「セリンラセミ化酵素」の版間の差分

英：serine racemase　独：Serin Racemase　英略称：SR

 

　SRは、<small>L</small>-[[wikipedia:JA:セリン|セリン]]からの[[wikipedia:JA:ラセミ化反応|ラセミ化反応]]および<small>D,L</small>-セリンの[[wikipedia:JA:脱水反応|デヒドラターゼ反応]]（α,β-脱離）を[[wikipedia:JA:触媒|触媒]]する[[wikipedia:JA:ピリドキサール|ピリドキサール5-リン酸]] (PLP)依存性の[[wikipedia:JA:酵素|酵素]]である。[[wikipedia:JA:哺乳類|哺乳類]]の[[前脳]]部位では、SRは[[D-セリン|<small>D</small>-セリン]]の合成だけでなく<small>D</small>-セリンの分解反応も触媒し、細胞内<small>D</small>-セリンの含量を制御している可能性がある。<small>D</small>-セリンは、[[グルタミン酸受容体]]の一つである[[NMDA型グルタミン酸受容体|''N''-メチル‐<small>D</small>-アスパラギン酸受容体]]（NMDAR）の[[wikipedia:JA:グリシン|グリシン]]サイトに作用する内在性コ・アゴニストとして脳の高次機能発現や[[神経変性疾患]]などに重要な役割を果たしていると考えられている。

　<small>L</small>-セリンからのラセミ化反応および<small>D</small>,<small>L</small>-セリンのデヒドラターゼ反応（α,β-脱離）を触媒する<ref><pubmed>9892700</pubmed></ref><ref name=ref2><pubmed>15536068</pubmed></ref>。ラセミ化反応では<small>D</small>-セリン、デヒドラターゼ反応により[[wikipedia:JA:|ピルビン酸]]と[[wikipedia:JA:アンモニア|アンモニア]]が産生される。

[[ファイル:Serine racemase.jpg|thumb|left|300px|'''図　セリンラセミ化酵素の反応''']]

　種々の生物に広く存在しており、これまでに[[wikipedia:JA:カイコ|カイコ]]、[[wikipedia:JA:ラット|ラット]]、[[wikipedia:JA:マウス|マウス]]、[[wikipedia:JA:ヒト|ヒト]]、[[wikipedia:JA:シロイヌナズナ|シロイヌナズナ]]などから精製、クローニングされている。動物型SRは、[[wikipedia:JA:補因子|補因子]]としてPLPを必要とし、Mg²⁺、Ca²⁺などの2価カチオンや[[wikipedia:JA:ATP|ATP]]により活性が上昇する<ref><pubmed>12393813</pubmed></ref><ref><pubmed>12515328</pubmed></ref>。 SRは[[wikipedia:JA:翻訳後修飾|翻訳後修飾]]を受けており、[[リン酸化]]により酵素が活性化され、[[Sニトロシル化]]により酵素活性が抑制される<ref><pubmed>20493854</pubmed></ref><ref><pubmed>17293453</pubmed></ref>。

　また、様々なタンパク質との結合により活性制御を受ける。[[Glutamate receptor interacting protein]] (GRIP)および[[Protein interacting with C kinase 1]] (PICK1)との結合はSRを活性化し、[[Golgi-localized protein]] (Golga 3)との結合は、SRの[[ユビキチン化]]を低下させることで、その分解を抑制する<ref><pubmed>16314870</pubmed></ref><ref><pubmed>12515328</pubmed></ref><ref><pubmed>16714286</pubmed></ref>。[[細胞膜]]に存在する[[ホスファチジルイノシトール#PI.284.2C5.29P2|ホスファチジルイノシトール 4,5-二リン酸]] (PlP2)はSRと結合し、SRの活性を抑制する<ref><pubmed>19380732</pubmed></ref><ref><pubmed>19193859</pubmed></ref>。  

　リコンビナントマウスSRを用いた''in vitro''の研究では、SRのデヒドラターゼ活性がセリンラセミ化活性の3.7倍であるが<ref name=ref2 />、''in vivo''でもデヒドラターゼ活性がセリンラセミ化活性より高いかどうかは不明である。

　[http://mouse.brain-map.org/experiment/show/74357621 マウス脳におけるSRの発現]は発達過程に伴って変化し、脳部位によって異なる。[[大脳皮質]]および[[海馬]]では、生後7日から徐々に発現量が増加し、生後28日で成体レベルに達する。[[小脳]]では、生後14日から28日まで一過性に発現が増加した後、急速に減少する<ref name=ref12><pubmed>18698599</pubmed></ref>。成体マウス脳では、大脳皮質、海馬、[[線条体]]、[[嗅球]]などの[[終脳]]においてSRが強く発現する。細胞レベルでは、SRは主に[[神経細胞]]に発現し、大脳皮質や海馬では[[グルタミン酸]]作動性[[錐体細胞]]、線条体では[[GABA作動性]][[中型有棘ニューロン]]、小脳ではGABA作動性[[プルキンエ細胞]]に発現する<ref name=ref12></ref>。一方、マウス海馬の[[初代培養]]系では、SRは神経細胞と[[アストロサイト]]の両方に発現する<ref name=ref12></ref>。

　動物型SRは、大脳皮質および海馬の組織に含まれる<small>D</small>-セリンの約90％の合成を担っている<ref name=ref14><pubmed>19118183</pubmed></ref><ref name=ref15><pubmed>19065142</pubmed></ref>。SRのセリンラセミ化反応により産生される <small>D</small>-セリンは、グルタミン酸受容体の一つであるNMDA型グルタミン酸受容体の内在性コ・アゴニストとして脳の高次機能発現に関与すると考えられている。

　アストロサイト由来の内在性の<small>D</small>-セリンがNMDARの主なコ・アゴニストとして[[シナプス可塑性]]の制御に関わることが示唆されている。乳汁分泌期のラットの[[視床下部]][[視索上核]]では、シナプスを取り巻くアストロサイトが減少するとともに、シナプスにおけるNMDAR電流が減少し、シナプス可塑性の[[長期増強現象|長期増強]]（long-term potentiation, LTP）が誘導されない。しかし、乳汁分泌期のラット脳スライスに<small>D</small>-セリンを投与すると、NMDAR依存性の神経伝達が回復し、LTPが誘導できる<ref><pubmed>16713567</pubmed></ref>。またHennebergerらは、アストロサイトが[[カルシウム]]依存的な<small>D</small>-セリンの放出によりNMDAR活動を制御し、LTP誘導を調節していることを報告している<ref><pubmed>20075918</pubmed></ref>。SRが主に神経細胞に発現していることから、アストロサイトが<SMALL>D</SMALL>-セリンの放出によりNMDARの機能を制御するには、神経細胞で合成された<SMALL>D</SMALL>-セリンが細胞外に放出され、アストロサイトに取り込まれる必要があるが、そのメカニズムに関しては未だに不明である。

 

　NMDARのグリシンサイトには<SMALL>D</SMALL>-セリンのほかグリシンも結合するが、<SMALL>D</SMALL>-セリンはグリシンと比較して、リコンビナントNMDARに対して約3倍高い親和性を示す<ref><pubmed>7790891</pubmed></ref>。。脳スライスに<SMALL>D</SMALL>-セリンの分解酵素である<SMALL>D</SMALL>-アミノ酸酸化酵素(<small>D</small>-amino acid oxidase; DAO)を作用させ<SMALL>D</SMALL>-セリンのみを分解し、グリシンの量が変化しない実験条件において、NMDAR依存的な電流が減少し、LTPが誘導されない<ref><pubmed>14638938</pubmed></ref>。ことから、<SMALL>D</SMALL>-セリンがNMDARの生理的な内在性コ・アゴニストとして機能し、シナプス可塑性制御に関わると考えられている。

 

　現在、3系統のSRノックアウト（KO）マウスが確立されており、個体レベルにおけるSRの機能が明らかにされつつある。SRKOマウスでは、NMDAR 依存的な興奮性シナプス後電流（EPSCs）の減弱速度（decay） が遅くなり、海馬CA1のシナプスにおいてLTPが誘導されない<ref name=ref15></ref>。また、NMDAおよび[[アミロイドタンパク質|アミロイド]]β_1-42（Aβ_1-42）の脳内注入により誘導される[[神経細胞変性]]が野生型マウスに比べ有意に低下し、[[脳虚血]]により引き起こされる障害が緩和されることが報告されている<ref name=ref14 /><ref><pubmed>20107067</pubmed></ref>。これらの結果から、SRにより産生される内在性の<SMALL>D</SMALL>-セリンがNMDAR機能制御に関与すると考えられる。SRKOマウスでは、[[空間記憶]]の異常などの認知機能および社会性行動の障害も認められている<ref name=ref15></ref><ref><pubmed>19483194</pubmed></ref>。