ヒトのミトコンドリアNADキナーゼの特定 - J-Stage

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化学と生物 Vol. 52, No. 12, 2014

ヒトのミトコンドリア NAD キナーゼの特定

人ごとではない脆弱な活性？

筆者らは2012年の12月，ヒトのミトコンドリアNAD キナーゼ（NADK; NADP^＋合成酵素）を特定したと発 表した^（1）

．本稿では，なぜ今更「ミトコンドリアの

NADK」なのか，なぜ「人ごとではない脆弱な活性」

なのか，研究の背景と意義，展望を交えつつ筆者らの見 解を述べたい．

NAD^＋とNADP^＋は，生化学の教科書でおなじみの分 子であり，重要な「酸化還元反応の補酵素」である（そ れ以外の重要な機能は本稿では割愛する）

．ミトコンド

リアにおけるNADP^＋とその還元型NADPHの必要性は 疑う余地がない．たとえば，ミトコンドリアは主要な活 性酸素種（ROS）の発生源であるが，ROSの解毒に必 要な還元力を供給するのはNADPHである．NADP^＋は NAD^＋のリボースの2′-OH基がリン酸化された分子であ り，NADK（EC 2.7.1.23） はNAD^＋の リ ン 酸 化 反 応

（NAD^＋

＋ATP→NADP

^＋

＋ADP） を 触 媒 す るNADP

^＋ 合成酵素である．

NADKそのものは，1950年にArthur Kornbergによ り初めて部分精製され，その存在が記述された．半世紀 後の2000年，筆者らによりNADK遺伝子が特定され，

NADKの分子生物学的および構造生物学的研究が可能 になった^（2）（最初に特定されたのは結核菌NADKで あった）

．結核菌NADKの一次構造を基に多様な生物の

NADKホモログが容易に見いだされ，筆者らを含むグ ループによりさまざまなNADKホモログの特性が詳細 に調べられた^（3）

．Zieglerらは，いち早く2001年にヒト

NADKの性質を明らかにし，さらに2007年に当該ヒト NADKはミトコンドリアに局在せず，細胞質に局在す る細胞質NADKであることを示した^（4）

．そして「ヒト

のミトコンドリアNADKはどこだ？」という問題を提 起した．ヒトゲノム配列上には当該ヒトNADK遺伝子 と相同性を示す遺伝子が見いだされないことが早くから わかっていた．NADP^＋がミトコンドリアに取り込まれ る可能性は以前から否定されていた．このような背景の なか，筆者らは，植物シロイヌナズナのペルオキシソー ム局在型NADK3の一次構造を手がかりにして，ヒトの 機能未知遺伝子C5orf33をミトコンドリアNADK（以後 Mit NADKと称する）として特定した^（1）

．

Mit NADKの最も顕著な特性は，細胞質NADKと比 較した場合のその脆弱な活性であると考えている^（1）（図

1

_）

_{．Mit NADKの}

_max値は細胞質NADKの約1/200に 過ぎない．また，Mit NADKのNAD^＋に対する m値も 低く22 

μ

Mである（細胞質NADKの m値は1.07 mM）

．

筆者らは，細胞質とミトコンドリアの推定したNAD^＋ 濃度（各々 0.39 mM, 0.25 mM）ではMit NADKの活性 は細胞質NADKのそれの1/3程度なので，Mit NADK はその活性自体は低くても機能しうると考えている．こ の基質飽和曲線（図1）から，細胞質NADKはNAD^＋ 濃度の変化に応じて活性も大きく変動するのに対して，

Mit NADKは幅広いNAD^＋濃度域（100 

μ

M 〜）で弱い ながらも一定の活性を示すことが読み取れる．とはい え，ミトコンドリアにおけるROS制御の病気や寿命に 対する重要性を考えると，ROSの制御で重要な役割を 果たすNADP^＋合成酵素の活性がこんなに弱くてよいの かと心配になる．「人ごとではない」のである．なお，

細胞のミトコンドリア画分のNADK活性も検出可能で ある（siRNAによるMit NADKのノックダウンにより，

同活性は半分以下に低下し，ROSの発生量は倍以上増 加する）

．ミトコンドリア画分のNADP

^＋濃度の測定法 を確立していないため，Mit NADKのノックダウンに よるミトコンドリア内のNADP^＋濃度の変動は，残念な がらいまだ調べられていない．

Mit NADKのもう一つの特性は，ATPとポリリン酸

（リン酸が鎖状にエステル結合した高分子）の両方を利 用する能力である^（1）

．強力なポリリン酸利用能を示す真

核生物由来のキナーゼは，筆者らの知る限りでは，Mit  NADKの例が初めてである．これはミトコンドリア細 菌起源説と関係があるのか，あるいはこのポリリン酸依 存活性に生理的な意味があるのか（ミトコンドリアにポ リリン酸は存在する）

，もしあるならミトコンドリアの

機能と関係があるのか，重要な問題かもしれない．余談 だが，マラリア原虫がなぜかMit NADKホモログのみ をNADKホモログとして有する（ヒトNADKホモログ を有さない）ということもわかった．

最後に，筆者らの最初の論文公表から2カ月ほど過ぎ て か ら，Zhangに よ っ て も ヒ ト の ミ ト コ ン ド リ ア

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NADKを特定したとの論文が公表された^（5）

．素早く再

現性を示していただいて安堵した．それはともかく，

Zhangの論文には，Mit NADKの転写が組織特異的に 栄養状態で変動するという興味深い報告があった（マウ スのMit NADKホモログを用いた系で調べられた）

．細

胞質NADK（およびNADPHプール）が

β

細胞における インシュリン分泌を制御するとの報告もある^（6）

．今後

は，動物の個体レベルにおける生理や病態とNADP^＋合 成の関係という方面でも研究が進展して欲しいと思う．

  1)  K. Ohashi, S. Kawai & K. Murata:  , 3, 1248  (2012).

  2)  S.  Kawai,  S.  Mori,  T.  Mukai,  S.  Suzuki,  T.  Yamada,  W. 

Hashimoto  &  K.  Murata: 

, 276, 57 (2000).

  3)  S. Kawai & K. Murata:  , 72, 

919 (2008).

  4)  N.  Pollak,  M.  Niere  &  M.  Ziegler:  , 282,  33562 (2007).

  5)  R. Zhang:  , 2, 432 (2013).

  6)  J. P. Gray, K. N. Alavian, E. A. Jonas & E. A. Heart: 

, 303, E191 (2012).

（河井重幸

*

¹

，村田幸作 *

²

， *

¹ 京都大学農学研究科，

*

² 摂南大学理工学部）

プロフィル

河井 重幸（Shigeyuki KAWAI）

＜略歴＞1998年京都大学農学研究科食品 工学専攻博士後期課程中途退学／同年同大 学食糧科学研究所助手／2001年同大学農 学研究科助手，2007年同助教に名称変更，

現在に至る．この間，2002年京都大学博 士（農学）取得，2008年スイス連邦ジュ ネーブ大学に留学（1年間）＜研究テーマ と抱負＞NADキナーゼがヒト細胞内で実 際どのように機能しているかを理解する．

食品微生物を用いて海洋バイオマス資源か ら有用化合物を生産する．放射線・紫外線 耐性の仕組みを代謝の視点から理解する

＜趣味＞（温泉）旅行，読書 村田 幸作（Kousaku MURATA）

＜略 歴＞1972年 京 都 大 学 農 学 部 卒 業／

1974年同大学大学院農学研究科修士課程 修了／1980年田辺製薬株式会社退社／同 年京都大学食糧科学研究所助手（1982年 農学博士）／1983年米国コーネル大学医学 部研究員／1988年京都大学食糧科学研究 所助教授／1996年同教授／2001年京都大 学大学院農学研究科（食品生物科学専攻）

教授／2013年同大学定年退職／同年摂南 大学理工学部教授（2014年同大学大学院 理工学研究科教授），現在に至る＜研究 テーマと抱負＞微生物の機能開発＜趣味＞

暇つぶしの農業

Copyright © 2014 公益社団法人日本農芸化学会 図1^■Mit NADKの脆弱な活性NAD^＋濃度に対する基質飽和曲

線^（1）．Mit NADK（実線），細胞質NADK（点線）．

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