 称 す る.ま ぎ らわ しい が,NADH を リ ン酸 化 す る 活 性 をNADHキ ナ ー ゼ 活 性 と よ ぶ.出 芽 酵 母(Saccharomyces cerevisiae)由 来Pos5p,お よび,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ(Arabidopsis thaliana)由 来NADK1とNADK3
のNADHキ ナ ー ゼ 活 性 は,NADキ ナ ー ゼ 活 性 よ り も高 い (表1).
2.生
理 機 能
ヒ トを含 め,ほ と ん どす べ て の 生 物 は ゲ ノ ム に た だ1個 の NADキ ナ ー ゼ 遺 伝 子 を もつ(出 芽 酵 母,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ, Bacillus属 の よ う な 例 外 もあ る).こ の 遺 伝 子 を1個 だ け もつ真 正細菌
(MyCobacterium tuberculosisとSalmonellaenterica)
は そ の 破 壊 に よ り致 死 性 を 示 す9,10).こ の 遺 伝 子を2個 もつ枯 草 菌 はそ の一 方 の遺 伝 子,NadF(表1)の
破 壊
で 致 死 性 を示 す た め,も う一 方 の 遺 伝 子 は生 理 的 に機 能 し
て い な い もの と考 え られ る
(http://bacillus.genome.jp/
bsorf _mutant_list/Page4.htm お よ びPage10.htm).3個
のNADキ ナ ー ゼ 遺 伝 子(UTR1,YEF1,POS5)を も つ 出 芽 酵 母 の 場 合 は,こ の 三 重 欠 損 株(株 に よ っ て は,UTR1 遺 伝 子 とPO55遺 伝 子 の 二 重 欠 損 株)が 致 死 性 を示 す11,12). こ れ ら の 結 果 は,生 体 内 のNADP(H)合 成 に お け るNAD キ ナ ー ゼ の 重 要 性,さ ら に は,NADP(H)の 細 胞 内 に お け る 重 要 性 を 意 味 す る. 出 芽 酵 母 に お い て,Pos5pは ミ トコ ン ドリ ア に13),Utr1p は 細 胞 質 と 核 に 局 在 す る が14),Yef1pの 局 在 性 は 不 明 で あ る.PO55欠 損 株 は さ ま ざ ま な 表 現 型 を 示 す.す な わ ち, 酸 化 ス ト レス(ス ー パ ー オ キ シ ド(・O2-)を 発 生 させ る パ ラ コ ー ト,高 酸 素,過 酸 化 水 素)感 受 性,重 金 属(銅)感 受 性,ア ル ギ ニ ン要 求 性,非 発 酵 性 炭 素 源 培 地 で の 生 育 不 全, Fe-Sク ラ ス タ ー 含 有 酵 素 の 生 合 成 不 全,こ れ に と も な う鉄 取 り込 み 系 遺 伝 子 群 の 転 写 促 進 と ミ ト コ ン ドリ ア へ の 鉄 の 異 常 蓄 積,ミ ト コ ン ド リ アDNAの 変 異 促 進,な ど で あ る13,15,16).こ れ らは,ミ ト コ ン ドリ ア のNADP(H)レ ベ ル
Database
Center
for
Life
Science
Online
Service
S h
o
r
t
R
e
v i e w
表1
機 能解析 されたNADキ
ナーゼの特徴a
(a)?は 未 発 表 ま た は 不 明 瞭 を 意 味 す る.注 目 す べ き 箇 所 を 太 字 で 表 記
(b)KEGG(http://www.genome.ad.jp/Japanese/)のID.MfnkとNadKの みGenBank(http://www.genome.jp/dbget-bin/www _bfind?genbank-today)のID (c)ATPに 対 す る 活 性 を100%と し た 相 対 活 性 で 表 記 (d)NAD+に 対 す る 活 性 を100%と した 相 対 活 性 で 表 記 (e)機 能 解 析 さ れ て い な い (f)2量 体 と4量 体 で 平 衡 に な っ て い る の 低 下 と そ れ に 起 因 す る ミ トコ ン ド リ ア 機 能 の 低 下 を 原 因 と す る 表 現 型 で あ り,ミ ト コ ン ドリ ア に お け るNADP(H) の 重 要 性 を 示 し て い る.一 方,Utr1pは 鉄 の 取 り込 み 時 に 必 要 な 鉄 の 還 元 反 応 に か か わ る と 考 え られ て お り,UTR1 欠 損 株 は 低 濃 度 鉄 培 地 で 生 育 遅 延 を 示 す12). シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ の3個 のNADキ ナ ー ゼ(NADK1, NADK2,NADK3)の う ち,と く にNADK2の 分 子 サ イ ズ が 大 きい(表1).こ れ は,葉 緑 体 移 行 ペ プ チ ド17)(1∼61 ア ミ ノ酸 残 基,推 定)と カ ル モ ジ ュ リ ン結 合 領 域18)(335∼ 380ア ミ ノ 酸 残 基)を 含 む 長 いN末 端 領 域 を も つ た め で あ る.こ の カ ル モ ジ ュ リ ン結 合 領 域 は ほ か の 高 等 植 物(イ ネ, コ ム ギ,ダ イ ズ,レ タ ス)のNADキ ナ ー ゼ ホ モ ロ グ に も存 在 す る18).カ ル モ ジ ュ リ ン はCa2+と 結 合 し,NADキ ナ ー ゼ を 含 む さ ま ざ ま な 酵 素 を 活 性 化 す る.NADK2は 葉 緑 体 に 局 在 し,こ れ を 欠 損 させ た 植 物 体 は 生 育 が 悪 く,さ ま ざ ま な 酸 化 ス ト レ ス を 誘 発 す る環 境 ス ト レス(波 長290nm∼ 320nmの 中 波 長 紫 外 線 照 射,乾 燥,熱,高 濃 度 の 塩)に 感 受 性 に な る.ま た,ク ロ ロ フ ィ ル 生 合 成 能 が 低 下 し て い る. こ れ らの 結 果 は,葉 緑 体 局 在 性 のNADK2,す な わ ち,葉
緑 体 にお けるNADP(H)が,ク
ロ ロフ ィル の生 合 成 と酸 化
ス トレスか らの 葉 緑 体 の保 護 に重 要 な役 割 を は た して い る
こ とを意 味 す る17).一 方,NADK1は
放射 線 照 射,酸 化 ス
トレ ス,病
原 性 細 菌 の 感 染 に よ り転 写 が 誘 導 され る.
NADK1を
欠 損 させ た 植 物 体 は放 射 線 照 射 やパ ラ コー トに
感 受性 にな る19).な お,NADK3を
欠損 させ た植 物 体 に関
す る報 告 例 はな い ため,そ の 生 理 的機 能 は不 明 で あ る.
3.高
次 構 造
筆 者 ら は,M.tuberculosis由 来NADキ ナ ー ゼ(Ppnk) の ア ポ 型 と ポ ロ 型(NAD+と の 複 合 体)の 立 体 構 造 を 決 定 し た20).な お,ほ か の グ ル ー プ に よ っ て,Ppnkの ア ポ 型21), 超 好 熱 性 硫 酸 還 元 古 細 菌Archaeoglobus fulgidus由 来 NADキ ナ ー ゼ(Afnk)の3種 類 の ポ ロ 型22)(お の お の, ATP,NAD+,NADP+と の 複 合 体),超 好 熱 性 真 正 細 菌 Thermotoga maritima由 来NADキ ナ ー ゼ の ア ポ 型23),の 立 体 構 造 が あ い つ い で 決 定 さ れ て い る.以 下,Ppnkの 構 造 を 中 心 に概 説 す る. Ppnkは ホ モ4量 体 構 造 を 示 す(図2a).2つ の サ ブ ユ ニ ッ蛋白質
核酸
酵素
Vol.52 No.3 (2007) 245Database
Center
for
Life
Science
Online
Service
のあ いだ の 会合 面(点 線 の 囲 み)がNAD+結 合 サイ トの形 成 に寄与 す るNAD+を 赤 色 で表 記 した(窒 素原 子:青 色) (b)PpnkのNAD+結 合 サ イ トNAD+を 青 色 で 表 記 した.ニ コ チ ン ア ミ ド環 に は 矢 印.隣 接 サ ブユ ニ ッ ト由来 の ア ミノ酸 残 基 に は()を 付 した.Arg187の み,コ ン ピ ュー ター グ ラフ ィ ック ス上 で本 来 のGly187 と置 換 した.こ の位 置 の残 基 が リン酸 受 容 体 特異 性 に関 与 してい る よ うだ. [文献24よ り許 可 を得 て 転 載]
ト間(図2aで は サ ブ ユ ニ ッ トaと サ ブ ユ ニ ッ トa'の あ い だ, ま た は,サ ブ ユ ニ ッ トbと サ ブ ユ ニ ッ トb'の あ い だ)の 会 合 がNAD+結 合 サ イ トの 形 成 に 大 き く寄 与 す る.と くに,隣 接 サ ブ ユ ニ ッ トのAspl89がNAD+やTyr202と 相 互 作 用 し,NAD+結 合 サ イ トの 形 成 に深 く寄 与 す る(図2b).こ の Tyr202はNAD+の ニ コ チ ン ア ミ ド環 を 芳 香 環 ど う し の π-π相 互 作 用 で 固 定 す る.同 様 に,ATPの ア デ ニ ン環 を も π-π相 互 作 用 で 固 定 す る(後 述).Asp189とTyr202は ほ か の NADキ ナ ー ゼ の1次 構 造 で も 高 度 に 保 存 さ れ て い る. NAD+結 合 サ イ トの 形 成 に 対 す る サ ブ ユ ニ ッ ト間 の 会 合 の 重 要 性 は,Afnkの 立 体 構 造 に お い て も 認 め ら れ て い る22). NADキ ナ ー ゼ とNAD(H)キ ナ ー ゼ の リ ン 酸 受 容 体 (NAD+とNADH)特 異 性 を 決 定 す る 構 造 要 因 は 何 で あ ろ う か?NAD+とNADHの 違 い は ニ コ チ ン ア ミ ド環 に み ら れ る(図1b).筆 者 らは,Ppnkの 立 体 構 造 情 報 と 部 位 特 異 的 変 異 実 験 を も と に,ニ コ チ ン ア ミ ド環 の 周 辺 に 位 置 し う る ア ミ ノ 酸 残 基(Ppnkで はGlyl87)に 対 応 す る残 基 が 重 要 で は な い か と考 え て い る24).こ の 残 基 は,NAD(H)キ ナ ー ゼ で はGly残 基 か 極 性 ア ミ ノ 酸 残 基(Gln残 基 あ る い はThr 残 基)で,NADキ ナ ー ゼ で はArg残 基 で あ る.実 際,大 腸 菌 由 来NADキ ナ ー ゼYfjBの 該 当 す るArg175をGly残 基 やGln残 基,Thr残 基,His残 基 な ど の 極 性 ア ミ ノ 酸 残 基 に 置 換 す る と,YfjBはNADHキ ナ ー ゼ 活 性 を 示 す よ う に な る.な お,注 目 し た 残 基 は 隣 接 サ ブ ユ ニ ッ ト由 来 で あ っ た(図2b).こ れ は,サ ブ ユ ニ ッ トの あ い だ の 会 合 が リ ン酸 受 容 体 特 異 性 の 決 定 に も重 要 で あ る こ と を 示 唆 して い る. 構 造 の 類 似 した リ ン酸 受 容 体 と リ ン酸 供 与 体(NAD+と ATP,図1a)を,NADキ ナ ー ゼ は ど の よ う に し て 区 別 し て 利 用 す る の だ ろ う か?Liuら が 決 定 した,Afnkの ポ ロ 型 の 立 体 構 造 に よ る と,NAD+の ニ コ チ ン ア ミ ド環 の 場 合 と 同 様,ATPの ア デ ニ ン 環 がTyr158(Ppnkで は, Tyr202)と の π-π相 互 作 用 を介 して 結 合 して い た22).さ ら に,隣 接 サ ブ ユ ニ ッ トのAspl45(Ppnkで は,Aspl89)が ATPの ア デ ニ ン塩 基 と相 互 作 用 して お り,サ ブ ユ ニ ッ トの あ い だ の 会 合 がNAD+結 合 サ イ トの 形 成 の み な ら ず,ATP 結 合 サ イ トの 形 成 に も重 要 で あ る こ とが 示 さ れ た.た だ し, Liuら の 調 製 し たAfnkとATPま た はNAD+と の 複 合 体 の 結 晶 は,グ ア ニ ジ ン で 強 引 に 可 溶 化 し た の ち に リ フ ォ ー ル デ ィ ン グ さ せ たAfnkを 用 い て 調 製 さ れ て お り,酵 素 活 性 の 有 無 が 論 文 に 明 記 さ れ て い な い 事 実 を付 記 し て お く. 以 上,NADキ ナ ー ゼ の 高 次 構 造 の 特 徴 を 概 観 す る と,2 つ の サ ブ ユ ニ ッ トの あ い だ の 会 合 の 重 要 性 は 明 白 で あ る. こ の 会 合 は,NAD+結 合 サ イ トとATP結 合 サ イ トの 形 成, そ し て お そ ら く は,リ ン酸 受 容 体 特 異 性 の 決 定 に 不 可 欠 で あ る.こ れ が,NADキ ナ ー ゼ が ホ モ 多 量 体 構 造 を と る,す な わ ち,単 量 体 のNADキ ナ ー ゼ が 見 い だ さ れ な い 理 由 の ひ と つ で あ ろ う.ま た,NAD+結 合 サ イ トとATPの 結 合 サ イ トが 共 有 さ れ て い る た め,NAD+とATPは 同 時 にNADキ ナ ー ゼ に 結 合 で き な い.し た が っ て,NADキ ナ ー ゼ が ATPに よ りい っ た ん リ ン 酸 化 され た の ち,こ の リ ン酸 基 が NAD+へ と 転 移 す る の で は な い か と 考 え ら れ る.こ の よ う な 反 応 機 構 は,粗 精 製 酵 素 を 用 い た 速 度 論 的 解 析 か ら も推 定 さ れ て い た25).
Database
Center
for
Life
Science
Online
Service
S
h
o
r
t
R
e
v
i
e
w
II 古細 菌NADP(H)aseの
発 見
古 く はBernofskyら が,出 芽 酵 母 の ミ ト コ ン ド リ ア に NADP(H)ase活 性 を 検 出 し て い る6),筆 者 ら も,グ ラ ム 陽 性 細 菌Arthrobacter sp.KM株 か らNADP(H)ase活 性 を示 す 酵 素 を精 製 し た が26),こ れ らがNAD(H)/NADP (H)比 の 制 御 に か か わ る"真 の"NADP(H)aseで あ る か ど う か の 確 証 は な く,NADP(H)aseの 研 究 は 袋 小 路 に 入 っ て い た.し か し,古 細 菌 の ゲ ノ ム 情 報 に 思 わ ぬ ヒ ン トが か く さ れ て い た.古 細 菌Methanococcus jannaschii由 来 NADキ ナ ー ゼMJ0917は,原 核 生 物 由 来 に も か か わ らず 分 子 サ イ ズ が 大 きい(表1).こ れ は,NADキ ナ ー ゼ 領 域 と イ ノ シ トー ル モ ノ ホ ス フ ァ タ ー ゼ(IMPase)領 域 と が 融 合 し て い る た め で あ る(図3).MJO917の 機 能 解 析 を行 な っ た と こ ろ,IMPase領 域 が 強 いNADP(H)ase活 性 お よ び フ ル ク トー ス-1,6-ビ ス ホ ス フ ァ タ ー ゼ(FBPase)活 性(反 応 式3) を示 した27).た だ し,IMPase活 性 は 示 さ な か っ た. フル ク トー ス-1,6-ビ ス リ ン 酸 → フル ク トー ス-6-リ ン 酸+オ ル トリン 酸 ………(反 応 式3) さ ら に,あ る種 の 古 細 菌 の ゲ ノ ム で はNADキ ナ ー ゼ 遺 伝 子 とIMPase遺 伝 子 が 一 部 で 重 複 し た オ ペ ロ ン様 の 構 造 を と っ て お り(図3),IMPaseとNADP(H)代 謝 と の 関 連 性 が 示 唆 さ れ た.最 近,こ れ ら の う ち,少 な く と もMJO1O9とAF2372がIMPase活 性 とFBPase活 性 の ほ かNADP (H)ase活 性 を も示 す こ と が わ か っ た(福 田 ・河 井 ・村 田:論 文 投 稿 中).実 は,超 好 熱 性 古 細 菌 由 来IMPaseに,IMPase 活 性 に くわ えFBPase活 性 が あ る こ と は 以 前 か ら知 られ て い た の だ が28),筆 者 ら は,新 た に こ れ らがNADP(H)ase 活 性 を も示 す こ と を 明 ら か に した の で あ る.MJ0917が 存 在 し な け れ ば,IMPaseがNADP(H)ase活 性 を 示 す と は 夢 に も 思 わ な か っ た に 違 い な い.立 体 構 造 レベ ル の 相 同 性 も 考 慮 に入 れ る と,IMPaseホ モ ロ グ に はFBPase,イ ノ シ ト ー ル ポ リ リ ン酸-1-ホ ス フ ァ タ ー ゼ,3'-ホ ス ホ ア デ ノ シ ン-5'-リ ン酸 ボ ス フ ァ ター ゼ も含 ま れ,こ れ らは ひ とつ の フ ァ ミ リ ー を 形 成 し て い る29) .目 下,IMPaseホ モ ロ グ がNADP (H)aseで は な い か?と い う 仮 説 に 基 づ き,真 核 生 物 由 来 と 真 正 細 菌 由 来 のNADP(H)aseを 探 索 中 で あ る.
お わ りに
NADP(H)の
合 成 と分 解 に 関 して,と
くに合 成 酵 素
NADキ
ナ ーゼ に関 す る最 近 の話 題 を,生 理 機 能 と構造 の 点
か ら簡 単 に紹 介 した.今 後,構 造 研 究 に関 して は,ポ リ リ
ン酸/ATP-NADキ
ナ ーゼ が ポ リ リン酸 を利用 す る し くみ の
解 明 が 重 要 で あ ろ う.こ の知 識 を使 って,有 用 な リ ン酸 化
化 合 物 を生 産 す る キナ ー ゼ に ポ リ リ ン酸 利 用 能 を賦 与 す る
(これ を筆 者 らは,逆 進 化 とよん でい る のだが)こ とに よ り,
高価 なATPを
使 わな くと も安 価 なポ リリ ン酸 を使 って高 純
度 の 目的 化 合 物 を生 産 で きる よう にな る.生 理 機 能 に 関 し
図3古細 菌のNADキ
ナーゼ遺伝子 近
辺のゲ ノム構造
数 字 は塩 基 番 号 を示 す.IMPase遺 伝 子 を白 色 で,NADキ ナ ー ゼ 遺 伝 子 を 青 色 で 示 す.M. jannaschiiのNADキ ナー ゼ遺 伝 子MJ0917(赤 色 で 囲 んだ)は,IMPase領 域 とNADキ ナ ー ゼ 領 域 が 融合 して い る.M.maripaludisのNAD キ ナ ー ゼ 遺 伝 子MMP1489も 同 様 ほ か の NADキ ナー ゼ 遺 伝子 では,NADキ ナ ー ゼ 遺 伝 子 とIMPase遺 伝 子 が オペ ロ ン様 の構 造 を とっ て お り,M.acetivorans以 外 で は両 者 が一 部 で 重 複 し て い る.M.jannaschiiに は,別 の IMPase遺 伝子MJ0109が0.74Mb上 流 に存在 す る.蛋白質
核酸
酵素
Vol.52 No.3 (2007) 247Database
Center
for
Life
Science
Online
Service
解(あ る い は,膜 内 外 の 輸 送)の 詳 細 を 明 らか に す る 必 要 が あ る.出 芽 酵 母 のNAD+合 成 酵 素30)(Npt1p,Nma2p)と NADキ ナ ー ゼ14)(Utr1p)は 核 に 存 在 す る.一 方,つ い 最 近,出 芽 酵 母 のNdt1pとNdt2pが ミ トコ ン ド リ ア 膜 局 在 性 のNAD+輸 送 体(NADH,NADP+,NADPHは 輸 送 し な い)と して 同 定 さ れ た31).そ れ で は,NADP(H)輸 送 体 は 存 在 す る の だ ろ うか?ま た,ヒ トに お け るNADP(H)の 合 成 と分 解 の 詳 細 も重 要 な 問 題 で あ る.ヒ ト好 中 球 由 来NAD キ ナ ー ゼ が カ ル モ ジ ュ リ ン に よ っ て 活 性 化 さ れ る こ と は 古 く か ら 知 ら れ て い る7).ヒ トNADキ ナ ー ゼ を コ ー ドす る mRNAは 胎 盤 で 顕 著 に 発 現 し て い る32)(小 腸 と骨 格 筋 で は ほ とん ど発 現 して い な い).こ れ は 何 を 意 味 す る の だ ろ うか? NADP(H)の 合 成 と分 解 が 生 物 学 的 に ど の よ う な 意 義 を もつ の か?こ の 問 題 に,少 な く と もNADP(H)の 合 成 に 関 して は,分 子 生 物 学 的 手 法 に よ り取 り組 む こ とが 可 能 に な っ た.今 後 の 展 開 が 楽 しみ で あ る. Ppnkの 構 造研 究 でが んば って くれた森 茂 太郎 博 士(現 国立 感 染症研 究所)に 感 謝 し ます.
