「ミリストイル化」の版間の差分

　タンパク質のミリストイル化はN末端グリシンに14炭素鎖飽和脂肪酸であるミリスチン酸がアミド結合により付加する不可逆的な脂質修飾である（''N''-ミリストイル化）。典型的には''N''-ミリストイル化は''N''-ミリストイルトランスフェラーゼ（NMT）により共翻訳時におこなわれる。N-ミリストイル化によりタンパク質の疎水性が上昇し、細胞膜への親和性が向上する。その結果、''N''-ミリストイル化はタンパク質の輸送、タンパク質-脂質相互作用、タンパク質-タンパク質相互作用において重要な役割を果たす。SrcキナーゼファミリーやGタンパク質αサブユニットなどのシグナル伝達タンパク質の多くが''N''-ミリストイル化を受けることが知られており、細胞の外界環境への適応や恒常性維持に重要であるとともに、ミリストイル化機構の異常は癌や神経疾患、感染症など多岐にわたる病理現象の原因としても注目されている。近年、アポトーシスの際にカスパーゼにより切断され露出したN末端グリシンに対してもN-ミリストイル化が進行することが明らかになり、翻訳後修飾としての''N''-ミリストイル化も盛んに研究が進められている。  

　''N''-ミリストイル化は1980年代エドマン分解によるタンパク質の配列解析が盛んにおこなわれる中、cAMP依存タンパク質キナーゼ（cyclic AMP-dependent protein kinase）触媒サブユニット、およびカルシニューリンB（calcineurin B）のエドマン分解を阻害する因子として存在が明らかになり、質量分析から構造が同定された<ref><pubmed>6959104</pubmed></ref><ref><pubmed>7160476</pubmed></ref>。この発見を皮切りにシグナル伝達タンパク質、カルシウム結合タンパク質、膜関連タンパク質、ウィルス構成タンパク質など幅広く見出されている。1987年に''N''-ミリストイル化酵素が同定され、基質特異性、反応機構の解析が進められた<ref><pubmed>3100524</pubmed></ref>。当初は『共翻訳時修飾（co-translational modification）』として研究が進められたが、2000年にアポトーシス促進タンパク質であるBID（BH3 interacting domain death agonist）がカスパーゼ－8（caspase-8）による部分分解後に『翻訳後修飾（post-translational modification）』としてN-ミリストイル化を受けることが明らかになり<ref><pubmed>11099414</pubmed></ref>、その後続々とアポトーシス関連タンパク質が''N''-ミリストイル化タンパク質として同定された。  

''N''-ミリストイル化は14炭素鎖飽和脂肪酸であるミリスチン酸（図1A）がタンパク質N末端グリシンに不可逆的にアミド結合で付加する脂質修飾である（図1B）。14炭素鎖飽和脂肪酸（C14：0）が一般的であるが、網膜のタンパク質ではC14：1 n-9やC14：2 n-6など不飽和脂肪酸がヘテロに組み込まれることも知られている。また、インシュリン受容体（insulin receptor）やインターロイキン－1（interleukin-1）など一部のタンパク質では例外的にリシンの側鎖のアミノ基に付加することが報告されている。本稿では図1Bで示した飽和脂肪酸C14：0のN末端グリシンへの付加を''N''-ミリストイル化と呼ぶことにする。  

　''N''-ミリストイル化を受けるタンパク質は非常に多岐にわたる。Srcキナーゼファミリー、ホスファターゼ、GTP結合タンパク質、カルシウム結合タンパク質、膜結合タンパク質などが同定されている。また、ウィルス構成タンパク質やバクテリア由来タンパク質も''N''-ミリストイル化を受けることが知られている。主な''N''-ミリストイル化タンパク質を表に示す。<br>　近年、アポトーシスの際にカスパーゼによる切断後に''N''-ミリストイル化されるタンパク質の同定が盛んに進められている。アポトーシス促進因子であるBIDや細胞骨格のβ－アクチン（β-actin）はこれらに属する。カスパーゼにより誘導される主なミリストイル化タンパク質を表の下段に示す。<br>　　''N''-ミリストイル化タンパク質はインターネット上でデータベース化されており、MYRbase (http://mendel.imp.ac.at/myristate/ ) から閲覧可能である。また、MYRbaseではミリストイル化タンパク質の予測をおこなうことができるので参照されたい。

　タンパク質のN-ミリストイル化はGCN5 ''N''-アセチルトランスフェラーゼ (GNAT)スーパーファミリーに属する''N''-ミリストイルトランスフェラーゼ（''N''-myristoyl transferase；NMT）が担っている^[4]。NMTは真核生物間で保存され、哺乳類ではNMT1およびNMT2の2種類が同定されている。NMT1/2は各組織に普遍的に発現が認められる。両者は基質特異性（6節を参照）を共有しているものの、NMT1ノックアウトマウスは胚発生時に致死となることからNMT2の代償作用は得られず、両者の間には厳密な役割分担があると考えられている。<br>　NMTの触媒メカニズムは酵母''S. cerevisiae'' NMTの解析から明らかにされた<ref><pubmed>2198291</pubmed></ref>。NMTはミリストイル-CoAを選択的に捕捉し、ペプチド基質がNMTに結合した後にミリスチン酸がN末端グリシンに移行して、CoAおよびミリストイル化基質が放出される。<br>　細胞内においてNMTの活性は熱ショックタンパク質NIP71（NMT inhibitor protein 71またはHSC70）および糖分解酵素エノラーゼ（enolase）によって制御される。また、NMTの活性はNMTのリン酸化によっても制御されることが知られている。  

　前者は細胞質において、もうひとつの主要な脂肪酸アシル化修飾である''S''-パルミトイル化を受けるもので、二重の脂質修飾（dual acylation）により疎水性が著しく向上し細胞膜へと輸送される。この場合には、まず''N''-ミリストイル化がおこり、その後近傍のシステイン残基が''S''-パルミトイル化を受ける（パルミトイル化の項を参照）。不可逆的な''N''-ミリストイル化に対して、''S''-パルミトイル化は酵素依存的なダイナミックの修飾サイクルを有し、タンパク質パルミトイルトランスフェラーゼ（PAT; palmitoyl acyl transferase）によるパルミチン酸の付加（②）とタンパク質パルミトイルチオエステラーゼ（PPT; protein palmitoyl thioesterase） による脱パルミトイル化からなる（③）。ミリストイル化タンパク質はS-パルミトイル化サイクルを利用して可逆的な細胞質－細胞膜サイクルを獲得しているのである。また、多くの場合''S''-パルミトイル化タンパク質は脂質ラフト／カベオラへ輸送されることが示唆されており、機能性膜ドメイン形成に重要な役割を果たしていると考えられている。詳しくはパルミトイル化の項を参照されたい。二重脂質修飾を受けるタンパク質の例としてSrcファミリータンパク質（Yes、Fyn、Lyn、Lck、Hcr、Fgr、Yrk）やGαサブユニット(Gα_i1、Gα_o、Gα_zなど)、eNOS（endothelial nitric oxide synthase）などが挙げられる。  

　プロテアーゼによるタンパク質分解後の『翻訳後修飾』としてのN-ミリストイル化が発見されて以来、新規ミリストイル化基質の探索が進められている。  

　''N''-ミリストイル化タンパク質の検出には古くから[³H]-あるいは [¹²⁵I]-ミリスチン酸を用いた代謝標識法が用いられている。しかしながら、検出感度が低く存在量の少ないタンパク質に関しては検出が難しい。近年N-ミリストイル化のプローブとして代謝ラベル可能なミリスチン酸誘導体が開発されている。末端アルキルを有するミリスチン酸誘導体Alk-C14やアジド基を導入したAz-C12がその代表例である（図4）。前者はclick chemistryを利用して、後者はclick chemistryあるいはStaudinger反応を利用してビオチンなどのタグを導入することができ、各種アフィニティビーズでの精製、酵素消化の後に質量分析により、''N''-ミリストイル化タンパク質を同定することが可能である。また、蛍光色素を導入することで細胞内イメージングに利用することも可能である。詳しくは総説<ref><pubmed>20559317</pubmed></ref>が参考になる。&nbsp; [[Image:Myristoylation Fig4.png|thumb|left|248x102px|図4　N-ミリストイル化タンパク質の検出方法]]  

　癌遺伝子であるSrcキナーゼファミリーは''N''-ミリストイル化によりキナーゼ活性が亢進することから、N-ミリストイル化すなわちNMTの活性は癌と密接に関係している。これまでいくつかの腫瘍形成モデルからNMTが結腸癌亢進において重要な役割を果たすことが明らかにされている。また、NMTの発現量の増加（特にNMT2）は癌の亢進を引き起こすことが示唆されている。このことから、NMTは結腸癌のマーカーとして用いられている。  

　''N''-ミリストイル化修飾は真核生物の細胞内タンパク質に限らず、ウィルスやバクテリア由来のタンパク質にも見られる。ウィルスやバクテリアはNMTをコードする遺伝子を有していないため、これらのタンパク質はホストである真核生物のNMTにより''N''-ミリストイル化を受ける。ウィルス構成タンパク質のN-ミリストイル化は、カプシド構造形成におけるタンパク質間会合やホスト細胞への侵入などにおいて重要な役割を有している。  

　ヌーナン（Noonan）症候群は低身長、先天性心疾患、発達遅滞を特徴とする疾患で、SHOC2を原因遺伝子とする。本来SHOC2はミリストイル化を受けないが、ヌーナン症候群患者ではSer2Glyの変異がみられ、N-ミリストイル化を受けることで膜へ輸送され本来の機能が欠落することが疾患の一因であることが報告されている。