アスパラギン合成酵素

アスパラギン合成酵素
識別子
シンボルASNS
代替記号11as、AsnS
NCBI遺伝子440
HGNC753
オミム108370
参照シーケンスNM_001673
ユニプロットP08243
その他のデータ
EC番号6.3.5.4
軌跡第7章q21-q31
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構造スイスモデル
ドメインインタープロ

アスパラギン合成酵素（またはアスパラギン酸-アンモニアリガーゼ）は、主に細胞質に存在し、アスパラギン酸からアスパラギンを生成する酵素である。[ 1 ]このアミド化反応は、グルタミン合成酵素によって促進される反応と類似している。この酵素は哺乳類の臓器に広く分布しているが、外分泌膵臓以外の組織では基礎発現が比較的低い。[ 2 ]

特定の白血病株におけるアスパラギン合成酵素の平均以上の存在は、化学療法耐性、特に化学療法薬であるL-アスパラギナーゼに対する耐性の重要な要因であることが示唆されている。[ 3 ]

構造

大腸菌由来のアスパラギン合成各サブユニットが2つの異なるドメインに折り畳まれた二量体タンパク質である。 [ 4 ] N末端領域は、6本鎖の反平行βシートの2層で構成され、その間にグルタミンの加水分解を担う活性部位がある。 [ 4 ] C末端ドメインは、両側にαヘリックスが挟まれた5本鎖の平行βシートで構成される。このドメインは、Mg2 + ATPとアスパラギン酸の両方の結合を担う。 [ 4 ]これら2つの活性部位は、主にバックボーン原子と疎水性の非極性アミノ酸残基で覆われたトンネルによって接続されている。 [ 4 ]

哺乳類由来のアスパラギン合成酵素の構造解析は、酵素の存在量が少なく、精製過程において不安定であるため困難であった。[ 5 ]

機構

大腸菌由来のアスパラギン合成酵素の情報を用いて、この酵素のいくつかの基本的なメカニズムが解明されている。[ 5 ] N末端活性部位はグルタミンの加水分解を触媒し、グルタミン酸とアンモニアを生成する。[ 5 ] C末端活性部位はアスパラギン酸の側鎖カルボキシレートの活性化を触媒し、求電子中間体であるβ-アスパルチル-AMP（βAspAMP）1と無機ピロリン酸（PPi）を形成する。[ 5 ] 2つの活性部位を結ぶトンネルは、アンモニア分子が共通の中間体として通過することを可能にし、酵素の独立した活性部位で行われる2つの半反応を結合させる。[ 5 ]このように、グルタミナーゼ部位で放出され、そこから運ばれたアンモニア分子は、結合したβAspAMP1を攻撃し、四面体中間体を経てアスパラギンとAMPを生成する。[ 5 ]

関数

植物では、無機窒素は硝酸塩またはアンモニウムの形で環境から取り込まれます。[ 6 ]この窒素をアスパラギンに同化して窒素のリサイクル、輸送、貯蔵に利用することは、植物の発育に不可欠なプロセスであり、アスパラギン合成酵素はこれらのアスパラギンの蓄えを維持するために不可欠です。[ 6 ]アスパラギン合成酵素に依存する発育中の特定のイベントには、発芽種子における窒素動員、生物的および非生物的ストレスに反応した栄養細胞における窒素のリサイクルと流動、およびソース器官からシンク器官への窒素の再動員があります。[ 6 ]

哺乳類では、アスパラギン合成酵素の発現は細胞増殖と関連していることがわかっており、そのmRNA含量は細胞周期の変化と関連している。[ 5 ]ハムスター BHK ts11細胞は不活性なアスパラギン合成酵素を産生し、このアスパラギン合成酵素活性の喪失は、細胞アスパラギンの枯渇の結果として細胞の細胞周期停止を直接引き起こした。 [ 5 ]これらのハムスター細胞では、アスパラギン合成酵素 mRNA の上方制御も観察された。[ 5 ]他の実験では、甲状腺刺激ホルモン処理の結果としてラットの静止期甲状腺細胞がS 期に入ると、アスパラギン合成酵素 mRNA 含量が同時に増加することが実証された。[ 5 ]

クラス

アスパラギン合成酵素には2つの主要なグループがあるようです: [ 7 ] [ 6 ]

  • 原核生物から単離された酵素（asnA）の大部分は、アンモニアを唯一の窒素源として利用します。[ 7 ] [ 6 ]
  • 真核生物から単離された酵素および一部の原核生物から単離された酵素（asnB）は、グルタミンを優先窒素源として利用するが、これらの酵素は代替基質としてアンモニアを利用することもできる。[ 7 ] [ 6 ]ヒトのグルタミン依存性ASは、7番染色体のq21.3領域に位置する単一の遺伝子によってコードされている。[ 8 ]真核生物にアンモニア依存性アスパラギン合成酵素が存在しないのは、細胞内のアンモニア濃度を非常に低いレベルに維持する必要があるためと考えられる。[ 7 ]

臨床的意義

癌

白血病

がん細胞は急速な成長および細胞分裂を示し、その結果、栄養要求量が増大します。[ 5 ]原発性急性リンパ性白血病( ALL ) および多くの ALL 細胞株におけるアスパラギン合成酵素の発現は、正常細胞と比較して特に低いため、細胞は成長に必要な栄養素として血清中のアスパラギンに異常に依存しており、アスパラギン枯渇は効果的な治療方法となります。[ 2 ] [ 5 ]その結果、L-アスパラギナーゼはALL の治療に利用される一般的な化学療法薬であり、血清アスパラギンを枯渇させるアスパラギナーゼ活性があるため、リンパ腫などの他のアスパラギン合成酵素陰性がんにも応用できる可能性があります。[ 9 ]この血清アスパラギンの枯渇は、その後の細胞アスパラギンの急速な流出につながり、これも L-アスパラギナーゼによって直ちに作用され破壊されます。[ 5 ]これらの感受性癌はアスパラギンの枯渇に反応して一時的な反応を起こし、栄養不足により腫瘍の成長が著しく阻害されます。[ 5 ] [ 3 ]

ほとんどの体細胞は、このアスパラギン飢餓を打ち消し、L-アスパラギナーゼの影響に耐えるのに十分な量のアスパラギン合成酵素を基礎的に発現しています。[ 2 ] [ 3 ] [ 5 ]さらに、これらの正常細胞は、アスパラギンの枯渇に反応してアスパラギン合成酵素の発現をアップレギュレーションすることができ、さらに、化学療法薬にとって望ましい特性である、正常細胞の活動に対する薬剤の毒性効果の一部を打ち消します。[ 2 ] [ 3 ] [ 5 ]

しかし、アスパラギナーゼ耐性癌の場合には逆の効果が見られる。[ 3 ]これらの耐性癌では、L-アスパラギナーゼによる血中アスパラギン枯渇の影響により、代わりに補償するためにアスパラギン合成酵素の過剰発現が起こり、化学療法薬の効果が実質的に無効になる。[ 3 ]例えば、マウスモデルでは、L-アスパラギナーゼにさらされてから24時間後、枯渇に抵抗性のある腫瘍は、アスパラギン合成酵素の発現が5～19倍に増加した。[ 10 ]これらの耐性腫瘍はまた、さらなる発現を促すL-アスパラギナーゼを適用しなくても、本質的にアスパラギン合成酵素の活性がより高レベルに発現する。[ 11 ]同様の傾向はヒトの研究でもよく見られ、感受性症例の無視できるほどの活性と比較して、治療後のアスパラギン合成酵素の活性がアスパラギン酸耐性症例では高いレベルで検出される。[ 12 ]耐性ヒト白血病細胞株の試験管内試験で見られるように、アスパラギン枯渇因子を除去してから6週間後でも、アスパラギン合成酵素の発現の増加レベルは基底状態に戻ることができず、むしろ高いレベルのままで薬剤耐性が継続した。[ 13 ]

これらの研究ではASNSの持続的な過剰発現のメカニズムは報告されていないが、L-アスパラギナーゼ治療後に再発した2人のT-ALL患者のトランスクリプトームプロファイリングにより、KMT2Eとのプロモータースワップが繰り返され、ASNSの過剰発現とL-アスパラギナーゼ耐性につながることが明らかになった。[ 14 ]さらに、マウスモデルシステムでは、L-アスパラギナーゼ感受性腫瘍細胞を致死量以下のL-アスパラギナーゼ濃度で繰り返し継代培養すると、最終的に耐性細胞が発生する可能性があることが実証されており、低用量化学療法が耐性細胞の発生を効果的に促進するという潜在的な懸念がある。[ 15 ]

卵巣がんの潜在的なバイオマーカー

多くのヒト卵巣細胞株において、L-アスパラギナーゼの効能とアスパラギン合成酵素タンパク質レベルの間に相関関係があることが観察されている。[ 16 ]前述のように、この結果はヒト白血病細胞株でも同様の観察結果を確認した。[ 16 ]そのため、アスパラギン合成酵素は卵巣癌のスクリーニングや潜在的な治療におけるバイオマーカーとして使用できる可能性がある。[ 16 ]

固形腫瘍の転移における潜在的な役割

PC-3前立腺癌細胞を接着培養か​​ら懸濁培養に適応させることによって転移細胞で上皮から間葉系への移行を模倣し、次にこの懸濁への適応と同時に起こる遺伝子発現の変化を調べた。[ 17 ]アスパラギン合成酵素の発現は、接着細胞よりも懸濁細胞の6倍高いことがわかった。[ 17 ]確立された転移性マウスモデルにおけるヒト乳癌細胞株の異種移植において、[ 2 ] [ 18 ]マウス血液から単離された循環腫瘍細胞中のアスパラギン合成酵素は、親細胞株と比較して上昇していた。[ 2 ] [ 18 ]これらの循環腫瘍細胞をin vitro培養に戻し、低酸素状態にさらすと、親細胞株よりも高い基礎発現とアスパラギン合成酵素の誘導が示された。[ 2 ] [ 18 ]これらの循環腫瘍細胞は、低酸素条件下での軟寒天アッセイでコロニー形成能力が増加し、異種移植として再移植されたときにより速く増殖することもわかりました。[ 2 ] [ 18 ]転移細胞におけるアスパラギナーゼ合成酵素の増加した存在は、その活性が循環腫瘍細胞の生存に有益である可能性を示唆しています。[ 2 ] [ 18 ]

トリビア

モルモットは血清中に検出可能なレベルのL-アスパラギナーゼが含まれているため、自然に発現するアスパラギン合成酵素のレベルが最も高い動物の1つです。[ 10 ]

参考文献

  1. ^ Hutson RG, Kitoh T, Moraga Amador DA, Cosic S, Schuster SM, Kilberg MS (1997年5月). 「アスパラギン合成酵素のアミノ酸制御：ヒト白血病細胞におけるアスパラギナーゼ耐性との関連」. The American Journal of Physiology . 272 (5 Pt 1): C1691-9. doi : 10.1152/ajpcell.1997.272.5.C1691 . PMID  9176161 .
  2. ^ a b c d e f g h i Balasubramanian MN, Butterworth EA, Kilberg MS (2013年4月). 「アスパラギン合成酵素：細胞ストレスによる制御と腫瘍生物学への関与」 . American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism . 304 (8): E789-99. doi : 10.1152/ ajpendo.00015.2013 . PMC 3625782. PMID 23403946 .  
  3. ^ a b c d e f Prager MD, Bachynsky N (1968年4月). 「アスパラギン酸合成酵素はアスパラギナーゼ耐性および感受性マウスリンパ腫に関与している」.生化学および生物理学的研究通信. 31 (1): 43–7 . doi : 10.1016/0006-291x(68)90028-4 . PMID 4869945 . 
  4. ^ a b c d Larsen TM, Boehlein SK, Schuster SM, Richards NG, Thoden JB, Holden HM, Rayment I (1999年12月). 「大腸菌アスパラギン合成酵素Bの3次元構造：基質から生成物への短い旅」.生化学. 38 (49): 16146–57 . doi : 10.1021/bi9915768 . PMID 10587437 . 
  5. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Richards NG, Kilberg MS (2006年7月). 「アスパラギン合成酵素化学療法」 . Annual Review of Biochemistry . 75 : 629–54 . doi : 10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142520 . PMC 3587692. PMID 16756505 .  
  6. ^ a b c d e f Gaufichon L, Reisdorf-Cren M, Rothstein SJ, Chardon F, Suzuki A (2010年9月). 「植物におけるアスパラギン合成酵素の生物学的機能」. Plant Science . 179 (3): 141– 153. Bibcode : 2010PlnSc.179..141G . doi : 10.1016/j.plantsci.2010.04.010 .
  7. ^ a b c d Richards NG, Schuster SM (1998年11月). 「アスパラギン合成酵素触媒における機構的問題」.酵素学および分子生物学関連分野の進歩. 第72巻. pp.  145–98 . doi : 10.1002/9780470123188.ch5 . ISBN 9780470123188. PMID  9559053 .
  8. ^ Heng HH, Shi XM, Scherer SW, Andrulis IL, Tsui LC (1994). 「アスパラギン合成酵素遺伝子（ASNS）の7番染色体q21.3領域への精密な局在と体細胞雑種株4AF/106/KO15の特性解析」. Cytogenetics and Cell Genetics . 66 (2): 135–8 . doi : 10.1159/000133685 . hdl : 10722/42532 . PMID 7904551 . 
  9. ^ Chan WK, Lorenzi PL, Anishkin A, Purwaha P, Rogers DM, Sukharev S, Rempe SB, Weinstein JN (2014年6月). 「L-アスパラギナーゼのグルタミナーゼ活性はASNS陰性細胞に対する抗癌活性には不要である」 . Blood . 123 ( 23): 3596– 606. doi : 10.1182/blood-2013-10-535112 . PMC 4047499. PMID 24659632 .  
  10. ^ a b Prager MD, Bachynsky N (1968年9月). 「正常組織および悪性組織におけるアスパラギン合成酵素：アスパラギナーゼに対する腫瘍感受性との相関」Archives of Biochemistry and Biophysics . 127 (1): 645–54 . doi : 10.1016/0003-9861(68)90273-7 . PMID 4880551 . 
  11. ^ Horowitz B, Madras BK, Meister A, Old LJ, Boyes EA, Stockert E (1968年5月). 「マウス白血病におけるアスパラギン合成酵素活性」. Science . 160 ( 3827): 533–5 . Bibcode : 1968Sci...160..533H . doi : 10.1126/science.160.3827.533 . PMID 5689413. S2CID 39734239 .  
  12. ^ Haskell CM, Canellos GP (1969年10月). 「ヒト白血病におけるL-アスパラギナーゼ耐性 ― アスパラギン合成酵素」.生化学薬理学. 18 (10): 2578–80 . doi : 10.1016/0006-2952(69)90375-x . PMID 4935103 . 
  13. ^ Aslanian AM, Fletcher BS, Kilberg MS (2001年7月). 「アスパラギン合成酵素の発現のみで、MOLT-4ヒト白血病細胞におけるL-アスパラギナーゼ耐性を誘導するのに十分である」 . The Biochemical Journal . 357 (Pt 1): 321–8 . doi : 10.1042/ bj3570321 . PMC 1221958. PMID 11415466 .  
  14. ^ Khater F, Lajoie M, Langlois S, Healy J, Cellot S, Richer C, Beaulieu P, St-Onge P, Sailloir V, Minden M, Marzouki M, Krajinovic M, Bittencourt H, Sinnett D (2017). 「KMT2E-ASNS：早期T細胞前駆細胞急性リンパ芽球性白血病における再発特異的な新規融合遺伝子」 . Blood . 129 ( 12): 1729– 1732. doi : 10.1182/blood-2016-10-744219 . PMC 5374844. PMID 28069604 .  
  15. ^ Andrulis IL, Chen J, Ray PN (1987年7月). 「アスパラギン合成酵素のヒトcDNAの単離とJensenラット肉腫細胞における発現」 . Molecular and Cellular Biology . 7 (7): 2435–43 . doi : 10.1128/MCB.7.7.2435 . PMC 365375. PMID 2886907 .  
  16. ^ a b c Lorenzi PL, Weinstein JN (2009年1月). 「アスパラギン合成酵素：卵巣がんの新たな潜在的バイオマーカー」 . Drug News & Perspectives . 22 (1): 61–4 . doi : 10.1358/dnp.2009.22.1.1303820 . PMC 4096155. PMID 19209300 .  
  17. ^ a b Patrikainen L, Porvari K, Kurkela R, Hirvikoski P, Soini Y, Vihko P (2007年2月). 「PC-3細胞株変異体の発現プロファイリングと良性および悪性前立腺におけるMIC-1転写産物レベルの比較」. European Journal of Clinical Investigation . 37 (2): 126– 33. doi : 10.1111/j.1365-2362.2007.01763.x . PMID 17217378. S2CID 29946047 .  
  18. ^ a b c d e Ameri K, Luong R, Zhang H, Powell AA, Montgomery KD, Espinosa I, Bouley DM, Harris AL, Jeffrey SS (2010年2月). 「循環腫瘍細胞は低酸素症に対する反応の変化と攻撃的な表現型を示す」 . British Journal of Cancer . 102 (3): 561–9 . doi : 10.1038/sj.bjc.6605491 . PMC 2805847. PMID 20051957 .  
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