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== 構造 == | == 構造 [[Image:Myristoylation Fig1.png|thumb|187x102px|図1 構造]] == | ||
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。 | ||
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== N-ミリストイル化タンパク質 == | == N-ミリストイル化タンパク質 [[Image:Myristoylation Table.png|thumb|269x140px|表 主なN-パルミトイル化タンパク質]] == | ||
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。 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。 | 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。 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。 | ||
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== N-ミリストイル化機構 == | == N-ミリストイル化機構 [[Image:Myristoylation Fig2.png|thumb|図2 NMTによるN-ミリストイル化機構]] == | ||
N-ミリストイル化コンセンサス配列は多数の合成ペプチドを用いた酵母S. cerevisiae NMTの基質特異性解析から明らかにされている[7]。<br> H<sub>2</sub>N-Met<sub>1</sub>-Gly<sub>2</sub>-Xaa<sub>3</sub>-Xaa<sub>4</sub>-Xaa<sub>5</sub>-(Ser/Cys/Thr)<sub>6</sub>-Xaa<sub>7</sub><br>Xaa<sub>3</sub>はプロリン、芳香族アミノ酸および荷電アミノ酸は適さない。Xaa<sub>4</sub>およびXaa<sub>5</sub>は任意のアミノ酸、Xaa<sub>7</sub>はプロリンを除くすべてのアミノ酸が可能である。ヒトNMTでも酵母S. cerevisiae同様にモチーフは共有されているが、厳密にはXaa部分のアミノ酸で両者の特異性が異なることが報告されている [8]。『共翻訳時修飾』ではまず、ペプチド鎖がリボソームに結合した状態でメチオニンアミノペプチダーゼ（methionine aminopeptidase）によりN末端メチオニン残基が除去され、露出したグリシンのアミノ基にNMTがミリスチン酸を付加する（図2A）。一方、カスパーゼを介する『翻訳後修飾』ではカスパーゼによるタンパク分解後、N末端に新たに露出したグリシンおよびモチーフに対してNMTがミリスチン酸を付加する（図2B）。 | N-ミリストイル化コンセンサス配列は多数の合成ペプチドを用いた酵母S. cerevisiae NMTの基質特異性解析から明らかにされている[7]。<br> H<sub>2</sub>N-Met<sub>1</sub>-Gly<sub>2</sub>-Xaa<sub>3</sub>-Xaa<sub>4</sub>-Xaa<sub>5</sub>-(Ser/Cys/Thr)<sub>6</sub>-Xaa<sub>7</sub><br>Xaa<sub>3</sub>はプロリン、芳香族アミノ酸および荷電アミノ酸は適さない。Xaa<sub>4</sub>およびXaa<sub>5</sub>は任意のアミノ酸、Xaa<sub>7</sub>はプロリンを除くすべてのアミノ酸が可能である。ヒトNMTでも酵母S. cerevisiae同様にモチーフは共有されているが、厳密にはXaa部分のアミノ酸で両者の特異性が異なることが報告されている [8]。『共翻訳時修飾』ではまず、ペプチド鎖がリボソームに結合した状態でメチオニンアミノペプチダーゼ（methionine aminopeptidase）によりN末端メチオニン残基が除去され、露出したグリシンのアミノ基にNMTがミリスチン酸を付加する（図2A）。一方、カスパーゼを介する『翻訳後修飾』ではカスパーゼによるタンパク分解後、N末端に新たに露出したグリシンおよびモチーフに対してNMTがミリスチン酸を付加する（図2B）。 | ||
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多くのN-ミリストイル化タンパク質はミリスチン酸付加により、疎水性が上昇し、細胞膜への親和性が向上する（図3）。しかしながら、膜表面にタンパク質を安定に繋ぎとめるためにはミリスチン酸の効果だけでは充分ではない（図3①）。多くの場合、安定な膜結合性を獲得するための第2の機構を有しており、これらが不可逆的修飾であるN-ミリストイル化タンパク質の可逆的な細胞膜－細胞質間輸送を可能にしている。主に『ミリストイル化＋パルミトイル化』と『ミリストイル化＋ポリ塩基性クラスター』の2つの機構からなる。 | 多くのN-ミリストイル化タンパク質はミリスチン酸付加により、疎水性が上昇し、細胞膜への親和性が向上する（図3）。しかしながら、膜表面にタンパク質を安定に繋ぎとめるためにはミリスチン酸の効果だけでは充分ではない（図3①）。多くの場合、安定な膜結合性を獲得するための第2の機構を有しており、これらが不可逆的修飾であるN-ミリストイル化タンパク質の可逆的な細胞膜－細胞質間輸送を可能にしている。主に『ミリストイル化＋パルミトイル化』と『ミリストイル化＋ポリ塩基性クラスター』の2つの機構からなる。 | ||
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- | 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[[Image:Myristoylation Fig3.png|thumb|346x203px|図3 N-ミリストイル化タンパク質の膜結合機構]]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<sub>i1</sub>、Gα<sub>o</sub>、Gα<sub>z</sub>など)、eNOS（endothelial nitric oxide synthase）などが挙げられる。 | ||
後者の『ミリストイル化＋ポリ塩基性アミノ酸クラスター』はミリストイル化タンパク質自体がもつ物理化学的特徴を利用した機構で、ミリストイル化タンパク質の塩基性アミノ酸クラスターと細胞膜の酸性リン脂質（ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトールなど）の間の電荷的相互作用により膜への親和性を向上させている（④）。Srcが代表例である。膜からの脱離にはいくつかのパターンが報告されているが、リガンド結合によるコンフォーメーション変化によりミリストイル基がタンパク質内部に埋め込まれる機構（⑤）や、タンパク質キナーゼによるリン酸基の負電荷による斥力による機構（⑥）があり、「ミリストイルスイッチ」と呼ばれる。リガンド結合型のスイッチには、カルシウムセンサータンパク質レコヴェリン（recoverin）－カルシウムイオン相互作用がよく知られている。リン酸化型スイッチでは、MARCKS（myristoylated alanine-rich C kinase substrate）が代表例として知られている。興味深いことにSrcはその塩基性アミノ酸モチーフと細胞膜リン脂質との相互作用が強いため、モノリン酸化のみでは膜から脱離しないことが明らかになっている[9]。 | 後者の『ミリストイル化＋ポリ塩基性アミノ酸クラスター』はミリストイル化タンパク質自体がもつ物理化学的特徴を利用した機構で、ミリストイル化タンパク質の塩基性アミノ酸クラスターと細胞膜の酸性リン脂質（ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトールなど）の間の電荷的相互作用により膜への親和性を向上させている（④）。Srcが代表例である。膜からの脱離にはいくつかのパターンが報告されているが、リガンド結合によるコンフォーメーション変化によりミリストイル基がタンパク質内部に埋め込まれる機構（⑤）や、タンパク質キナーゼによるリン酸基の負電荷による斥力による機構（⑥）があり、「ミリストイルスイッチ」と呼ばれる。リガンド結合型のスイッチには、カルシウムセンサータンパク質レコヴェリン（recoverin）－カルシウムイオン相互作用がよく知られている。リン酸化型スイッチでは、MARCKS（myristoylated alanine-rich C kinase substrate）が代表例として知られている。興味深いことにSrcはその塩基性アミノ酸モチーフと細胞膜リン脂質との相互作用が強いため、モノリン酸化のみでは膜から脱離しないことが明らかになっている[9]。 | ||
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== N-ミリストイル化タンパク質の検出方法 == | == N-ミリストイル化タンパク質の検出方法 == | ||
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。 | 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。 [[Image:Myristoylation Fig4.png|thumb|図4 N-ミリストイル化タンパク質の検出方法]] | ||
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[10]が参考になる。 | 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[10]が参考になる。 | ||
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