UDP-グルコース4-エピメラーゼ

UDP-グルコース4-エピメラーゼ
識別子
別名	UDPガラクトース4-エピメラーゼ4-エピメラーゼウリジン二リン酸グルコース4-エピメラーゼUDPPG-4-エピメラーゼUDP-ガラクトース4-エピメラーゼウリジン二リン酸グルコースエピメラーゼウリジン二リン酸ガラクトース-4-エピメラーゼUDP-D-ガラクトース4-エピメラーゼUDP-グルコースエピメラーゼウリジン二リン酸グルコース4-エピメラーゼウリジン二リン酸ガラクトース4-エピメラーゼ
外部ID	遺伝子カード：[1]; OMA：オーソログ
オーソログ 種 ヒト マウス エントレ 該当なし 該当なし アンサンブル 該当なし 該当なし UniProt 該当なし 該当なし RefSeq (mRNA) 該当なし 該当なし RefSeq (タンパク質) 該当なし 該当なし 場所 (UCSC) 該当なし 該当なし PubMed検索 該当なし 該当なし
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ヒトの表示/編集

UDP-グルコース4-エピメラーゼ
ホモサピエンスのUDP-グルコース4-エピメラーゼホモ二量体はNADHとUDP-グルコースに結合している。ドメイン：N末端とC末端
識別子
EC番号	5.1.3.2
CAS番号	9032-89-7
データベース
IntEnz	インテンズビュー
ブレンダ	ブレンダエントリー
ExPASy	NiceZymeビュー
ケッグ	KEGGエントリー
MetaCyc	代謝経路
プリアム	プロファイル
PDB構造	RCSB PDB PDBe PDBsum
遺伝子オントロジー	AmiGO / QuickGO
検索 PMC 記事 PubMed 記事 NCBI タンパク質

UDP-ガラクトース-4-エピメラーゼ
ヒトGALEはNAD+およびUDP-GlcNAcに結合し、N末端およびC末端ドメインが強調表示されている。Asn 207は、活性部位内でUDP-GlcNAcを収容するために変形している。
識別子
シンボル	ゲイル
NCBI遺伝子	2582
HGNC	4116
OMIM	606953
RefSeq	NM_000403
UniProt	Q14376
その他のデータ
EC番号	5.1.3.2
遺伝子座	染色体1 p36-p35
検索 構造 スイスモデル ドメイン InterPro

NAD依存性エピメラーゼ／デヒドラターゼ
識別子
シンボル	？
Pfam	PF01370
InterPro	IPR001509
メンブラノーム	330
利用可能なタンパク質構造： Pfam   構造 / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum 構造概要

UDP-グルコース4-エピメラーゼ（EC 5.1.3.2）は、 UDP-ガラクトース4-エピメラーゼまたはGALEとしても知られ、細菌、真菌、植物、および哺乳類細胞に存在するホモ二量体エピメラーゼです。この酵素は、ガラクトース代謝におけるルロア経路の最終段階を担い、 UDP-ガラクトースからUDP-グルコースへの可逆的な変換を触媒します。^[1] GALEは、触媒活性に必要な補因子であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）に強く結合します。 ^[2]

さらに、ヒトおよび一部の細菌のGALEアイソフォームは、NAD +の存在下でUDP- N -アセチルグルコサミン（UDP-GlcNAc）からUDP- N -アセチルガラクトサミン（UDP-GalNAc ）の形成を可逆的に触媒し、糖タンパク質または糖脂質合成の初期ステップとなります。^[3]

歴史的意義

ルイス・ルロア博士は、カンポマール財団生物化学研究所在職中に、ガラクトース代謝におけるGALEの役割を推測し、当初この酵素をワルデナーゼと名付けました。^[4]ルロア博士は、糖ヌクレオチドの発見と炭水化物の生合成におけるその役割により、 1970年のノーベル化学賞を受賞しました。 ^[5]

構造

GALEは、短鎖脱水素酵素／還元酵素（SDR）タンパク質スーパーファミリーに属します。^{[6]このファミリーは、酵素活性に必要な保存されたTyr-XXX-Lysモチーフ、1つ以上の}ロスマンフォールド骨格、およびNAD ⁺に結合する能力を特徴とします。^[6]

三次構造

GALEの構造は、大腸菌^{[7]やヒト[8} ]を含む多くの種で解明されています。GALEは様々な種でホモ二量体として存在します。^[8]

サブユニットのサイズは68アミノ酸（Enterococcus faecalis）から564アミノ酸（Rhodococcus jostii）まで様々ですが、GALEサブユニットの大部分は330アミノ酸程度の長さに集まります。^[6]各サブユニットは2つの異なるドメインを含みます。N末端ドメインには、7本鎖の平行βプリーツシートと、その両側にαヘリックスが存在します。^[1]このドメイン内の一対のロスマンフォールドにより、GALEはサブユニットごとに1つのNAD ⁺補因子をしっかりと結合することができます。^[2] 6本鎖βシートと5つのαヘリックスがGALEのC末端ドメインを構成します。^[1] C末端残基はUDPと結合し、サブユニットはUDP-グルコースまたはUDP-ガラクトースを触媒反応のために正しく配置する役割を担います。^[1]

活性部位

GALEのN末端ドメインとC末端ドメインの間の溝が酵素の活性部位を構成しています。保存されたTyr-XXX LysモチーフはGALEの触媒活性に必要であり、ヒトではこのモチーフはTyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161で表され、^[6]大腸菌GALEではTyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153を含みます。^[8] GALEの活性部位の大きさと形状は種によって異なり、GALEの基質特異性を変化させます。^[3]さらに、種特異的なGALE内の活性部位の立体構造は柔軟です。例えば、かさ高いUDP-GlcNAc 2'-N-アセチル基は、Asn 207カルボキサミド側鎖の回転によってヒトGALE活性部位内に収容されます。^[3]

大腸菌GALE残基とUDP-グルコースおよびUDP-ガラクトースとの相互作用が知られている。 ^[9]

残基	機能
アラニン216、フェニルアラニン218	ウラシル環を酵素に固定する
アスパラギン295	リボースの2'位ヒドロキシル基と相互作用します。
アスパラギン179、アルギニン231、アルギニン292	UDP リン酸基と相互作用します。
ティル 299、アスン 179	ガラクトース 2' ヒドロキシル基またはグルコース 6' ヒドロキシル基と相互作用し、活性部位内で糖を適切に配置します。
チロシン177、フェニルアラニン178	ガラクトース 3' ヒドロキシル基またはグルコース 6' ヒドロキシル基と相互作用し、活性部位内で糖を適切に配置します。
Lys 153	Tyr 149のpKaを低下させ、糖の4'ヒドロキシル基への水素原子の引き抜きまたは供与を可能にします
チロシン149	糖の4'ヒドロキシル基から水素原子を引き抜いたり、供与したりすることで、4-ケトピラノース中間体の形成を触媒します

メカニズム

UDP-ガラクトースからUDP-グルコースへの変換

GALEは、一連の4つのステップを経て、UDP-ガラクトースの4'ヒドロキシル基の配置を反転させます。UDP-ガラクトースに結合すると、活性部位の保存されたチロシン残基が4'ヒドロキシル基からプロトンを引き抜きます。^{[7] [10]}

同時に、4'水素化物がNAD+のSi面に付加され、NADHと4-ケトピラノース中間体を生成する。^[1] 4-ケトピラノース中間体は、グリコシル酸素とβ-リン原子間のピロホスホリル結合を中心に180°回転し、ケトピラノース中間体の反対面をNADHに提示する。^[10] NADHからこの反対面への水素化物転移により、4'中心の立体化学が反転する。その後、保存されたチロシン残基がプロトンを供与し、4'ヒドロキシル基が再生する。^[1]

UDP-GlcNAcからUDP-GalNAcへの変換

ヒトおよび一部の細菌のGALEアイソフォームは、糖の4'ヒドロキシル基の立体化学配置を反転させることにより、同一のメカニズムでUDP-GlcNAcからUDP-GalNAcへの変換を可逆的に触媒する。^{[3] [11]}

生物学的機能

ガラクトース代謝のルロア経路における中間体および酵素。^[1]

ガラクトース代謝

ガラクトース代謝には直接的な異化経路は存在しません。したがって、ガラクトースはグルコース-1-リン酸に優先的に変換され、解糖系またはイノシトール合成経路に回される可能性があります。^[12]

GALEは、ガラクトースからグルコース-1-リン酸への変換におけるルロア経路における4つの酵素の1つとして機能する。まず、ガラクトースムタロターゼがβ-D-ガラクトースをα-D-ガラクトースに変換する。^[1]次に、ガラクトキナーゼがα-D-ガラクトースの1'ヒドロキシル基をリン酸化してガラクトース-1-リン酸を生成する。^[1]第三段階では、ガラクトース-1-リン酸ウリジルトランスフェラーゼが、 UDP-グルコースからガラクトース-1-リン酸へのUMP部分の可逆的転移を触媒し、UDP-ガラクトースとグルコース-1-リン酸を生成する。^[1]最後のルロア段階では、GALEによってUDP-ガラクトースからUDP-グルコースが再生され、UDP-グルコースは経路の第三段階に戻る。^[1]このように、GALEは、継続的なレロア経路のサイクリングに必要な基質を再生します。

ルロア経路のステップ3で生成されるグルコース-1-リン酸は、ホスホグルコムターゼによってグルコース-6-リン酸に異性化される可能性がある。グルコース-6-リン酸は速やかに解糖系に入り、ATPとピルビン酸の生成につながる。^[13]さらに、グルコース-6-リン酸はイノシトール-3-リン酸合成酵素によってイノシトール-1-リン酸に変換され、イノシトール生合成に必要な前駆体が生成される可能性がある。^[14]

UDP-GalNAc合成

ヒトおよび特定の細菌のGALEアイソフォームはUDP-GlcNAcに結合し、可逆的にUDP-GalNAcへの変換を触媒します。UDP- N-アセチルガラクトサミン：ポリペプチドN-アセチルガラクトサミントランスフェラーゼ（ppGaNTase）として知られる糖転移酵素ファミリーは、UDP-GalNAcから糖タンパク質のセリンおよびスレオニン残基にGalNAcを転移します。 ^[15] ppGaNTaseを介した糖鎖付加は、タンパク質の選別、^{[16] [17] [18] [19] [20]}、リガンドシグナル伝達、^{[21] [22] [23]}、タンパク質分解攻撃への耐性、^{[24] [25]}を制御し、ムチン生合成における最初の重要なステップとなります。^[15]

疾患における役割

ヒトGALEの欠損または機能不全は、軽度（末梢性）またはより重度（全身性）の形態で存在する可能性のあるIII型ガラクトース血症を引き起こします。 ^[12]

参考文献

1. Holden HM, Rayment I, Thoden JB (2003年11月). 「ガラクトース代謝におけるLeloir経路の酵素の構造と機能」. J. Biol. Chem . 278 (45): 43885–8 . doi : 10.1074/jbc.R300025200 . PMID  12923184
2. Liu Y, Vanhooke JL, Frey PA (1996年6月). 「UDP-ガラクトース4-エピメラーゼ：基質誘導性コンフォメーション遷移に伴うNAD+含量と電荷移動バンド」.生化学. 35 (23): 7615–20 . doi :10.1021/bi960102v. PMID  8652544.
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参考文献

• Leloir LF (1953). 「酵素異性化と関連プロセス」.酵素学および分子生物学関連分野の進歩. 第14巻. pp.  193– 218. doi :10.1002/9780470122594.ch6. ISBN 9780470122594 PMID  13057717
• Maxwell ES, de Robichon-Szulmajster H (1960). 「酵母からのウリジン二リン酸ガラクトース-4-エピメラーゼの精製およびタンパク質結合ジホスホピリジンヌクレオチドの同定」J. Biol. Chem . 235 (2): 308– 312. doi : 10.1016/S0021-9258(18) 69520-1
• Wilson DB, Hogness DS (1964年8月). 「大腸菌におけるガラクトースオペロンの酵素．I ウリジンジホスホガラクトース4-エピメラーゼの精製と特性解析」. J. Biol. Chem . 239 : 2469–81 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)93876-7 . PMID  14235524.

外部リンク

• エピメラーゼ欠損性ガラクトース血症に関するGeneReviews/NCBI/NIH/UWのエントリ
• エピメラーゼ欠損性ガラクトース血症に関するOMIMのエントリ
• UDPガラクトース+4-エピメラーゼ（米国国立医学図書館医学件名表題集（MeSH））