「パルミトイル化」の版間の差分

英語名：palmitoylation <br><br>　タンパク質の''S''-パルミトイル化は、16炭素鎖飽和脂肪酸であるパルミチン酸がタンパク質のシステイン残基のチオール基を介してチオエステル結合で付加した翻訳後脂質修飾である。パルミトイル化修飾により、タンパク質の疎水性が上昇し、細胞膜や細胞内小器官膜（細胞質内膜）への親和性が上昇する。''S''-パルミトイル化は細胞内タンパク質や膜タンパク質など多くのタンパク質に見られる普遍的な修飾であり、タンパク質の局在や機能の制御に重要な役割を果たしている。''S''-パルミトイル化は可逆的であり、細胞内でダイナミックなパルミトイル化－脱パルミトイル化の修飾サイクルを示す。この''S''-パルミトイル化サイクルによりタンパク質は細胞質、細胞質内膜や細胞膜の間を相互輸送（シャトリング）する。それぞれの反応はパルミトイルアシルトランスフェラーゼ（PAT）とタンパク質パルミトイルチオエステラーゼ（PPT）が担うと考えられていたが、近年PATとして、活性部位にDHHC（Asp-His-His-Cys）配列をもつDHHCタンパク質ファミリーが同定され、''S''-パルミトイル化の制御機構が明らかになりつつある。 <br><br><br>

　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（''S''-palmitoylation）もその担い手である。  

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== パルミトイル化サイクルの責任酵素  ==

　2002年に酵母を用いた順行性遺伝学的手法によりErf2/Erf4複合体[4]、Akr-1[5]が''S''-パルミトイル化酵素(PAT)として同定された。Erf2（effector of Ras function 2）は4回膜貫通タンパク質でErf4と複合体を形成してRas2のパルミトイル化を担う。Akr-1（ankyrin repeat containing-1）は酵母カゼインキナーゼYck2をパルミトイル化する。相同性解析の結果これらはともに複数回の膜貫通領域に加えて、細胞質内領域に約50アミノ酸からなるシステインリッチドメイン（cysteine rich domain&nbsp;: CRD）を有しており、このドメイン内にパルミトイル化に不可欠なDHHC（Asp-His-His-Cys）配列を有していた（図2A）。ゲノムデータベース上、酵母では7種類、哺乳動物では24種類のDHHCファミリータンパク質が存在する（図2B；表2）。これまで、パルミトイル化反応がパルミトイル-CoA存在下で非酵素的に進行することも知られていたが、少なくとも酵母ではDHHCファミリータンパク質が細胞内のパルミトイル化の大部分を担っていることが示された[6]。また哺乳類のDHHCファミリー遺伝子を用いた活性スクリーニング法(5項参照)などにより、24種類のうちのほとんどが何かしらの基質に対して酵素活性を示すことが明らかになってきた（表2）。DHHCタンパク質ファミリーは、CRDの相同性からさらにサブファミリーに分類できる（図2B）。DHHC酵素の基質特異性は、サブファミリーごとに保存される傾向にあり、またひとつの基質は複数のDHHCタンパク質（サブファミリー）により修飾されうる（表2）。またGFP融合DHHCタンパク質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ERまたは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）[11]。したがって発現部位の特異性は低いと思われるが、DHHCタンパク質の発現量の少なさゆえに抗体による特異的検出が難しく、内在性DHHCタンパク質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ER/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[12]。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タンパク質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。<br>　酵母Saccharomyces cerevisiaeのErf2の解析から DHHC-PATによる''S''-パルミトイル化は2段階のプロセスからなることが報告された[13]。1）パルミトイル-CoA存在下で、DHHC配列のうちCys残基が自己パルミトイル化（autopalmitoylaton）された後、2）基質のCys残基にパルミトイル基が移行する。''S''-パルミトイル化のコンセンサス配列は現時点では明らかになっていないが、現在進められている酵素-基質ペアの同定により、各DHHCタンパク質が認識するパルミトイルモチーフが異なることが明らかになってきており、DHHCタンパク質個々（あるいはサブファミリーごと）のコンセンサス配列が存在する可能性がある。  

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　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。このシナプス前部膜（軸索側：プレシナプス膜）と後部膜（樹状突起側：ポストシナプス膜）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[7,10]。PSD-95はポストシナプス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受容体のポストシナプス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タンパク質ファミリーのうちDHHC2/15およびDHHC3/7サブファミリーがPSD-95に対するPAT活性を有している [8]。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PAT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 [12]。また、最近AMPA受容体やNMDA型グルタミン酸受容体自身もパルミトイル化されることが示されている[19]。  

=== 免疫細胞における''S''-パルミトイル化の機能  ===

　S-パルミトイル化タンパク質の検出には[3H]-パルミチン酸の代謝標識がよく用いられ、''S''-パルミトイル化タンパク質の多くはこの手法により解析されてきた。しかし、放射性同位体の検出感度には限界があり、微量タンパク質の検出には向いていない。現在は5.2で示す方法もよく利用されるようになっている。  

　''S''-パルミトイル化タンパク質の精製方法として近年2つの方法が開発された。ABE（acyl-biotinyl exchange）法およびパルミチン酸誘導体代謝標識法である（図4）。前者はチオール特異的修飾試薬である''N''-エチルマレイミド（NEM）で遊離のチオールをマスクした後、チオエステル結合を特異的に切断するヒドロキシルアミンを用いてパルミチン酸を遊離させる。その後、チオール特異的ビオチン化試薬で処理して新たに露出したチオールをビオチン化する方法である。ビオチン化タンパク質をアビジン結合担体に結合させることにより、''S''-パルミトイル化されていたタンパク質を特異的に精製できる（図4A）。　後者は末端アルキルを有するパルミチン酸誘導体17-ODYAで、細胞内のパルミトイル化タンパク質を代謝標識し、click chemistryを利用してタグを導入する方法で、タグを利用してアフィニティー精製が可能である（図4B）。　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[6, 7, 21,22]。  

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=== DHHC酵素-基質ペアの同定法　  ===

　哺乳類のDHHCファミリー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[8,9]。一方、酵母では、7種類のDHHCファミリータンパク質のそれぞれ（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、DHHC酵素-基質ペアが同定されている[6]。 <br>

=== DHHC酵素阻害剤  ===

　これまで脂質系阻害剤と低分子性阻害剤がDHHC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）、抗生物質Tunicamysin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DHHC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[23]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6節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。 <br>

== DHHCタンパク質と関連疾患  ==