「パルミトイル化」の版間の差分

英：palmitoylation　独：Palmitoylierung　仏：palmitoylation  

[[Image:Palmitoylation Figure1.png|thumb|right|300px]]　翻訳後修飾の可逆的制御機構は細胞の秩序維持における不可欠なプロセスであり、[[リン酸化]]、[[ユビキチン]]化、[[アセチル化]]などが知られるが、[[脂質修飾]]の一つである''S''-パルミトイル化もその担い手である。  

　しかしながら、2000年代前半まで責任酵素が同定されず、''S''-パルミトイル化は酵素非依存的な現象と捉える流れも存在した。パルミトイル化発見から30年近い年月が経ってようやく''S''-パルミトイルアシル転移酵素活性を担うDHHCファミリータンパク質が同定された<ref name="Lobo"><pubmed>12193598</pubmed></ref><ref name="Amy"><pubmed>12370247</pubmed></ref>。近年大規模な''S''-パルミトイル化タンパク質のスクリーニング法が確立され、著しい数のタンパク質がパルミトイル化されることが示された<ref name="Amy_Cell"><pubmed>16751107</pubmed></ref><ref name="Rujun"><pubmed>19092927</pubmed></ref>。DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素の発見を皮切りに、''S''-パルミトイルアシル転移酵素と基質のペアの同定が続々とおこなわれており<ref name="MasakiFukata_Neuron"><pubmed>15603741</pubmed></ref><ref name="YukoFukata_methods"><pubmed>17012030</pubmed></ref><ref name="YukoFukata_NatRevNeurosci"><pubmed>20168314</pubmed></ref>、''S''-パルミトイル化が担う細胞レベルの挙動が徐々に輪郭を見せ始めている。  

　これまでに多くのタンパク質がS-パルミトイル化修飾されることが明らかになってきた（表1）。

| '''ファミリー'''  

| '''情報伝達分子'''<br>　小分子GTP結合蛋白質<br>　三量体GTP結合蛋白質<br>　Srcファミリー非受容体型チロシンキナーゼ<br>　その他<br>  

'''膜蛋白質'''<br>　イオンチャネル<br>　G蛋白質共役型受容体<br>　細胞接着分子<br>　トランスポーター<br>　[[マトリックスメタロプロテアーゼ]]<br>　[[ミエリン]]結合分子<br>　セクレターゼ<br>　細胞死関連<br>  

| 　<br>GluR1/2, GABAA γ2, [[アクアポリン]] 4, Kv1.1<br>[[ロドプシン]], β2-[[アドレナリン受容体]], <br>インテグリンα6, CD4, CD8, CD9, NCAM140, [[ニューロファシン]], [[DCC]] (deleted in colorectal cancer)<br>[[グルタミン酸トランスポーター]]EAAT1サブタイプ, EAAT3サブタイプ<br>MT1-マトリックスメタロプロテアーゼ<br>PLP, [[Neuronal membrane glycoprotein]] M6-a (GPM6A)<br>β-[[セクレターゼ]], [[ニカストリン]]<br>Fas, 低親和性[[神経成長因子]]受容体

| '''足場蛋白質'''<br>  

| '''ウイルス蛋白質'''<br>  

| '''N-パルミトイル化蛋白質'''<br>  

　パルミトイル化蛋白質すべてに共通するコンセンサス配列は現時点では決定されていないが（下記参照）、これまでの知見を基に、''S''-パルミトイル化の予測プログラムCSS-palmが開発されておりインターネット上でフリーソフトとして配布されている。詳しくは[http://csspalm.biocuckoo.org/ こちら]を参照されたい。  

 

　GFP融合DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素を過剰発現させた系で局在が調べられており、ほとんどが[[wikipedia:ja:小胞体|小胞体]]または[[wikipedia:ja:ゴルジ体|ゴルジ体]]に存在しており、一部細胞膜に局在していた（表2）<ref><pubmed>16647879</pubmed></ref>。したがって発現部位の特異性は低いと思われるが、DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素の発現量の少なさゆえに[[wikipedia:ja: 抗体|抗体]]による特異的検出が難しく、内在性DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素の局在に関してはほとんど明らかにされていない。最近の特異的抗体を用いた局在解析の結果、DHHC2は過剰発現系では小胞体/[[ゴルジ体]]に確認されたのに対して、内在性DHHC2は小胞（vesicle）上にも局在していた。その一方で、同じく過剰発現系でゴルジ体に見られたDHHC3は内在性酵素もゴルジ体に局在していた<ref name="Jun_J_Cell_Biol"><pubmed>19596852</pubmed></ref>。DHHC2および3は複数の基質において重複が確認されている。DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素それぞれの細胞内局在が''S''-パルミトイル化反応の時間・空間的制御機構に関与する可能性を示唆している。  

|+ '''表２ DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素'''  

| <br>  

| PSD-95, SNAP25, eNOS, Nde1, CD151, [[ABCトランスポーター]]A1<br>  

| 小胞体/ゴルジ体<br>  

| DHHC3<br>  

| ZDHHC3<br>GODZ<br>  

| PSD-95, SNAP25, Gαs, GABAAγ2, eNOS,<br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC4<br>  

| ZDHHC4<br>  

| BACE1<br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC5<br>  

| ZDHHC5<br>  

| STREX<br>  

| <br>  

| DHHC6<br>  

| ZDHHC6<br>  

| <br>  

| <br>  

| DHHC7<br>  

| ZDHHC7<br>  

| PSD-95, SNAP25, Gαs, GAP43, GABAAγ2, eNOS<br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC8<br>  

| ZDHHC8<br>  

| PSD-95, SNAP25, eNOS, パラレンミン1<br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC9'''<br>'''  

| ZDHHC9<br>  

| H-RAS, N-Ras<br>  

| 小胞体/ゴルジ体<br>  

| DHHC10<br>  

| ZDHHC11<br>  

| <br>  

| 小胞体<br>  

| DHHC11<br>  

| ZDHHC23<br>NIDD<br>  

| <br>  

| 小胞体<br>  

| DHHC12<br>  

| ZDHHC12<br>  

| ABCトランスポーターA1<br>  

| 小胞体/ゴルジ体<br>  

| DHHC13<br>  

| ZDHHC24<br>  

| huntingtin<br>  

| 小胞体<br>  

| DHHC14<br>  

| ZDHHC14<br>  

| <br>  

| 小胞体<br>  

| DHHC15<br>  

| ZDHHC15<br>  

| PSD-95, [[GAP43]], GABAAγ2, [[BACE1]], CD151<br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC16<br>  

| ZDHHC16<br>  

| <br>  

| 小胞体<br>  

| DHHC17<br>  

| ZDHHC17 <br>HIP14  

| SNAP25, ハンチンチン, <br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC18<br>  

| ZDHHC18<br>  

| <br>  

| ゴルジ体<br>  

| DHHC19<br>  

| ZDHHC19<br>  

| R-Ras<br>  

| 小胞体<br>  

| DHHC20<br>  

| ZDHHC20<br>  

| BACE1, ABCトランスポーターA1<br>  

| 細胞膜<br>  

| DHHC21<br>  

| ZDHHC21<br>  

| eNOS, Lck, Fyn, ABCトランスポーターA1<br>  

| 細胞膜<br>  

| DHHC22<br>  

| ZDHHC13<br>  

| <br>  

| 小胞体/ゴルジ体<br>  

| DHHC23<br>  

| ZDHHC25<br>  

| <br>  

| <br>  

| <br>  

| ZDHHC22<br>  

| <br>  

| <br>  

== ''S''-パルミトイル化の生理機能 ==

 

[[Image:Plamitoylation Figure3.png|thumb|right|250px|'''図3 <i>S</i>-パルミトイル化の生理的機能''']] 　細胞質タンパク質に対するS-パルミトイル化はタンパク質合成直後にER膜やゴルジ膜に存在する''S''-パルミトイルアシル転移酵素により行われる。その結果、タンパク質の疎水性が著しく上昇し、パルミトイル化タンパク質は細胞膜近傍へ輸送され、細胞膜に繋ぎとめられる（図3A）。続いて細胞膜に繋ぎとめられたパルミトイル化タンパク質はPPTにより脱パルミトイル化されると細胞膜から解放され、細胞質あるいはゴルジ体表面へと輸送される。最近、生細胞イメージングにより、H-Ras やGα_qなどのS-パルミトイル化タンパク質が、パルミトイルサイクルに応じて、細胞膜とゴルジ体の間をシャトリングする現象が明らかになった<ref><pubmed>15705808</pubmed></ref><ref name="Tsutsumi"><pubmed>19001095</pubmed></ref>。 Gα_qの'''S''-パルミトイルアシル転移酵素であるDHHC3はゴルジ体膜上で機能しており、''S''-パルミトイルアシル転移酵素の局在部位と活性がシャトリングの場所と速度を規定すると考えられる<ref name="Tsutsumi"><pubmed>19001095</pubmed></ref>。  

　脂質ラフトはコレステロールや[[wikipedia:ja:スフィンゴ脂質|スフィンゴ脂質]]を多く含む脂質秩序相で、エンドサイトーシス、細胞－細胞間接着、細胞－細胞外マトリックス相互作用などにおける機能性膜微小ドメインとして知られる。パルミチン酸はコレステロールやスフィンゴ脂質に対して高い親和性を示すことが知られており、''S''-パルミトイル化は脂質ラフトにおけるタンパク質集積、複合体形成において重要な役割を担っていると考えられている。神経細胞における[[シナプス]]前膜および後膜や免疫細胞における免疫細胞間インターフェース（免疫シナプス）は脂質ラフトを含む膜局所構造で、この部位に集積するタンパク質についてS-パルミトイル化の生理学的意義が盛んに解析されているため紹介する。  

　神経細胞は[[軸索]]と[[樹状突起]]という機能の異なる突起を有する高度に極性化した細胞で、シナプスという微少な接着部位を介して、細胞間の情報伝達が行われている。このシナプス前膜（軸索側：シナプス前膜）と後膜（樹状突起側：シナプス後膜）には、シナプス伝達に関わる特殊なタンパク質が局在化しているが、これら多くのシナプスタンパク質が''S''-パルミトイル化されることが知られている<ref name="Rujun"><pubmed>19092927</pubmed></ref><ref name="YukoFukata_NatRevNeurosci"><pubmed>20168314</pubmed></ref>。PSD-95はシナプス後膜の足場タンパク質として、[[AMPA型グルタミン酸受容体]](AMPA受容体)などの様々な膜タンパク質のシナプス局在を制御する。細胞膜貫通領域を有さないPSD-95がポストシナプス膜直下に局在化するためには、''S''-パルミトイル化が必須である。PSD-95の''S''-パルミトイル化レベルはAMPA受容体のシナプス後膜への集積数を規定するので、シナプス伝達効率を制御しうる重要な翻訳後修飾である。DHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素のうちDHHC2/15およびDHHC3/7サブファミリーがPSD-95に対する''S''-パルミトイルアシル転移酵素活性を有している<ref name="MasakiFukata_Neuron"><pubmed>15603741</pubmed></ref>。[[海馬]]神経細胞においてはDHHC2とDHHC3がPSD-95のシナプス局在に必須の''S''-パルミトイルアシル転移酵素であること、それぞれは神経細胞の違った場所で機能しており、特にDHHC2が樹状突起のシナプス近傍で神経活動を感受してPSD-95のパルミトイル化レベルを制御することが示された <ref name="Jun_J_Cell_Biol"><pubmed>19596852</pubmed></ref>。また、最近AMPA受容体や[[NMDA型グルタミン酸受容体]]もパルミトイル化されることが示されている<ref><pubmed>19874789</pubmed></ref>。  

=== 精製方法 ===

　両者は[[質量分析]]と合わせて大規模''S''-パルミトイル化タンパク質探索法として用いられており、既知のパルミトイル化タンパク質に加えて、多くの新規基質が同定されている<ref name="Amy_Cell"><pubmed>16751107</pubmed></ref><ref name="Rujun"><pubmed>19092927</pubmed></ref><ref><pubmed>19137006</pubmed></ref><ref><pubmed>19801377</pubmed></ref>。  

　哺乳類のDHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素遺伝子を用いた活性スクリーニング法が用いられている。培養細胞に基質タンパク質および各DHHC酵素を共発現させ、[³H]-パルミチン酸代謝標識により酵素依存的なS-パルミトイル化の上昇を調べる<ref name="MasakiFukata_Neuron"><pubmed>15603741</pubmed></ref><ref name="YukoFukata_methods"><pubmed>17012030</pubmed></ref>。一方、酵母では、7種類のDHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素遺伝子のそれぞれ（あるいは複数）を欠失した変異体と上記ABE法-質量分析法を組み合わせて、変異体でパルミトイル化レベルが低下するタンパク質を同定することにより、''S''-パルミトイルアシル転移酵素-基質ペアが同定されている<ref name="Amy_Cell"><pubmed>16751107</pubmed></ref>。  

　これまで脂質系[[阻害剤]]と低分子性阻害剤がDHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素阻害剤としていくつか報告されている。脂質系阻害剤では2-ブロモパルミチン酸(2-bromopalmitate; 2-BP)、Cerulenin（2,3-epoxy-4-oxo-7,10-dodecadienoylamide）、[[wikipedia:ja:抗生物質|抗生物質]][[wikipedia:tunicamycin|ツニカマイシン]]が阻害能を示す。特に2-BPはS-パルミトイル化サイクルのターンオーバーの解析などに利用されている。しかし、これらはいずれもDHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素特異的ではなく、脂質代謝系酵素にも影響を及ぼす。近年、脂質ペプチドを用いた''S''-パルミトイルアシル転移酵素阻害剤のハイスループットスクリーニングの確立により、低分子性化合物が5つ報告された。そのうち4つがRasなどのプレニル化タンパク質のパルミトイル化をターゲットとしたもので、''in vivo''において抗腫瘍活性を示した。残りの1つはSrcファミリーなどの''N''-ミリストイル化タンパク質のパルミトイル化をターゲットとしている。詳細は<ref><pubmed>19152182</pubmed></ref>を参考されたい。''S''-パルミトイル化はさまざまな生理・病理現象に関与しているので、''S''-パルミトイル化修飾の阻害剤は次項で示すようなさまざまな疾患の治療薬としても期待できる。  

''詳細は[[ハンチントン病]]の項目参照。''  

　ハンチントン病は遺伝性精神神経疾患の一つであり、[[舞踏運動]]を中心とする[[不随意運動]]や[[認知症]]などの精神障害を特徴とする難病である。DHHC17はもともとハンチントン病の原因遺伝子である[[ハンチンチン]]の結合タンパク質のひとつ（HIP14）として同定され、のちにDHHCファミリー''S''-パルミトイルアシル転移酵素として分類された。DHHC17/HIP14はHuntingtinをパルミトイル化し、ハンチンチンのパルミトイル化レベルの低下は[[神経毒性]]を誘発することが知られている<ref><pubmed>16699508</pubmed></ref>。  

　[[wikipedia:ja:癌遺伝子|癌遺伝子]]として知られるSrcキナーゼファミリーや低分子Gタンパク質Rasの機能は''S''-パルミトイル化により制御されている。そのためSrcファミリーやRasの過剰な''S''-パルミトイル化は[[細胞増殖]]や[[wikipedia:ja:細胞運動|細胞運動]]の秩序を破綻させうると考えられる。DHHC2、DHHC9、DHHC11、DHHC17がある種の癌と関連することが示されているが、その病態機構は明らかではない。