| マトリックスメタロプロテアーゼ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 識別子 | |||||||
| シンボル | MMP | ||||||
| ファム一族 | CL0126 | ||||||
| インタープロ | IPR021190 | ||||||
| メンブラノーム | 317 | ||||||
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マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP )は、マトリックスメタロペプチダーゼまたはマトリキシンとも呼ばれ、カルシウム依存性の亜鉛含有エンドペプチダーゼであるメタロプロテアーゼである。[ 1 ]他のファミリーメンバーには、アダマリシン、セラリシン、アスタシンがある。MMPは、メトジンシンスーパーファミリーとして知られる、より大きなプロテアーゼファミリーに属する。[ 2 ]
これらの酵素は、あらゆる種類の細胞外マトリックスタンパク質を分解する能力を持つだけでなく、多くの生理活性分子を処理することもできます。細胞表面受容体の切断、アポトーシスリガンド( FASリガンドなど)の放出、ケモカイン/サイトカインの不活性化に関与することが知られています。[ 3 ] MMPは、細胞増殖、遊走(接着/分散)、分化、血管新生、アポトーシス、宿主防御といった細胞挙動においても重要な役割を果たしていると考えられています。
1962年にヒトを含む脊椎動物において初めて記載されたが[ 4 ]、その後無脊椎動物や植物にも発見されている。これらの酵素は、補因子として金属イオンに依存すること、細胞外マトリックスを分解する能力、そして特異的な進化的DNA配列によって、他のエンドペプチダーゼと区別される。
MMPは1962年にジェローム・グロスとチャールズ・ラピエールによって初めて記述されました。彼らはオタマジャクシの尾の変態過程(オタマジャクシの尾をコラーゲンマトリックスプレートに置くことによる)における酵素活性(コラーゲン三重らせんの分解)を観察しました。[ 5 ]そのため、この酵素は間質性コラーゲナーゼ(MMP-1 )と命名されました。
その後、ヒトの皮膚から精製され(1968年)[ 6 ] 、酵素原として合成されることが認められた。[ 7 ]
「システインスイッチ」は1990年に説明されました。[ 8 ]
MMPは共通のドメイン構造を有する。3つの共通ドメインは、プロペプチド、触媒ドメイン、そして柔軟なヒンジ領域によって触媒ドメインに連結されたヘモペキシン様C末端ドメインである。[ 2 ]
MMPは、酵素が活性化する前に除去しなければならないプロペプチドドメインを持つ不活性な酵素原として最初に合成されます。プロペプチドドメインは「システインスイッチ」の一部です。このドメインには、活性部位の亜鉛と相互作用し、基質の結合と切断を防ぎ、酵素を不活性な状態に保つ保存されたシステイン残基が含まれています。ほとんどのMMPでは、システイン残基は保存された配列PRCGxPD内にあります。一部のMMPは、このドメインの一部としてプロホルモン転換酵素切断部位(フーリン様)を持ち、これが切断されると酵素が活性化されます。MMP-23AとMMP-23Bは、このドメインに膜貫通セグメントを含んでいます。 [ 9 ]
いくつかのMMP触媒ドメインのX線結晶構造解析により、このドメインは35 x 30 x 30 Å (3.5 x 3 x 3 nm )の扁平球状であることが示されています。活性部位は、触媒ドメインを横切る20 Å (2 nm)の溝です。活性部位を形成する触媒ドメインの一部には、触媒的に重要なZn 2+イオンが存在し、これは保存された配列HExxHxxGxxHに含まれる3つのヒスチジン残基と結合しています。したがって、この配列は亜鉛結合モチーフです。
MMP-2などのゼラチナーゼは、触媒ドメインの亜鉛結合モチーフの直前に挿入されたフィブロネクチンタイプIIモジュールを組み込んでいます。 [ 10 ]
触媒ドメインは、柔軟なヒンジ領域またはリンカー領域によってC末端ドメインに連結されています。このリンカー領域は最大75アミノ酸残基の長さで、構造は確定されていません。

C末端ドメインは、血清タンパク質ヘモペキシンと構造的に類似しています。4枚羽根のβプロペラ構造を有しています。βプロペラ構造は、タンパク質間相互作用に関与すると考えられる大きな平面構造を提供します。これが基質特異性を決定し、TIMP(メタロプロテアーゼの組織阻害剤)との相互作用部位となります。ヘモペキシン様ドメインは、 MMP-7、MMP-23、MMP-26、植物、線虫には存在しません。膜結合型MMP(MT-MMP)は、膜貫通ドメインまたはGPIアンカードメインを介して 細胞膜に固定されています。
公開されている触媒メカニズムは 3 つあります。

MMP はさまざまな方法で細分化できます。
バイオインフォマティクス手法を使用してMMP の一次配列を比較すると、MMP の 進化的グループ分けが次のように示唆されます。
触媒ドメインを単独で分析すると、酵素の基質特異性からもわかるように、主要グループが分化した後に触媒ドメインがさらに進化したことが示唆されます。
MMP生物学の研究者によって最も一般的に用いられるグループ分けは、MMPの基質特異性に関する歴史的評価とMMPの細胞内局在に基づいています。これらのグループは、コラーゲナーゼ、ゼラチナーゼ、ストロメリシン、および膜型MMP(MT-MMP)です。
しかし、従来のグループのいずれにも当てはまらない MMP が多数存在するため、これらの区分はいくぶん人為的なものであることがますます明らかになっています。
| 遺伝子 | 名前 | エイリアス | 位置 | 説明 |
|---|---|---|---|---|
| MMP1 | 間質コラーゲナーゼ | CLG、CLGN | 分泌された | 基質にはCol I、II、III、VII、VIII、X、ゼラチンが含まれます |
| MMP2 | ゼラチナーゼA、72 kDaゼラチナーゼ | 分泌された | 基質にはゼラチン、Col I、II、III、IV、Vii、Xが含まれます | |
| MMP3 | ストロメリシン1 | CHDS6、MMP-3、SL-1、STMY、STMY1、STR1 | 分泌された | 基質にはCol II、IV、IX、X、XI、ゼラチンが含まれる |
| MMP7 | マトリライシン、ポンプ1 | MMP-7、MPSL1、ポンプ-1 | 分泌された | 細胞膜中のコレステロール硫酸塩に結合することで膜に結合し、基質にはフィブロネクチン、ラミニン、Col IV、ゼラチンなどがある。 |
| MMP8 | 好中球コラーゲナーゼ | CLG1、HNC、MMP-8、PMNL-CL | 分泌された | 基質にはCol I、II、III、VII、VIII、X、アグリカン、ゼラチンが含まれる。 |
| MMP9 | ゼラチナーゼB、92 kDaゼラチナーゼ | CLG4B、GELB、MANDP2、MMP-9 | 分泌された | 基質にはゼラチン、Col IV、Vが含まれます |
| MMP10 | ストロメリシン2 | SL-2、STMY2 | 分泌された | 基質にはCol IV、ラミニン、フィブロネクチン、エラスチンが含まれる |
| MMP11 | ストロメリシン3 | SL-3、ST3、STMY3 | 分泌された | MMP-11はMT-MMPとの類似性が高く、コンベルターゼ活性化能を有し、分泌型であるため、通常はコンベルターゼ活性化能MMPと関連している。基質としては、Col IV、フィブロネクチン、ラミニン、アグリカンなどがある。 |
| MMP12 | マクロファージメタロエラスターゼ | HME、ME、MME、MMP-12 | 分泌された | 基質にはエラスチン、フィブロネクチン、Col IVが含まれる |
| MMP13 | コラーゲナーゼ3 | CLG3、MANDP1、MMP-13 | 分泌された | 基質にはCol I、II、III、IV、IX、X、XIV、ゼラチンが含まれる |
| MMP14 | MT1-MMP | MMP-14、MMP-X1、MT-MMP、MT-MMP 1、MT1-MMP、MT1MMP、MTMMP1、WNCHRS | 膜関連 | I型膜貫通型MMP。基質にはゼラチン、フィブロネクチン、ラミニンなどがある。 |
| MMP15 | MT2-MMP | MT2-MMP、MTMMP2、SMCP-2、MMP-15、MT2MMP | 膜関連 | I型膜貫通型MMP。基質にはゼラチン、フィブロネクチン、ラミニンなどがある。 |
| MMP16 | MT3-MMP | C8orf57、MMP-X2、MT-MMP2、MT-MMP3、MT3-MMP | 膜関連 | I型膜貫通型MMP。基質にはゼラチン、フィブロネクチン、ラミニンなどがある。 |
| MMP17 | MT4-MMP | MT4-MMP、MMP-17、MT4MMP、MTMMP4 | 膜関連 | グリコシルホスファチジルイノシトール結合; 基質にはフィブリノーゲン、フィブリンが含まれる |
| MMP18 | コラーゲナーゼ4、xcol4、アフリカツメガエルコラーゲナーゼ | – | ヒトの相同遺伝子は知られていない | |
| MMP19 | RASI-1(ストロメリシン-4とも呼ばれる) | MMP18、RASI-1、CODA | – | |
| MMP20 | エナメリシン | AI2A2、MMP-20 | 分泌された | |
| MMP21 | X-MMP | MMP-21、HTX7 | 分泌された | |
| MMP23A | CA-MMP | 膜関連 | II型膜貫通システインアレイ | |
| MMP23B | – | MIFR、MIFR-1、MMP22、MMP23A | 膜関連 | II型膜貫通システインアレイ |
| MMP24 | MT5-MMP | MMP-24、MMP25、MT-MMP 5、MT-MMP5、MT5-MMP、MT5MMP、MTMMP5 | 膜関連 | I型膜貫通型MMP |
| MMP25 | MT6-MMP | MMP-25、MMP20、MMP20A、MMPL1、MT-MMP 6、MT-MMP6、MT6-MMP、MT6MMP、MTMMP6 | 膜関連 | グリコシルホスファチジルイノシトール結合 |
| MMP26 | マトリライシン-2、エンドメタゼ | – | ||
| MMP27 | MMP-22、C-MMP | MMP-27 | – | |
| MMP28 | エピライシン | エピライシン、MM28、MMP-25、MMP-28、MMP25 | 分泌された | 2001年に発見され、ヒトケラチノサイトで発見されたことからその名が付けられました。他のMMPとは異なり、この酵素は多くの組織で恒常的に発現しています(精巣で高発現し、肺、心臓、脳、結腸、腸、胎盤、唾液腺、子宮、皮膚でも低レベルで発現しています)。システインスイッチ(PRCGVTD)において、プロリンがスレオニンに置換されています。[ 14 ] |
マトリックスメタロプロテアーゼは金属結合タンパク質であるメタロチオニンと結合し、金属結合メカニズムを助けます。
MMPは、形態形成、血管新生、組織修復、肝硬変、関節炎、転移など、様々な生理学的または病理学的プロセスに関連する組織リモデリングにおいて重要な役割を果たしています。MMP -2とMMP-9は転移において重要であると考えられています。MMP -1は関節リウマチと変形性関節症において重要であると考えられています。最近のデータは、大動脈瘤の発症においてMMPが積極的な役割を果たしていることを示唆しており、過剰なMMPは大動脈壁の構造タンパク質を分解します。MMPとTIMPのバランスの異常も、急性および慢性心血管疾患の特徴です。[ 15 ]
創傷治癒の過程では、マトリックスメタロプロテアーゼが清掃隊として働き、古い組織を分解して新しい組織のためのスペースを作ります。好中球由来のMMP-8は早期に作用して破片を除去し、皮膚全体の治癒を促進します。一方、コラーゲナーゼ由来のMMP-1は、コラーゲン繊維を横切るケラチノサイトの動きを促進し、損傷後の修復の開始を助けます。その後、MMP-13が引き継ぎ、創傷のサイズを縮小し、上皮再生を開始します。創傷の縁を寄せることで、より速い閉鎖が達成されます。一方、MMP-9を活性化し、ケラチノサイトを隙間に誘導することで、ゼラチナーゼMMP-2は治癒プロセスを加速し、MMP-9自体は創傷内のあらゆる場所で細胞の移動を促進します。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
これに基づいて、ストロメリシンなどのMMPが最終段階を微調整します。MMP-3はMMP-9をさらに活性化し、創傷の収縮を助け、瘢痕や組織の変形を防ぎます。一方、MMP-10は創傷縁のケラチノサイトから分泌され、リモデリングをサポートします。MMP-7の主な役割は再上皮化で、エラスチンやラミニンなどのバリアを通過して新しい皮膚細胞が広がることを可能にします。MMP-12はアンジオスタチンを生成することで血管新生を管理し、新しい血管の成長を制御して過成長を防ぎます。これらのMMPは協力して破壊と再構築のバランスを取り、損傷した組織を健康な組織に変えていきます。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
MMP が調節不全になると、病気を治癒するどころか、より攻撃的になり、悪化させる可能性があります。たとえば、MMP-1 レベルの上昇は、がんの転移を促進する成長因子を放出し、糖尿病性足潰瘍では組織の過剰分解によって治癒を遅らせます。MMP-8 レベルは喘息で上昇し、糖尿病では慢性炎症を増加させます。MMP-13 は変形性関節症で関節損傷を促進し、MMP-2 および MMP-9 レベルは大腸がんや心臓病で急上昇し、血管壁に異常な変化をもたらし、線維化を引き起こします。MMP-3 は関節リウマチと脊椎の問題を助長し、MMP-10 は骨の成長に影響を与え、MMP-7 は動脈を詰まらせるアテローム性動脈硬化を増加させ、MMP-12 は免疫細胞の過剰反応を引き起こし、重度の炎症を引き起こします。基本的に、MMP の活動が抑制されないと、役立つツールがトラブルメーカーに変わります。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]

すべてのMMPは潜在型(チモーゲン)として合成されます。これらはプロ酵素として分泌され、細胞外活性化を必要とします。in vitroでは、有機水銀剤、カオトロピック剤、その他のプロテアーゼなど、多くのメカニズムによって活性化されます。
MMP は、TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、および TIMP-4 という 4 つのプロテアーゼ阻害剤のファミリーを構成する、特定の内因性メタロプロテアーゼ組織阻害剤(TIMP) によって阻害されます。
TIMPは、N末端ドメイン(これが主な阻害部位)とC末端ドメインからなる2つの部分からなる小さなタンパク質です。MMPの阻害以外にも、TIMPは細胞表面の受容体に直接結合してシグナル伝達を行うなど、他の役割も果たします。[ 26 ]
主な TIMP は 4 つあります。
合成阻害剤は一般に、MMP活性部位の触媒亜鉛原子に強固に結合するキレート基を有する。一般的なキレート基としては、ヒドロキサム酸、カルボキシル酸、チオール、ホスフィニル基などが挙げられる。ヒドロキシル酸は、亜鉛原子を二座配位でキレートするため、MMPやその他の亜鉛依存性酵素に対する特に強力な阻害剤である。これらの阻害剤の他の置換基は通常、対象となるMMP上の様々な結合ポケットと相互作用するように設計されており、これにより阻害剤は特定のMMPに対して多かれ少なかれ特異性を持つ。[ 2 ]
生理学的条件下では、MMPは5つのレベルで制御されている。すなわち、転写、チモーゲン前駆体の活性化、ECM成分との相互作用、TIMPによる阻害、そして細胞外環境からの活性プロテアーゼの吸収・除去である。文献の大部分は転写レベル(レベル1)の修飾に関する研究に基づいており、分泌型および翻訳後活性化型プロテアーゼの生理学的に関連する作用と制御に関する情報は不足している。今後の研究は、特に生体内におけるMMP活性の転写後制御に焦点を当てる必要があるだろう。[ 29 ]
ドキシサイクリンは、抗菌作用を発揮しない用量でMMP活性を阻害し、難治性再発性角膜びらんなどの様々な実験系においてこの目的で使用されています。臨床的には歯周病の治療に使用されており、臨床的に広く利用可能な唯一のMMP阻害剤です。コラジェネックス社からペリオスタットという商品名で販売されています。別のテトラサイクリン系抗生物質であるミノサイクリンもMMP活性を阻害することが示されている。
合理的に設計された多くの MMP 阻害剤は、MMP が関与している疑いのある病状の治療において、ある程度の有望性を示しています (上記参照)。しかし、広域スペクトル MMP 阻害剤であるマリマスタット(BB-2516) やMMP-1選択的阻害剤であるシペマスタット(Ro 32-3555) など、そのほとんどは臨床試験で十分な結果が得られていません。マリマスタットの失敗は、それを開発したBritish Biotechが倒産した一因でもあります。これらの薬剤の失敗は、主に毒性 (特に広域スペクトル阻害剤の場合は筋骨格毒性) と期待された結果が得られなかったこと (トロケードの場合、ウサギ関節炎モデルで有望な結果が得られてもヒトでの臨床試験では再現されなかった) によるものです。MMP 阻害剤の臨床結果が期待外れだった理由は、特に動物モデルでの活性を考えると不明です。
口腔粘膜下線維症および頭頸部病変におけるストロメリシン-1(マトリックスメタロプロテアーゼ-3)プロモーター(-1171 5A->6A)多型の相乗効果。Chaudhary AK、Singh M、Bharti AC、Singh M、Shukla S、Singh AK、Mehrotra R。BMC Cancer。2010年7月14日;10:369。